Le permafrost en Siberie : fonte, consequences et avenir

Le sol gele qui definit la Siberie

Il y a sous la Siberie un monde invisible. Un monde gele, silencieux, immobile depuis des milliers d'annees — parfois des centaines de milliers d'annees. Ce monde, c'est le permafrost, cette couche de sol qui ne degel jamais, qui s'etend sous la toundra, sous la taiga, sous les villes et les routes, sur des millions de kilometres carres. Le permafrost est le socle sur lequel repose toute la Siberie — au sens propre. Et ce socle est en train de fondre.

Ce n'est pas une metaphore. Le permafrost siberien, qui couvre environ 65 pourcent du territoire russe et stocke des quantites colossales de carbone organique, se rechauffe a un rythme que les scientifiques qualifient sans hesitation d'alarmant. Les consequences touchent tout — le climat mondial, les ecosystemes arctiques, les villes construites sur ce sol suppose inebranlable, et meme la memoire du vivant, puisque la fonte libere des restes d'animaux disparus depuis des milliers d'annees dans un etat de conservation stupefiant.

J'ai vu les effets de cette fonte de mes propres yeux. A Yakoutsk, des batiments dont les fondations s'enfoncent dans un sol devenu mou comme de la boue. En Yakoutie du nord, des falaises entieres qui s'effondrent dans les rivieres, emportant des arbres et des tonnes de terre gelee dans des nuages de poussiere et de vapeur. Sur la peninsule de Iamal, des crateres mysterieux de dizaines de metres de diametre, apparus du jour au lendemain, craches par un sol qui liberait ses gaz sous pression. Ce qui se passe dans le permafrost siberien n'est pas un probleme local — c'est un phenomene planetaire dont nous commencons a peine a mesurer l'ampleur. Pour comprendre le contexte, il est utile de se familiariser avec la fascination qu'exerce la Siberie et les raisons qui poussent les scientifiques a y travailler dans des conditions extremes.

Qu'est-ce que le permafrost

Le permafrost — ou pergelisol, dans la terminologie francophone officielle — designe tout sol dont la temperature reste inferieure ou egale a zero degre Celsius pendant au moins deux annees consecutives. Cette definition, en apparence simple, cache une realite d'une complexite redoutable. Le permafrost n'est pas un bloc de glace uniforme enfoui sous la surface. C'est un systeme geologique stratifie, heterogene, qui varie enormement en epaisseur, en temperature, en composition et en teneur en glace selon les regions.

En Siberie, le permafrost peut atteindre des profondeurs vertigineuses. Dans le nord de la Yakoutie, pres de la riviere Markha, des forages ont mesure des epaisseurs de permafrost depassant 1 500 metres — le record mondial. Dans les regions plus meridionales, le permafrost est plus mince et plus fragile, parfois presente sous forme d'ilots discontinus au milieu de zones non gelees. La temperature du permafrost varie aussi considerablement : pres de zero degre dans les zones marginales du sud, jusqu'a moins treize degres dans les endroits les plus froids du nord de la Yakoutie.

Au-dessus du permafrost se trouve la "couche active" — la partie superieure du sol qui degel chaque ete et regele chaque hiver. L'epaisseur de cette couche active varie de quelques dizaines de centimetres dans le Grand Nord a plusieurs metres dans les zones de permafrost discontinu. C'est dans cette couche active que poussent les arbres, que s'enracinent les plantes, que vivent les organismes du sol. Et c'est l'approfondissement progressif de cette couche active qui constitue le premier signe mesurable de la degradation du permafrost.

La teneur en glace du permafrost est un facteur crucial. Certaines couches contiennent des lentilles de glace massive — des blocs de glace pure enfermes dans le sol depuis des milliers d'annees, parfois de la taille d'un immeuble. Quand ces lentilles fondent, le sol perd son volume et s'affaisse, creant des depressions appelees thermokarsts — des paysages chaotiques de lacs, de creux et de glissements de terrain qui transforment la surface de la Siberie a une vitesse visible a l'echelle d'une vie humaine.

