Pergélisol dans les Territoires du Nord-Ouest

Le dégel du pergélisol, l'une des graves conséquences du réchauffement rapide de l'Arctique canadien, a des répercussions importantes sur les infrastructures nordiques. À l'aide d'un protocole d'analyse des risques climatiques du Comité sur la vulnérabilité de l'ingénierie des infrastructures publiques (CVIIP), une évaluation des risques a été entreprise afin de mieux comprendre la menace que représente la dégradation du pergélisol dans les Territoires du Nord-Ouest.

Crédits de rédaction : Leigh Phillips. Auteurs collaborateurs : Nathalie Bleau, Kenneth Chow, Charles Curry, Jeremy Fyke, Robert Lepage, Trevor Murdock, Stacey O'Sullivan, Dan Sandink, Ryan Smith, Kari Tyler.

Éléments à retenir

  • Le dégel du pergélisol induit par les changements climatiques aura des impacts socioéconomiques majeurs sur l’environnement bâti du Nord canadien.
  • L’évaluation des risques liés au dégel du pergélisol à l’échelle locale est difficile en raison de la disponibilité limitée des données et des interactions complexes entre les différentes variables qui influencent la dégradation du pergélisol.
  • Les critères de conception devraient suivre une approche basée sur les risques qui intègre des degrés d’incertitude et des fourchettes de valeurs, plutôt que l’approche traditionnelle consistant à adhérer à des seuils numériques fixes.

Selon un rapport d’Environnement et Changement climatique Canada publié en 2019, le Canada se réchauffe deux fois plus vite que la moyenne mondiale, tandis que l’Arctique se réchauffe trois fois plus vite. Dans le nord du Canada, de nombreux bâtiments et autres infrastructures sont construits sur un sol gelé qui n’est plus gelé en permanence. Une analyse réalisée en 2017 par la Northwest Territories Association of Communities a estimé à 51 millions de dollars, le coût annuel associé aux impacts du dégel du pergélisol sur les infrastructures. Il s’agit de coûts majeurs pour une région disposant de peu de ressources financières par rapport au sud du Canada. Au Yukon, le dégel du pergélisol a si gravement compromis la performance structurelle du centre de loisirs de Dawson City, que le centre a dû fermer temporairement à la fin de 2017 et un nouveau bâtiment devra être reconstruit. De nombreuses maisons dans le Nord (en particulier au Nunavut où le pergélisol est essentiellement continu sur tout le territoire) ont été construites en supposant que le sol gelé sous elles resterait solide – une hypothèse qui ne peut plus être émise.

En réponse à cette menace, en 2019, le Northwest Territories’ Ministry of Municipal and Community Affairs a chargé la firme de services professionnels WSP d’effectuer une évaluation préliminaire des risques1 et des dangers posés par les changements climatiques (y compris le dégel du pergélisol) sur l’ensemble du territoire, à l’aide du Protocole d’analyse des risques climatiques du Comité sur la vulnérabilité de l’ingénierie des infrastructures publiques (CVIIP).

L’équipe de climatologues et d’ingénieurs a immédiatement rencontré des problèmes pour accéder à des données pertinentes.

« A common challenge regarding all the permafrost work that we did on buildings in the north was how hard it was to get good aggregated data on actual permafrost conditions. »

–Elise Paré, WSP 

Alors que les géoscientifiques aient amassé une grande quantité de données sur le pergélisol, y compris pour des emplacements précis provenant d’études géotechniques pour des projets spécifiques, les informations n’ont pas encore été agrégées à l’échelle territoriale afin de mettre à jour les cartes précédentes des conditions du pergélisol. Ces lacunes dans les données pourraient être comblées dans les années à venir en partenariat avec le Réseau PermafrostNet du CRSNG, un réseau de chercheurs travaillant actuellement à améliorer la compréhension du pergélisol et du dégel du pergélisol au Canada.

Entre-temps, les consultants de WSP ont utilisé les cartes de pergélisol disponibles afin d’examiner les impacts des changements climatiques sur le pergélisol à grande échelle plutôt qu’à une échelle plus fine, leur permettant ainsi d’affirmer, par exemple, qu’une communauté particulière pourrait être plus à risque qu’une autre 30 km plus loin. Cette analyse de haut niveau se voulait une première étape importante dans l’évaluation des risques posés par le dégel du pergélisol et permettra au territoire de concentrer efficacement ses efforts futurs. L’espoir est qu’avec une plus grande disponibilité de données sur le pergélisol localisé et des projections climatiques, leurs estimations pourront être affinées ultérieurement.

