Le permafrost dans les Alpes suisses en 2004/2005 et 2005/2006. Permafrost Monitoring Switzerland (PERMOS)

Le permafrost dans les Alpes suisses en 2004/2005 et 2005/2006

Après l' exceptionnel été 2003, les couches supérieures du permafrost se sont quelque peu refroidies durant la période 2004 à 2006. Le faible enneigement de l' hiver 2004/2005 en est l' une des principales causes. Une nouvelle carte de la répartition du permafrost a par ailleurs été établie récemment. Elle fournit des indications utiles en vue de l' établisse ou de la révision des cartes de dangers cantonales.

Le permafrost ( ou pergélisol ) est un matériel de subsurface dont la température reste inférieure à 0° C l' année durant. Toujours caché en profondeur, le permafrost alpin est largement répandu au-dessus de la limite des forêts. On le trouve dans des parois rocheuses, des éboulis et plus généralement, dans l' ensemble des régions sommitales. Sur les sites PERMOS répartis dans les des Alpes suisses, l' épais du permafrost varie entre 10 et plus de 100 m. En réponse à l' augmentation de la température de l' air, le permafrost se réchauffe. A long terme, il disparaîtra en de nombreux endroits. De ce fait, en 1 PERMOS, le réseau de monitoring du permafrost en Suisse, travaille pour le compte de la commission compétente de l' Académie suisse des sciences naturelles SCNAT. Entre 2004 et 2006, les observations PERMOS ont été soutenues financièrement par la Commission glaciologique ( aujourd'hui Commission d' experts Cryosphère ) et l' Office fédéral de l' environnement ( OFEV ). Les travaux de terrain ont été réalisés par les Universités de Bâle, Berne, Fribourg, Lausanne et Zurich, l' EPFZ et l' Institut fédéral pour l' étude de la neige et des avalanches ( ENA ) à Davos. Cet article est un extrait des 6 e et 7 e rapports du Groupe de coordination Permafrost de la SCNAT et de la Commission d' experts Cryosphère. altitude, les dangers d' éboulements, de glissements de terrain et de laves torrentielles pourraient se modifier.

Les modifications de l' état du permafrost sont observées et documentées systématiquement en Suisse depuis 2000: mesure de la température du terrain dans des forages profonds de 20 à 100 m, relevé continu des températures de surface dans différents milieux tels que glaciers rocheux, éboulis et parois rocheuses, acquisition d' images aériennes en vue de déceler ultérieurement, par comparaison photogrammétrique, les changements de morphologie du terrain.

Influence des conditions atmosphériques sur le permafrost

La température du permafrost en profondeur dépend essentiellement des variations de la température de surface. Un facteur clé est la date des premières chutes de neige importantes ( au moins 30 cm ). Si ces chutes de neige sont précoces, la chaleur de l' été reste emmagasinée dans les couches supérieures du terrain, la neige étant un bon isolant thermique. Lorsque l' enneigement est tardif, au contraire, le sol peut se refroidir considérablement. La température de l' air et le rayonnement solaire sont d' autres facteurs importants. Ils agissent avant tout durant la période où le sol est libre de neige, soit de mai à septembre. Dans les zones rocheuses raides, où la neige n' ad que très difficilement, ces deux facteurs sont déterminants durant l' année entière.

Conditions d' enneigement

Hiver 2004/2005: hauteurs de neige inférieures à la moyenne Durant la première partie de l' hiver, les quantités de précipitations n' ont été conformes à la norme que sur le versant sud des Alpes. Mi-décembre, il n' y avait généralement pas plus de neige à haute altitude qu' à altitude moyenne, ce qui est plutôt inhabituel. Dans les Grisons, les hauteurs de neige étaient nettement inférieures à la moyenne à long terme. Au cœur de l' hiver, entre janvier et mars, les hautes régions alpines n' ont été que très faiblement enneigées. Mi-mars, des températures particulièrement clémentes ont provoqué une importante fonte de neige. Plusieurs stations de mesure de moyenne altitude furent ainsi libres de neige fin mars déjà. En avril, de nouvelles chutes de neige ont touché les zones élevées en particulier.