La fonte : un phenomene qui s'accelere

Les donnees sont sans ambiguite. La temperature du permafrost en Russie a augmente de 0,5 a 2 degres Celsius au cours des trente dernieres annees, selon les regions et les profondeurs de mesure. Ce chiffre peut sembler derisoire, mais pour un sol qui est reste gele pendant des milliers d'annees, c'est un bouleversement considerable. Chaque dixieme de degre compte, car les processus de degradation ne sont pas lineaires — ils s'accelerent a mesure que la temperature approche du zero.

La couche active s'approfondit partout en Siberie, a un rythme de un a trois centimetres par an en moyenne, avec des pics beaucoup plus importants lors des etes particulierement chauds. L'ete 2020 a ete un tournant. Une vague de chaleur exceptionnelle a frappe la Siberie, avec des temperatures atteignant 38 degres Celsius a Verkhoyansk — un record absolu pour le cercle polaire. Cet ete-la, la couche active s'est approfondie de dix a vingt centimetres supplementaires dans certaines regions, provoquant des glissements de terrain massifs, des effondrements de berges et la formation de nouveaux lacs thermokarstiques.

Le phenomene le plus spectaculaire est sans doute le cratere de Batagaika, en Yakoutie. Cette depression geante, surnommee la "porte de l'enfer" par les Yakoutes, mesure plus d'un kilometre de long et cent metres de profondeur. Elle s'agrandit d'environ quinze metres par an, revelant des couches de permafrost vieilles de 650 000 ans. Les parois du cratere exposent une coupe geologique extraordinaire — des couches de glace, de sable, de limon et de matiere organique qui racontent l'histoire climatique de la Siberie sur des centaines de millenaires. Mais ce qui fascine les scientifiques terrifie les habitants — le sol sous leurs pieds est en train de s'ouvrir.

L'Arctique russe se rechauffe deux a quatre fois plus vite que la moyenne mondiale, un phenomene appele "amplification arctique". Les causes en sont multiples : la reduction de la banquise, qui diminue l'effet albedo (la reflexion du rayonnement solaire), l'augmentation des incendies de forets boreales qui noircissent la surface et absorbent plus de chaleur, et les changements dans les courants atmospheriques qui amenent davantage d'air chaud vers les hautes latitudes. En consequence, le climat russe subit des transformations profondes qui affectent l'ensemble du territoire.

La bombe a methane

Le permafrost siberien contient environ 1 500 milliards de tonnes de carbone organique — presque le double de ce que contient l'ensemble de l'atmosphere terrestre. Ce carbone provient de restes vegetaux et animaux accumules pendant des centaines de milliers d'annees et preserves par le gel. Tant que le sol reste gele, ce carbone est inerte, enferme dans une prison de glace. Mais quand le permafrost fond, les bacteries du sol se mettent a decomposer cette matiere organique et liberent du dioxyde de carbone (CO2) et du methane (CH4).

Le methane est le probleme majeur. Ce gaz a effet de serre est environ 80 fois plus puissant que le CO2 sur une periode de vingt ans. En conditions anaerobies — c'est-a-dire en l'absence d'oxygene, comme au fond des lacs et des zones saturees d'eau — la decomposition de la matiere organique produit preferentiellement du methane plutot que du CO2. Or, la fonte du permafrost cree precisement des conditions anaerobies : l'eau de fonte sature le sol, les lacs thermokarstiques se multiplient, et le methane remonte en bulles a la surface.

Les images les plus frappantes viennent de la peninsule de Iamal, ou des crateres de plusieurs dizaines de metres de diametre et de profondeur sont apparus depuis 2014. Ces crateres sont le resultat d'explosions de methane — le gaz s'accumule sous pression dans des poches au sein du permafrost, et quand la couche superieure s'amincit suffisamment, la poche explose litteralement, ejectant des tonnes de terre et de glace. La premiere fois qu'un de ces crateres a ete decouvert, en 2014, les scientifiques ont ete stupefaits. Depuis, une quinzaine d'explosions similaires ont ete documentees dans l'Arctique russe.

