FAQ : Influence du permafrost sur les éboulements ¶

Les changements dans le permafrost ou pergélisol alpin sont généralement invisibles, mais ont des conséquences de plus en plus importantes pour les régions de montagne. La diminution de la stabilité des pentes de permafrost affecte les infrastructures de haute montagne et entraîne une augmentation des risques naturels tels que les éboulements et les coulées torrentielles. Nous résumons ici quelques informations de base sur le permafrost dans les Alpes suisses et son rôle possible dans les grandes instabilités rocheuses. Réponses aux principales questions.

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Qu'est-ce que le permafrost et où se trouve-t-il dans les Alpes suisses ?

Le permafrost désigne le sol, la roche et les sédiments dans lesquels la température ne dépasse jamais zéro degré Celsius pendant au moins deux ans (en général pendant des périodes nettement plus longues). Dans les Alpes suisses, le permafrost se trouve dans les zones d'éboulis au-dessus de 2200 mètres d'altitude environ et dans les parois rocheuses au-dessus de 3000 mètres. Il atteint une profondeur de plusieurs dizaines de mètres, voire plusieurs centaines de mètres sur les plus hauts sommets. En Suisse, le permafrost est présent sur environ trois pour cent de la surface du pays. Les moyennes annuelles des températures du permafrost vont de moins dix degrés Celsius dans les zones les plus élevées du versant nord à seulement quelques degrés en dessous de zéro près de la limite inférieure du permafrost. La plus grande partie du permafrost des Alpes suisses a des températures élevées, c'est-à-dire que sa température n'est inférieure que de un à deux degrés au point de fusion de la glace. La carte de distribution du permafrost du SLF (PGIM) est disponible sur maps.wsl.ch et donne un aperçu simple de la répartition du permafrost. Dans les fissures et les pores microscopiques (cavités) de la roche gelée, il existe de la glace qui peut avoir des milliers d'années. Cette glace peut être visible dans la zone de rupture après un éboulement, mais souvent les petites quantités sont à peine visibles.

Comment le permafrost  a-t-il évolué en Suisse au cours des dernières décennies ?

Des mesures à long terme montrent que les températures du permafrost en Suisse et dans le monde entier ont nettement augmenté au cours des dernières décennies. En Suisse, les données remontent à 1988 et, depuis 25 ans, l'observation du permafrost est coordonnée par le réseau suisse de mesure du permafrost PERMOS. Les dernières évaluations montrent des changements de température entre -0,1 et +1,1 degré Celsius à dix mètres de profondeur dans le permafrost au cours de la dernière décennie 2015-2024. Les changements les plus importants sont observés dans les sites froids de haute altitude ainsi que dans les zones rocheuses. Contrairement aux éboulis, le permafrost rocheux contient peu de glace et peut donc se réchauffer plus rapidement. A vingt mètres de profondeur, le réchauffement n'est que de la moitié. A une profondeur encore plus grande, de cinquante mètres et plus, le réchauffement est encore faible, car les changements thermiques proches de la surface des dernières décennies n'atteignent cette profondeur qu'avec un grand retard. Un aperçu des changements de la répartition du permafrost dans les vingt premiers mètres environ du sol depuis les années 1980 est également présenté sur maps.wsl.ch.

Quels sont les facteurs qui provoquent un éboulement ?

On parle généralement d'un éboulement à partir de volumes de roche d'un million de mètres cubes ou plus. La possibilité d'un éboulement dépend de l'effet combiné de trois facteurs :

1. la topographie : la pente est-elle suffisamment raide ?

2. de l'orientation des zones de faiblesse dans la pente : dans quelle direction s'orientent les fractures ou les couches rocheuses ?

3. des propriétés matérielles de la montagne : quelles sont la résistance et les forces de frottement au sein d'une masse rocheuse ?

Si la combinaison de ces trois facteurs permet en principe un éboulement, les tensions dans la pente dues à la gravité conduiront à une fatigue de la roche pendant des milliers d'années et un éboulement finira par se produire. D'autres facteurs externes peuvent accélérer ce processus de fatigue et influencer le moment de la formation d'un éboulement.

Quels sont les facteurs d'influence externes ?

Il existe une multitude de facteurs d'influence externes. Selon la situation initiale, leur influence sur le développement d'une instabilité rocheuse peut être très différente. En voici une sélection non exhaustive :

- l'érosion glaciaire (le raidissement de la pente au cours des millénaires)

- Apports d'eau dans la pente (augmentation de la pression et de la température, affaiblissement de certains types de roches par saturation pendant des décennies)

- Recul des glaciers (décharge et changements de pression d'eau sur des décennies)

- Permafrost (réchauffement et perte de glace, voir la section ci-dessous)

- Effets thermomécaniques (changements de tension saisonniers sur des millénaires)

- Tremblements de terre (déstabilisation dynamique en quelques secondes)

- Processus chimiques (érosion due à des réactions chimiques dans la roche).