Hiver 2005/2006: enneigement tardif, hiver plutôt long Jusqu' à mi-novembre 2005, il n' est tombé que très peu de neige en haute montagne et la limite du 0° C est restée élevée. Comme durant l' année précédente, le vent a provoqué une répartition irrégulière de la neige et de nombreuses zones sont restées faiblement enneigées. Les trois périodes de précipitations les plus importantes de l' hiver se sont produites entre décembre et fin janvier. Les hauteurs de neige en janvier étaient ainsi largement supérieures aux moyennes pluriannuelles sur le versant nord des Alpes. En Valais, au Tessin et aux Grisons, elles la Jungfrau, l' un dans le versant nord et l' autre dans le versant sud, vers 3700 mètres d' altitude En route vers les capteurs de température de la roche placés de part et d' autre de l' arête E de Photo: S tephan Gruber Transport héliporté d' appareils de mesure dans la vallée de Tourtemagne, en Valais Ecarts de température de l' été 2006 ( mai-septembre ) par rapport à la moyenne 1961-1990 Photo: Isabelle R oer Gr aphique :MétéoSuisse Gr aphique: PE RMOS Aperçu des sites de mesures PERMOS dans les Alpes suisses en 2006 1,5 1,75 2 2,25 Anomalie de température ( degrés ) 2006 Mai-Sept.. " " .MeteoSuisse Graphique: © MétéoSuisse 0,7 1 1,3 1,6 Anomalie de température ( degrés ) 2005 Mai-Sept.. " " .MeteoSuisseDonnées de température du sol disponibles pour les stations PERMOS,état 2006 Forages ( mesure des températures en profondeur ) Site Région Profondeur max. Année des mesures [m] Murtèl-Corvatsch 2/87* Haute Engadine/GR 58,. " " .0 1987 Schafberg-Pontresina 2/90 Haute Engadine/GR 33,. " " .2 1990 Jungfraujoch N, S/95 Oberland bernois/BE 11,. " " .0 1995 Emshorn Oberems/VS 6,4 1996 Arolla, Mt Dolin Val d' Hérens 5,5 1996 Muot da Barba Peider 1, 2/96 Pontresina, Haute Engadine/GR 17,. " " .5 1996 Randa Wisse-Schijen Mattertal/VS 4,0 1998 Lapires Val de Nendaz/VS 19,. " " .6 1998 Schilthorn 51/98 Mürren, Oberland bernois/BE 13,. " " .7 1998 Muragl 1, 2, 3, 4/99 Val Muragl, Haute Engadine/GR 69,. " " .6 1999 Schilthorn 50, 52/00 Mürren, Oberland bernois/BE 95,. " " .0 2000 Stockhorn 61/00 Zermatt/VS 98,. " " .3 2000 Flüela A, B/02 Flüelapass/GR 20,. " " .0 2002 Grächen 1, 2/02 Mattertal/VS 24,. " " .0 2002 Gentianes Mont Fort, Verbier/VS 20,. " " .0 2002 Stations de mesure des températures de surface Site Région Données disponibles Gemmi Oberland bernois/VS 1994-...

Creux de la Lé-Sanetsch Oberland bernois/VS 1998-...

Ritord-Challand Grand-Combin/VS 1997-...

Alpage de Mille Val de Bagnes/VS 1997-...

Lapires Val de Nendaz/VS 1998-...

Yettes Condjà Val de Nendaz/VS 1998-...

Réchy Val de Réchy/VS 1997-...

Murtèl-Corvatsch Haute Engadine/GR 2000-...

Schafberg-Pontresina Haute Engadine/GR 2000-...

* Le premier chiffre indique le numéro du forage, le second l' année où le forage a été effectué.

Ecarts de température de l' été 2005 ( mai-septembre ) par rapport à la moyenne 1961-1990 sont restées dans la moyenne ou en-des-sous. D' importantes précipitations en mars et des incursions d' air froid durant la première moitié d' avril ont repoussé l' apparition de conditions printanières au-delà de la mi-avril. Durant la première dizaine de juin, humide et fraîche, la neige est à nouveau tombée jusque vers 1100 mètres d' altitude.

