une menace climatique qui s’accélère

De l’Alaska à la Sibérie, le pergélisol (ou permafrost) : les sols gelés de l’Arctique se réchauffent et commencent à libérer le carbone qu’ils emprisonnaient depuis des millénaires. Une nouvelle étude menée en Alaska révèle que ce réchauffement atteint aussi les couches profondes du sol, avec des conséquences potentiellement majeures pour le climat, les écosystèmes et les infrastructures.

Normalement, le pergélisol est relativement protégé des fluctuations météorologiques de court terme et des anomalies thermiques ponctuelles. Mais il ne peut résister à une modification profonde et durable du climat provoquée notamment par nos émissions massives de gaz à effet de serre. Dans l’Arctique, où le réchauffement est particulièrement rapide, les températures du sol et du pergélisol augmentent depuis plusieurs décennies.

Pergélisol (ou permafrost en anglais) : définition. Le pergélisol désigne un sol ou sous-sol dont la température reste inférieure ou égale à 0 °C pendant au moins deux années consécutives. Il peut contenir d’importantes quantités de matière organique riche en carbone, accumulée et conservée par le froid pendant des centaines à des milliers d’années. Lorsque le pergélisol dégèle, une partie de cette matière organique devient accessible aux micro-organismes qui la décomposent, entraînant des émissions de gaz à effet de serre, principalement du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4).
Le pergélisol occupe une vaste partie des hautes latitudes de l’hémisphère Nord, notamment en Alaska, au Canada, en Sibérie et au Groenland. Selon les estimations synthétisées notamment par la NOAA dans son Arctic Report Card, les sols et le pergélisol de la région arctique renferment environ 1 400 à 1 600 milliards de tonnes de carbone.

Ce gigantesque stock de carbone est supérieur à la quantité de carbone que les activités humaines ont rejetée dans l’atmosphère depuis le début de l’ère industrielle. Ces sols gelés ont conservé une partie de cette matière organique pendant des millénaires. Mais le réchauffement climatique d’origine humaine entraîne leur réchauffement, leur dégel et parfois leur effondrement, comme en témoigne notamment l’apparition d’impressionnants cratères et dépressions dans certaines régions de Sibérie.

En Alaska, les sols des régions de pergélisol se réchauffent particulièrement vite

Une étude publiée en août 2026 dans la revue Frontiers in Climate apporte de nouvelles données particulièrement préoccupantes sur l’évolution thermique des sols d’Alaska. Erin E. Oliver et Claire L. Phillips, de la Washington State University, ont analysé les températures de l’air et du sol enregistrées par 43 stations météorologiques entre 1997 et 2023, soit 27 années d’observations.

Résultat : les sols se réchauffent dans toutes les régions étudiées, mais le réchauffement est nettement plus rapide aux latitudes les plus élevées, là où le pergélisol est continu. Selon les résultats publiés dans Frontiers in Climate, entre 1997 et 2023, la température moyenne du sol a augmenté d’environ 0,64 °C par décennie dans la région de pergélisol continu, contre 0,37 °C par décennie dans la région de pergélisol discontinu et 0,35 °C par décennie dans les régions sans pergélisol.

Le phénomène d’amplification polaire, bien connu pour les températures de l’air, apparaît donc également dans les températures du sol. Dans la zone de pergélisol continu, la température de l’air a augmenté encore plus rapidement, à raison de 1,15 °C par décennie.

Autre résultat remarquable de cette étude : le réchauffement ne diminue pas avec la profondeur dans la couche de sol étudiée. Dans le pergélisol continu, les tendances au réchauffement restent significatives sur l’ensemble du profil mesuré jusqu’à 1,20 m. Les variations saisonnières de température deviennent certes plus faibles en profondeur, mais la tendance climatique de long terme y reste très nette.

Le réchauffement présente également une forte saisonnalité. Dans les régions de pergélisol continu et discontinu, les sols se réchauffent surtout pendant les mois froids, tandis que dans le sud de l’Alaska dépourvu de pergélisol, le réchauffement des sols est surtout marqué en été.

La neige joue ici un rôle essentiel. En isolant thermiquement le sol de l’air froid hivernal, le manteau neigeux modifie la manière dont le réchauffement atmosphérique est transmis au sous-sol. L’étude menée en Alaska montre ainsi que la présence de neige affaiblit la corrélation entre température de l’air et température du sol, particulièrement dans les régions où le manteau neigeux est le plus épais.

Ces résultats ont des conséquences qui dépassent largement la seule climatologie. Le réchauffement puis le dégel du pergélisol peuvent déstabiliser les routes, bâtiments, pipelines et autres infrastructures construites sur un sol jusque-là durablement gelé. Ils peuvent également approfondir la couche de sol qui dégèle chaque été et rendre progressivement accessible aux micro-organismes une partie du gigantesque stock de carbone du pergélisol.