Quelle est l'influence du permafrost sur la stabilité des pentes rocheuses abruptes ?

Les modifications du permafrost peuvent influencer aussi bien les instabilités proches de la surface, comme les chutes de pierres ou de blocs, que les mouvements de pente profonds de plus d'un million de mètres cubes, qui peuvent produire des éboulements. Nous nous concentrons ici sur l'influence du permafrost sur les éboulements.

Le permafrost influence l'hydrologie des versants de montagne. La roche dans le permafrost froid est imperméable à l'eau, car la glace scelle les fissures. Si la glace du permafrost se réchauffe ou dégèle lentement, l'eau peut s'infiltrer dans les fissures et provoquer des pressions élevées. Cela augmente les tensions dans la pente et accélère la fatigue de la roche. Ce processus a pu être observé lors de l'éboulement du Pizzo Cengalo près de Bondo en août 2017 et joue actuellement aussi un rôle important dans le cas du Spitze Stei au-dessus de Kandersteg. Certains types de roche perdent en outre nettement en résistance lorsqu'ils sont saturés d'eau. Ces effets varient fortement en fonction du type de roche, de la fissuration et de la situation hydrologique initiale.

La glace du permafrost présente dans les fractures et les pores microscopiques de la roche peut également influencer les mouvements de la pente. La glace est un matériau plastique, semblable à la pâte à modeler. La résistance de la glace diminue avec l'augmentation de la température. En outre, la résistance de la glace dépend de la vitesse à laquelle elle est déformée. Plus la glace est sollicitée rapidement, plus elle résiste. Si elle est sollicitée très lentement, elle n'offre aucune résistance. La glace du permafrost peut donc, dans certaines circonstances, limiter la vitesse de déformation d'une instabilité de pente existante et retarder le déclenchement d’un éboulement de plusieurs années, voire de plusieurs décennies.

L'ampleur de cet effet retardateur varie également beaucoup d'un cas à l'autre. Au Pizzo Cengalo, par exemple, les structures rocheuses intactes se sont rompues progressivement. Par rapport à leur résistance, celle de la glace est peu importante (ici, c'est la perméabilité croissante à l'eau mentionnée plus haut qui a joué un rôle). Au Spitze Stei, au-dessus de Kandersteg, il s'agit d'un processus de glissement instable sur une surface de glissement avec des vitesses de déformation beaucoup plus élevées. Ici, la résistance de la glace peut faire la différence. Les données de surveillance de la pente indiquent que la glace limite la vitesse de déformation et retarde le déclenchement d’un éboulement. Cet effet retardateur diminue lorsque le permafrost se réchauffe ou dégèle.

Quels facteurs d'influence ont pu jouer un rôle dans l'éboulement de Blatten ?

Dans le cas du Kleines Nesthorn, au-dessus de Blatten, la structure rocheuse était propice aux éboulements. Des millénaires d'érosion par les glaciers ont rendu la pente plus raide que ce que la structure rocheuse permettait à long terme. La zone de déclenchement se trouve dans une zone de permafrost. Des mesures effectuées sur des sites situés dans des conditions similaires ainsi que la carte indicative du permafrost du SLF (PGIM ) indiquent des températures de permafrost de moins trois à moins deux degrés Celsius et une épaisseur de plus de cent mètres dans la zone de rupture. La rupture s'est produite à une grande profondeur et le permafrost dans cette zone est influencé par des changements à long terme et non par les conditions météorologiques des dernières semaines ou des derniers mois. Comme partout dans les Alpes suisses ou les montagnes d'Europe, le permafrost s'est réchauffé au cours des dernières décennies au Kleines Nesthorn. Il est donc possible que la perte de glace et l'augmentation des apports d'eau aient pu, ici aussi, entraîner des pressions élevées et des tensions supplémentaires dans la pente. Ceci pourrait à son tour avoir accéléré le déclenchement de l’éboulement. Des études plus précises de la structure rocheuse, des conditions de permafrost et du processus de déstabilisation vont suivre et pourront peut-être donner des indications sur l'influence des modifications du permafrost sur la déstabilisation et son évolution dans le cas du Kleines Nesthorn.

• Eboulement, chute de pierres et autres : FAQ et dossier
• Forschungsgruppe Permafrost

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