Conditions météorologiques

Températures et précipitations en 2005 En Suisse, une longue période de temps hivernal froid avec de très basses températures a régné de fin janvier à début mars. Le printemps a été chaud, puis juin très chaud. Des intempéries dévastatrices sont intervenues entre le 19 et le 23 août. L' été 2005 n' a été qu' à peine plus frais que celui, exceptionnel, de 2003. Les quantités de précipitations sont restées 12 % inférieures à la moyenne 1961-1990. Le sud des Alpes est demeuré particulièrement sec; dans certaines régions, il n' avait pas plu aussi peu depuis 1901. Les intempéries d' août ont provoqué d' importantes inondations et de grosses laves torrentielles dans une grande partie de la Suisse. La plus grosse lave torrentielle, d' un volume d' environ 500 000 m 3, s' est produite près de Guttannen. La coulée s' est déclenchée à l' ouest du Chilchlistock, dans le bastion morainique de l' ancien Homadgletscher; elle a profondément érodé des éboulis ( section de l' échancrure atteignant 600 m 2 ) et a recouvert l' Aar et la route du Grimsel de 20 m de matériaux. Permafrost et restes de glace dans le cirque glaciaire pourraient avoir facilité le transfert direct de l' eau depuis les parois rocheuses de l' amont jusque dans la section raide du bastion.

Températures et précipitations en 2006 En Suisse, 2006 fut une des cinq années les plus chaudes depuis 1864, dépassée seulement par 1994, 2000, 2002 et 2003. Au nord des Alpes, les trois premiers mois ont connu des températures nettement inférieures à la norme. Elles ont ensuite été compensées par la chaleur des mois d' avril à juin. Si juillet a été extrêmement chaud, atteignant un record dans bien des stations, août a été inhabituellement frais et humide. Les mois d' automne ( septembre à novembre ) ont à nouveau été parmi les plus chauds des séries existantes. Sur le versant nord des Alpes et dans le Bas-Valais, les précipitations annuelles étaient dans -2 -1 0 1 2 3 MAGS T [°C] Sanetsch ( 6 ) Gemmi ( 1 ) Gemmi ( 4 ) -2 -1 0 1 2 3 MAGS T [°C] Ritord ( 17 ) Mille ( 7 ) Yettes C. ( 3 ) Lapires ( 2 ) Réchy ( 2 ) a ) b ) 1995 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 2004 2005 2006 1995 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 2004 2005 2006 -2 -1 0 1 2 3 MAGS T [°C] Murtèl ( 5 ) Schafberg ( 1 ) Schafberg ( 2 ) c ) 1995 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 2004 2005 2006 Evolution de la température moyenne annuelle ( MAGST ) de la surface du sol sur différents sites PERMOS: a ) Oberland bernois; b ) Valais; c ) Grisons. Les températures moyennes sont calculées chaque mois sur la base des douze mois précédents. La légende indique, pour chaque site, le nombre de capteurs utilisés Remplacement d' un capteur de température de la roche à proximité du sommet du Corvatsch, vers 3300 m Photo: Stephan Gruber Photo: Jeannette Nötzli Gr aphique: PE RMOS la moyenne. Au contraire, les Grisons, le Tessin et le reste du Valais n' ont reçu, en général, que 75 à 90 % des précipitations normales.

Températures de surface

Toutes les deux heures, sur neuf sites PERMOS, plus de cent capteurs enregistrent la température de la surface du sol. Ces appareils, placés à faible profondeur pour être protégés du rayonnement solaire, se trouvent sur des éboulis, des glaciers rocheux ou des moraines dans des pentes entre 0° et 40°. Les variations de la température de surface découlent de l' influence combinée de la température de l' air, du rayonnement solaire, de l' épaisseur de neige et de la circulation d' air entre les blocs.