Le protocole CVIIP exige l’identification de seuils au-dessus desquels il existe un risque d’impact négatif causés par les changements climatiques. Il a d’abord fallu déterminer le seuil climatique pour le dégel du pergélisol. Les consultants ont commencé par utiliser la meilleure carte disponible du pergélisol au Canada, puis ont superposé une deuxième carte décrivant la température. Grosso modo, l’isotherme de -1 °C (une ligne de contour reliant des emplacements ayant la même température) marque un seuil supérieur pour le maintien du pergélisol. Si les températures projetées futures dépassent ce seuil de -1 °C pendant une période prolongée, on pourrait s’attendre à une certaine dégradation du pergélisol. Les données disponibles sur Donneesclimatiques.ca peuvent être utilisées pour illustrer comment les températures moyennes et minimales devraient changer dans les Territoires du Nord-Ouest. On peut voir à la figure 1 un déplacement vers le nord des températures minimales près du seuil de -1 °C.

Figure 1. Température quotidienne moyenne minimale pour le nord du Canada

À gauche : Température minimale quotidienne moyenne pour le nord du Canada, centrée sur les Territoires du Nord-Ouest, dans les années 1990 (1981-2010). À droite : Température minimale quotidienne moyenne projetée pour la même région pour les années 2060 (2051-2080) selon un scénario d’émissions de GES élevées (RCP 8.5). Des températures minimales quotidiennes proches de -1 °C (nuances de vert) ne sont pas observées dans cette région pour les années 1990, mais devraient être atteintes d’ici les années 2060, ce qui indique qu’un certain dégel du pergélisol pourrait être attendu dans ces régions. (Notez que des températures minimales quotidiennes de -1 °C indiquent des températures moyennes quotidiennes encore plus chaudes). Des cartes des températures moyennes et minimales peuvent être obtenues sur Donneesclimatiques.ca.

Si l’augmentation des températures est importante, il ne s’agit que la première étape de l’analyse, puisque le pergélisol réagit également à l’humidité du sol. Des conditions humides et chaudes, qui se produisent ensemble, peuvent accélérer la dégradation thermique du pergélisol. Pour examiner cet effet, les consultants de WSP se sont appuyés sur les travaux du spécialiste en pergélisol Steve Kokelj de la Northwest Territories Geological Survey, qui indiquaient qu’un affaissement du pergélisol pouvait se produire lorsque les précipitations quotidiennes dépassaient 40 mm.

Pour appliquer ce seuil de précipitations jusqu’à l’horizon temporel actuel, WSP a utilisé les courbes historiques d’intensité-durée-fréquence (IDF) des précipitations produites par Environnement et Changement climatique Canada (ECCC). Ces ensembles de données décrivent la fréquence historique des précipitations extrêmes de courte durée (de cinq minutes à 24 heures) à un endroit particulier. Les courbes IDF sont utilisées par les ingénieurs et les gestionnaires des ressources en eau pour la prévision des inondations et la conception du drainage urbain. Les courbes historiques d’IDF sont facilement accessibles via Donneesclimatiques.ca.

Cependant, selon les consultants de WSP, le défi que pose l’utilisation des courbes IDF pour cette application, est qu’elles sont basées sur des données de taux de précipitations pour le passé et ne peuvent pas être utilisées à elles seules pour estimer les précipitations extrêmes dans un climat changeant. De plus, les courbes IDF ne sont disponibles qu’à certains endroits au Canada. WSP a donc utilisé l’outil IDF_CC  développé à la Western University pour estimer la probabilité de futurs événements pluvieux dépassant le seuil des 40 mm. Cet outil fournit des projections de courbes IDF sur l’ensemble du territoire canadien. « There are limitations associated with the use of this climate change data at such a significant spatial scale, so the Tool outputs should be paired with a sensitivity analysis specific to the area of the project, before being relied upon for design purposes », ajoute Paré. Malgré ces limitations, ils constituent cependant un bon point de départ. « This is what we had to use for projecting sub-hourly extreme storm events, which are used in building design criteria », explique son collègue, Jean-Philippe Martin.

En fin de compte, les consultants ont conclu que bien que l’augmentation de la température soit le principal moteur du dégel du pergélisol, l’augmentation des précipitations et les précipitations extrêmes pourraient accélérer la dégradation, en particulier lorsque la chaleur est transmise au pergélisol riche en glace à cause de la pluie, provoquant le dégel par un processus appelé thermo érosion. Ils ont également conclu que le plus grand risque de dégel du pergélisol est dû à une plus grande présence de pergélisol riche en glace et de sédiments à grains fins. Le dégel du pergélisol riche en glace peut provoquer des changements brusques et dramatiques dans le paysage, tels que des affaissements, des dolines, des glissements de terrain et l’expansion ou le drainage soudain des plans d’eau.