Le permafrost perd progressivement son rôle de puits de carbone

Le devenir de ce carbone constitue l’une des grandes préoccupations liées au réchauffement de l’Arctique. Lorsque des sols auparavant gelés dégèlent, les micro-organismes peuvent décomposer la matière organique qu’ils contiennent. Cette respiration microbienne produit du CO2 et, dans les environnements saturés en eau et pauvres en oxygène, du méthane, un puissant gaz à effet de serre.

Une étude publiée en 2019 dans Nature Climate Change, dirigée par Susan Natali, avait notamment montré l’importance des émissions hivernales, longtemps sous-estimées. Une équipe internationale de chercheurs avait estimé que les régions de pergélisol perdaient environ 1,66 milliard de tonnes de carbone pendant la saison froide (octobre à avril), alors que l’absorption de carbone pendant la saison de croissance était estimée par les modèles à environ 1,03 milliard de tonnes par an.

Ces travaux avaient également estimé que les émissions hivernales de CO2 pourraient augmenter d’environ 17 % d’ici à 2100 dans un scénario d’atténuation modérée (RCP4.5) et de 41 % dans un scénario de fortes émissions (RCP8.5). Ils avaient ainsi mis en évidence le risque que l’augmentation des pertes hivernales de carbone compense une part croissante de l’absorption estivale.

Les observations et synthèses publiées depuis permettent toutefois d’affiner ce constat. Le bilan n’est pas uniforme dans l’ensemble de l’Arctique : certaines régions demeurent des puits de carbone tandis que d’autres sont devenues des sources. Une vaste étude publiée en 2025 dans Nature Climate Change et portant principalement sur la période 2001-2020 montre ainsi que plus de 30 % de la zone arctique-boréale fonctionnait déjà comme une source nette annuelle de CO2, malgré un bilan global encore absorbant lorsque les incendies ne sont pas comptabilisés.

Les incendies plombent le bilan carbone

Lorsque les émissions liées aux incendies sont prises en compte, la situation devient plus préoccupante. Selon cette analyse des flux de CO2 de la zone arctique-boréale, la région de pergélisol était, en moyenne sur la période étudiée, proche de la neutralité pour le CO2 : son bilan atteignait environ -24 ± 123 millions de tonnes de carbone par an en incluant les feux. La toundra circumpolaire, en revanche, présentait alors un bilan moyen d’environ +64 ± 53 millions de tonnes de carbone par an lorsque les incendies étaient comptabilisés, indiquant une émission nette moyenne de CO2.

Le rapport 2024 de la NOAA consacré au cycle du carbone terrestre dans l’Arctique confirme cette évolution : lorsque les émissions des incendies sont prises en compte, la toundra arctique est désormais considérée comme une source de CO2 et reste également une source de méthane. En Alaska, les températures du pergélisol observées en 2024 étaient par ailleurs les plus élevées jamais mesurées dans près de la moitié des stations de suivi à long terme étudiées par la NOAA.

Le réchauffement du pergélisol alimente le réchauffement climatique

Il ne s’agit donc pas d’un basculement uniforme de tout l’Arctique vers une gigantesque source de carbone, mais d’une érosion progressive de sa capacité à stocker du carbone, accompagnée du basculement de certaines régions, notamment la toundra, vers des émissions nettes.

Ce mécanisme constitue une boucle de rétroaction positive du changement climatique : l’augmentation des concentrations de gaz à effet de serre réchauffe l’Arctique => le réchauffement favorise le dégel du pergélisol => le dégel permet la décomposition du carbone organique => les émissions supplémentaires de CO2 et de méthane renforcent ensuite le réchauffement.

Les modèles climatiques ont progressivement amélioré la représentation de cette rétroaction, mais les émissions liées au pergélisol restent difficiles à quantifier précisément. Le bilan scientifique présenté par la NOAA rappelle l’ampleur du réservoir concerné : au moins 1 400 à 1 600 milliards de tonnes de carbone se sont accumulées dans les sols et le pergélisol de la région arctique.

Le dégel du pergélisol ne libérera pas instantanément la totalité de cet immense stock de carbone. Il constitue plutôt une source supplémentaire et durable de gaz à effet de serre, susceptible de réduire la marge de manoeuvre disponible pour atteindre les objectifs climatiques. Son ampleur future dépendra notamment du niveau de réchauffement, de l’humidité des sols, des incendies, de la végétation et de la vitesse à laquelle la matière organique dégelée sera décomposée.

L’enjeu du pergélisol réside donc moins dans une libération brutale de tout son carbone que dans l’apparition d’une rétroaction climatique durable : plus le climat se réchauffe, plus une partie du carbone jusque-là gelé peut être transformée en CO2 ou en CH4, renforçant à son tour le réchauffement.