Depuis 2004, la température de la roche est mesurée à 10 centimètres de profondeur sur trois sites. Certains capteurs sont installés sur des parois quasi verticales où la neige n' adhère pratiquement jamais, comme la face nord de l' Eiger; d' autres sur des zones rocheuses planes. Ces mesures renseignent sur les réactions de la température de la roche aux conditions météorologiques. Pour les Te mpératureC] 2002 2003 2004 2005 2006 2007 pas d e mes ures Oct Jan AvrJuil Oct Jan AvrJuil Oct Jan AvrJuil Oct Jan AvrJuil Oct Jan AvrJuil Oct Jan Avr Juil

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Profondeur [m] Température de la roche ( 10 cm sous la surface ) dans la paroi nord de l' Eiger à 2800 m, près de l' arrêt Eigerwand du train du Jungfraujoch. L' influence de la période de froid d' août 2006 est clairement visible ( cercle bleu ), ainsi que celle du mois d' avril 2007, bien plus chaud que les précédents ( cercles verts ) Date et épaisseur du dégel superficiel maximal dans la zone sommitale du Schilthorn depuis 1998. Ici, le permafrost ne contient que peu de glace; dès lors, sa fonte n' absorbe pas beaucoup d' énergie. La couche active a presque doublé d' épaisseur en 2003 par rapport aux années précédentes Date et épaisseur du dégel superficiel maximal dans le permafrost du glacier rocheux de Murtèl-Corvatsch depuis 1987. Lors de la canicule de 2003, le record précédent n' a été dépassé que de 5 cm environ, car une grande part de l' excédent de chaleur a été absorbée par la fonte de la glace Un capteur de température du sol placé à faible profondeur au Schilthorn. Il est programmé pour faire une mesure toutes les deux heures Le boîtier d' enregistre des données du forage de 1987 sur le glacier rocheux de Murtèl-Corvatsch. Les données relevées peuvent être téléchargées directement sur l' ordinateur du bureau PERMOS A proximité de Fuorcla-Surlej, sur le Corvatsch, cet homme recherche, à l' aide d' un GPS, un capteur mesurant la température du sol Gr aphique: PE RMOS Gr aphique: PE RMOS Gr aphique: PE RMOS Photo: Jeannette Nötzli Photo: Andreas Hasler années 2001 et 2002, on dispose de données concernant certains emplacements, mais l' année extrêmement chaude de 2003 n' a malheureusement pas été documentée.

Température moyenne annuelle de la surface du sol La chaleur de l' été 2003 a fait augmenter les valeurs annuelles de la température de surface de 2-3° C sur tous les sites PERMOS. Dès 2004, elles se sont à nouveau abaissées à un niveau correspondant à la moyenne de la dernière décennie. L' hiver 2004/2005, pauvre en neige, a eu pour effet un refroidissement supplémentaire d' environ 0,5° C. Depuis l' été 2005, la température moyenne annuelle de la surface du sol est restée presque inchangée.

Température de la roche L' été 2006 très chaud, pourtant modéré par un mois d' août frais, a laissé sa trace dans les enregistrements effectués dans la roche. La variabilité interannuelle étant grande, il est cependant trop tôt pour pouvoir déterminer des tendances claires en lien avec l' évolution du climat: les séries de mesures disponibles sont encore trop courtes.

Températures du permafrost

Le permafrost réagit très lentement aux variations de la température de surface, qui se transmettent en profondeur par conduction thermique surtout. Par exemple, pour qu' une variation de température atteigne une profondeur de 100 m, il faut compter plusieurs dizaines d' années. Le transfert de chaleur peut aussi être ralenti par la présence de glace dans le terrain, la fonte de la glace absorbant passablement d' énergie. Cependant, dès que des zones non gelées permettent une circulation d' eau, cette dernière peut transporter rapidement de la chaleur en profondeur et accélérer le processus de dégradation.