Pour cette raison, WSP a conclu que le dégel du pergélisol était une préoccupation majeure pour les bâtiments dans les régions du nord du Sahtu et du delta de Beaufort, où le pergélisol est riche en glace. L’équipe a identifié les bâtiments qui abritent des services essentiels tels que les hôpitaux, les écoles et les centres communautaires comme étant les plus à risque.

Les consultants de WSP ont également compris l’importance de considérer les projections climatiques comme des fourchettes de résultats possibles, en raison de l’incertitude inhérente au développement socioéconomique futur et aux trajectoires d’émissions de gaz à effet de serre. Faire face à l’incertitude des projections climatiques futures est quelque chose qui, selon Paré et Martin, doit être plus largement adopté dans la communauté des ingénieurs et des urbanistes/aménagistes.

« The most important thing about any of these indicators is that they allow us to initiate a discussion about changing our paradigm in designing for future climate », déclare Paré.

« Engineers tend to want a specific number, such as those provided in standards and codes, where the risk of uncertainty has been managed collectively by others », explique-t-elle. « When integrating climate projections into design criteria, a risk management approach should be taken », ajoute-t-elle. Les changements climatiques ont nécessité de travailler avec des degrés d’incertitude et des fourchettes de valeurs plutôt qu’avec des données précises supposées certaines. À cet égard, des changements au niveau de l’approche et du langage des experts sont nécessaires. Les produits développés par Donneesclimatiques.ca pourraient contribuer à accélérer cette évolution.

« You should not just have just one number. You should actually be thinking: ‘What are the consequences of failure? How badly will it go if I get it wrong?’ This is way more important than being able to say whether it will be a 20% or 22% increase. » Ce type de réflexion, conclut Paré, est le point de départ pour adopter une approche basée sur les risques, dans la conception des bâtiments dans le Nord en pleine mutation.

Remerciements

Les auteurs tiennent à sincèrement remercier Élise Paré, Jean-Philippe Martin et l’équipe de WSP pour leur précieuse contribution à cette étude de cas.

Références

  1. WSP Canada (2021). Government of Northwest Territories Assessment of Climate Change Impacts on Infrastructure in All NWT Communities. Online: https://pievc.ca/2021/02/09/government-of-northwest-territories-assessment-of-climate-change-impacts-on-infrastructure-in-all-nwt-communities/

Variables pertinentes

Examinez les variables pour savoir comment les données ont été utilisées pour influencer les décisions liées au climat dans des contextes spécifiques.

La température moyenne décrit la température moyenne de la journée de 24 heures.

La température moyenne est un indicateur environnemental affectant de nombreuses applications d’agriculture, d’ingénierie, de la santé, de la gestion de l’énergie, des loisirs, et plus encore.

Description technique :

La moyenne entre la température maximale quotidienne (Tmax) et la température minimale quotidienne (Tmin).

Utilisez l’option du menu Variables pour afficher les valeurs annuelles, mensuelles ou saisonnières de cet indice.


Les courbes intensité-durée-fréquence établissent un lien entre l’intensité des précipitations de courte durée et leur fréquence d’occurence. Elles sont souvent utilisées dans la prévision des crues et la conception de systèmes de drainage urbain.

Les événements de précipitations extrêmes peuvent générer de grandes quantités de pluie sur de courtes périodes. Ces pluies et les inondations qui en découlent peuvent submerger les égouts pluviaux, inonder les sous-sols, emporter les ponts et les routes et causer des glissements de terrain. Pour réduire le risque de ces répercussions, les ingénieurs, les hydrologues, les planificateurs et les décideurs ont besoin de données précises sur les événements pluvieux extrêmes. Les courbes IDF constituent une source importante de ces données.

Les changements climatiques devraient entraîner une augmentation de pluies extrêmes au Canada. Pour cette raison, les courbes intensité-durée-fréquence (IDF) fondées uniquement sur des observations historiques ne sont pas appropriées pour une prise de décision à long terme. Pour tenir compte des répercussions des changements climatiques sur les pluies extrêmes et les courbes IDF, Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) recommande l’utilisation d’une méthodologie de mise à l’échelle.

Des renseignements supplémentaires sur l’intégration des changements climatiques dans les courbes IDF sont disponibles dans la Zone d’apprentissage.  Pour plus d’informations techniques sur la façon dont les courbes IDF sont produites, veuillez consulter la page des Ensembles de données climatiques en génie d’Environnement et Changement Climatique Canada ou communiquer avec l’Unité services climatiques pour le génie à [email protected]