Une autre rétroaction a été mise en évidence par des travaux publiés en 2020 dans Geophysical Research Letters par J. C. Bowen, C. P. Ward, G. W. Kling et R. M. Cory. Une partie du carbone organique libéré par le dégel du pergélisol est entraînée vers les lacs et les rivières, où elle peut être transformée en CO2 sous l’action de la lumière solaire.

Ce processus, appelé photominéralisation, correspond à la transformation du carbone organique dissous en CO2 sous l’action du rayonnement solaire. L’étude de Bowen et ses collègues a notamment montré que le fer peut catalyser la photominéralisation d’anciens composés organiques issus du pergélisol.

Selon cette étude, certaines projections à long terme pourraient sous-estimer les pertes de carbone liées au dégel du pergélisol d’environ 14 % si la photominéralisation n’est pas prise en compte. Les chercheurs se référaient plus précisément à des projections d’environ 208 milliards de tonnes de carbone perdues d’ici 2299, auxquelles ce mécanisme n’était pas intégré.

La fonte du pergélisol peut également libérer d’importantes quantités de mercure

Le carbone n’est pas la seule substance piégée dans les sols gelés. Le pergélisol constitue également un immense réservoir de mercure, accumulé dans les sols au cours de longues périodes.

Une étude publiée en 2018 dans Geophysical Research Letters, basée notamment sur 588 échantillons provenant de 13 carottes de pergélisol d’Alaska, avait estimé que les régions de pergélisol de l’hémisphère Nord contenaient environ 1,66 million de tonnes de mercure, dont environ 793 000 tonnes directement gelées dans le pergélisol.

Selon l’U.S. Geological Survey, qui a participé à ces travaux, les sols des régions de pergélisol renfermeraient ainsi près de deux fois plus de mercure que l’ensemble des autres sols, des océans et de l’atmosphère réunis. Les incertitudes restent toutefois importantes : l’estimation de 793 000 tonnes de mercure gelé était assortie d’une marge d’incertitude de ± 461 000 tonnes.

Pourquoi autant de mercure dans le pergélisol ? Pendant des millénaires, le mercure transporté par l’atmosphère s’est déposé sur les sols et la végétation de l’Arctique. Incorporé à la matière organique, il a ensuite été piégé et conservé par le gel. Le pergélisol constitue ainsi une véritable archive de plusieurs millénaires de dépôts de mercure. Avec son dégel, une partie de ce stock peut désormais être remobilisée dans l’environnement.

Le dégel ne signifie pas que la totalité de ce mercure sera immédiatement libérée dans l’environnement. Une partie peut rester stockée dans les sols ou être redéposée ailleurs. Mais la disparition du gel permanent rend ce réservoir beaucoup plus vulnérable à la décomposition de la matière organique, à l’érosion et au transport par les cours d’eau.

Une étude publiée en 2024 dans Environmental Research Letters a ainsi étudié les stocks de mercure du pergélisol discontinu et leur mobilisation par la migration des cours d’eau dans le bassin du Yukon, en Alaska. Les chercheurs montrent que l’érosion latérale des berges et les déplacements naturels des rivières constituent des mécanismes susceptibles de mobiliser le mercure stocké dans les sédiments du pergélisol.

Le mercure (Hg) est un élément trace métallique (anciennement classé parmi les « métaux lourds »). Dans les milieux aquatiques, une partie peut être transformée par des micro-organismes en méthylmercure (MeHg), une forme particulièrement toxique qui s’accumule dans les organismes et se concentre le long des chaînes alimentaires, notamment dans certains poissons.

La libération progressive de mercure jusque-là immobilisé dans les sols gelés constitue ainsi un risque supplémentaire pour les écosystèmes arctiques et les populations qui dépendent fortement des ressources aquatiques. Son ampleur future reste néanmoins difficile à prévoir, car elle dépend non seulement du dégel du pergélisol mais aussi de l’érosion, de l’hydrologie et des transformations biogéochimiques du mercure.

Les nouvelles observations réalisées en Alaska renforcent finalement un constat : le pergélisol n’est plus un compartiment climatique immuable. Son réchauffement est désormais mesurable depuis la surface jusqu’à plus d’un mètre de profondeur et, dans le nord de l’Alaska, il est particulièrement rapide. Sa dégradation menace les infrastructures locales, modifie les écosystèmes et risque de libérer progressivement une partie des gigantesques stocks de carbone et de contaminants accumulés dans les sols arctiques.

Réduire rapidement les émissions mondiales de gaz à effet de serre reste donc le principal moyen de limiter l’ampleur du dégel futur. Le carbone du pergélisol ne constitue pas une « bombe » qui serait libérée d’un seul coup, mais plutôt une rétroaction durable susceptible d’amplifier le changement climatique pendant des décennies et des siècles.