Couche active Les fluctuations annuelles de la température de surface se ressentent, selon la composition du terrain, jusqu' à une profondeur de 15-20 m. Dans les couches supérieures, la température devient positive en été; c' est ce qu' on appelle la couche active ( ou couche de dégel estival ). Son épaisseur est un signal climatique direct et dépend avant tout des températures de l' été. La comparaison inter-annuelle est intéressante, tout comme la tendance à long terme. Toutefois, les valeurs mesurées dans l' absolu dépendent fortement des propriétés du terrain: dans le permafrost riche en glace de Murtèl-Corvatsch, la marque record de l' été 2003 ( 3,. " " .5 m ) a été à peu près égalée lors des trois étés suivants. La même année, le dégel superficiel du permafrost pauvre en glace du Schilthorn a atteint près de 9 m, une profondeur qui est restée exceptionnelle: durant les étés 2004 à 2006, comme avant 2003, elle est revenue à 5 m environ. Température à environ 10 mètres de profondeur Un autre moyen de comparer différents sites entre eux consiste à observer la température à environ 10 mètres de profondeur. Les variations thermiques d' origine superficielle sont ici atténuées et décalées dans le temps. Elles correspondent cependant à peu près aux variations annuelles, reflétant l' influence conjointe de la température de l' air et de l' évolution de la couverture neigeuse. Les conditions atmosphériques durant les deux années concernées par le présent rapport ont eu pour effet un léger refroidissement dans la plupart des forages. L' hiver pauvre en neige de 2004/2005 a eu une forte influence sur l' évolution des températures du permafrost. Au cours de l' hiver Réparation d' un anémomètre sur la station météo située près des forages du Schilthorn Le site de mesure PERMOS du Schilthorn en juillet 2006: le versant sud est déjà complètement déneigé, alors que dans le versant nord, où se trouvent les forages, il reste encore passablement de neige Photo: Jeannette Nötzli Photo: Jeannette Nötzli Deux forages instrumentés, de 65 mètres de profondeur, sur l' arête du Hörnli au pied du Cervin, à 3290 m. Ils effectuent une mesure par jour > –3,0 –2,. " " .5 –2,. " " .0 –1,. " " .5 –1,. " " .0 –0,. " " .5 0,0 Schilthorn ( 10,. " " .0 m ) Schafberg ( 9,. " " .2 m ) Murtèl ( 11,. " " .5 m ) Muragl ( 9,. " " .6 m ) M. Barba Peider ( 10,. " " .0 m ) Gentianes ( 9,. " " .6 m ) 1990 1995 2000 2005 1987 1988 1989 1991 1992 1993 1994 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2006 Te m p ér at ur eCSchilthorn ( 10,. " " .0 m ) Schafberg ( 9,. " " .2 m ) Murtèl ( 11,. " " .5 m ) Muragl ( 9,. " " .6 m ) M. Barba Peider ( 9,. " " .6 m ) Gentianes ( 9,. " " .6 m ) –3,. " " .0 –2,. " " .5 –2,. " " .0 –1,. " " .5 –1,. " " .0 –0,. " " .5 0,0 2004 TempératureC] 2005 2006 Première neige sur le glacier rocheux de Murtèl ( Haute Engadine ) en octobre 2006 Les températures du permafrost relevées à environ 10 mètres de profondeur dans différents forages mettent en évidence un réchauffement en trois phases, interrompu en 1995/1996 et en 2002 Dans la période couverte par ce rapport ( 1 er octobre 2004-30 septembre 2006 ), les températures à 10 mètres de profondeur se sont légèrement abaissées en regard de l' année extrême 2003. Deux hivers successifs avec peu de neige y ont contribué Photo: Marcia Phillips Photo: Marcia Phillips Gr aphique: PE RMOS Gr aphique: PE RMOS suivant, les valeurs mesurées au Schilthorn sont restées stables mais, sur les autres sites, elles ont poursuivi leur baisse.

Nouvelle carte indicatrice du permafrost

La dégradation du permafrost est un processus très lent, dont les effets se 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 –3,. " " .0 –2,. " " .0 –1,. " " .0 0,0 1,0 2,0 Pr of ondeur [m ] Murtèl 2/87 Schafberg 2/90 Muragl 4/99 Schilthorn 50/00 Stockhorn 60/00 TempératureC] Pr of ondeur [m ] 0 5 10 15 20 –4,. " " .0 –2,. " " .0 0,0 2,0 4,0 6,0 TempératureC] M. Barba Peider 1/96 M. Barba Peider 2/96 Arolla 1/96 Schilthorn 51/98 Filets à neige construits sur le permafrost au-dessus de Randa, à 3100 m L' épaisseur du permafrost varie entre moins de 10 m et plus de 100 m selon les sites. Non seulement les températures mesurées dans l' absolu sont différentes d' un site à l' autre, mais aussi le gradient thermique, c'est-à-dire l' accroissement de température par mètre de profondeur Carte indicatrice de l' extension potentielle du permafrost dans la région Corvatsch-Furtschel-las en Haute-Engadine. Cette carte a été établie par l' Office fédéral de l' environnement ( OFEV ) en 2006 pour l' ensemble de la Suisse. Les couleurs jaunes représentent les zones où la présence de permafrost est possible, les tons violets, celles où elle est probable. Plus la couleur est sombre, plus la probabilité d' existence du permafrost est élevée Graphique: PERMOS Gr aphique: PE RMOSPhoto: Mar cia Phillips Car te: OF EV, échelle: 1: 50 000 claires. A long terme, le réchauffement du permafrost peut avoir une influence sur le potentiel de déclenchement d' éboulements et de laves torrentielles en haute montagne. Notons d' ailleurs que, durant la période 2004-2006, plusieurs évènements se sont produits dans les zones de permafrost, notamment la lave torrentielle de Guttannen et un éboulement dans le flanc sud du Cervin durant l' été 2005. a Equipe de rédaction PE RMOS 2, 3 2 Equipe de rédaction PERMOS: Jeannette Nötzli, Université de Zurich, PERMOS-OfficeLa lave torrentielle de Guttannen s' est déclenchée dans le bastion morainique de l' ancien Homadgletscher. La niche d' arrachement est bien visible La lave torrentielle du 22 août 2005 près de Guttannen a atteint la vallée, recouvrant l' Aar et la route du Grimsel d' une importante couche de gravats Photo: Flotr on A G, 3860 Meiringen Photo: Flotron AG, 3860 Meiringen Daniel Vonder Mühll, EPFZ et Université de Zurich, PERMOSOffice; Isabelle Roer, Université de Zurich, PERMOSOffice; Reynald Delaloye, Uni- versité de Fribourg; Christoph Frei, MétéoSuisse; Stephan Gruber, Université de Zurich; Wilfried Haeberli, Université de Zurich; Martin Hoelzle, Université de Zurich; Marcia Phillips, ENA, Davostraduction et adaptation française: Reynald Dela- loye 3 L' Office fédéral de l' environnement ( OFEV ), l' Académie suisse des sciences naturelles ( SCNAT ) et MétéoSuisse ont assuré par une convention le financement de PERMOS pour les années 2007-2010. Le bureau de coordination est sis à l' Université de Zurich et assure l' archivage et l' évaluation continue des données tout comme l' établissement des rapports à destination des financeurs et du public.

constatent sur le long terme. Les laves torrentielles et les éboulements, par contre, sont des évènements plus soudains et rapides. Cerner de manière plus précoce les processus de dégradation du permafrost permet de mieux prévenir leurs conséquences. A l' aide de modèles de calcul et avec la contribution de spécialistes, l' Office fédéral de l' environne ( OFEV ) a publié une nouvelle « carte de l' extension potentielle du permafrost en Suisse » à l' échelle 1: 50 00O. Les plus grandes zones de permafrost se situent, en majorité, dans les régions alpines des cantons du Valais, de Berne, de Glaris et des Grisons. Cette carte devrait entre autres aider les cantons concernés à réviser les cartes de dangers liés aux laves torrentielles et aux éboulements issus de la zone du permafrost.

Conclusions

Après l' été record de 2003, les mesures dans les forages montrent que le permafrost des Alpes suisses s' est à nouveau quelque peu refroidi dans les niveaux proches de la surface durant la période de rapport allant de l' automne 2004 à l' automne 2006. Les températures de la roche dans les parois raides pratiquement dépourvues de neige reflètent clairement, quant à elles, les évolutions de la température de l' air. Ces mesures s' avè être un complément important des relevés de température de surface réalisés jusqu' ici, mais les séries sont encore trop courtes pour déterminer des tendances