Le danger de cette liberation de methane est ce que les scientifiques appellent une boucle de retroaction positive : le permafrost fond, libere du methane, le methane rechauffe l'atmosphere, le rechauffement fait fondre davantage de permafrost, qui libere encore plus de methane. C'est un cercle vicieux qui pourrait, selon certains modeles, ajouter 0,3 a 0,5 degre de rechauffement supplementaire d'ici 2100 — un chiffre considerable quand on sait que chaque dixieme de degre compte dans la lutte contre le changement climatique.

Quand les villes s'enfoncent

Le permafrost n'est pas seulement un enjeu climatique — c'est un enjeu humain immediat. Des millions de personnes vivent sur le permafrost en Russie, dans des villes et des villages construits sur un sol que l'on croyait eternellement gele. Quand ce sol commence a fondre, tout ce qui est construit dessus commence a bouger, a pencher, a se fissurer, a s'effondrer.

Norilsk, la grande ville industrielle du nord de la Siberie, est le cas le plus dramatique. Construite dans les annees 1930-1940 par des prisonniers du Goulag, la ville est entierement batie sur pilotis enfonces dans le permafrost — une technique qui permet de maintenir un espace ventile entre les batiments et le sol, empechant la chaleur des immeubles de faire fondre le gel sous-jacent. Mais le rechauffement climatique a change la donne. La temperature du permafrost sous Norilsk a augmente de pres de deux degres en trente ans, et les pilotis perdent progressivement leur ancrage dans un sol qui ramollit. Selon les estimations officielles, plus de soixante pourcent des batiments de Norilsk presentent des dommages structurels lies a la degradation du permafrost.

En 2020, un reservoir de diesel appartenant a la societe Norilsk Nickel s'est effondre a cause de l'affaissement du sol, deverssant plus de 21 000 tonnes de carburant dans la riviere Ambarnaïa — l'une des pires catastrophes ecologiques de l'histoire de l'Arctique russe. L'enquete a confirme que la degradation du permafrost etait la cause principale de l'effondrement des fondations du reservoir. Cet evenement a servi de signal d'alarme pour l'ensemble de l'industrie siberienne.

Yakoutsk, la capitale de la Yakoutie et la plus grande ville du monde construite sur du permafrost continu (environ 330 000 habitants), fait face aux memes problemes. Les rues se deforment, les immeubles penchent, les canalisations se rompent. La municipalite investit des sommes considerables dans la surveillance du permafrost sous la ville — des centaines de capteurs thermiques sont plantes dans le sol pour suivre en temps reel l'evolution des temperatures — mais les solutions techniques a long terme restent incertaines.

Les infrastructures lineaires sont particulierement vulnerables. Les pipelines qui transportent le petrole et le gaz a travers la Siberie reposent en grande partie sur le permafrost. L'oleoduc ESPO (Siberie orientale-Pacifique), long de 4 857 kilometres, traverse des zones de permafrost sur une grande partie de son trace. Les deformations du sol creent des contraintes sur les tubes qui peuvent provoquer des fuites et des ruptures. Les voies ferrees, notamment la ligne BAM et le Transsiberien, subissent egalement des deformations qui necessitent des reparations constantes et couteuses.

Les mammouths resurgissent

Si le permafrost est un cauchemar pour les climatologues et les ingenieurs, il est un tresor pour les paleontologues. Le sol gele de Siberie est le plus grand congelateur naturel de la planete, et la fonte acceleree revele des restes d'animaux disparus dans un etat de conservation qui defie l'imagination.

Les mammouths laineux sont les stars incontestees de ces decouvertes. Disparus il y a environ 4 000 ans (les derniers survivants vivaient sur l'ile Wrangel, dans l'Arctique russe), ces geants de la steppe glaciaire sont regulierement decouverts dans le permafrost siberien, parfois dans un etat de preservation extraordinaire. Le mammouth de Liakhov, decouvert en 2013 sur les iles de Nouvelle-Siberie, contenait encore du sang liquide et du tissu musculaire intact — une premiere dans l'histoire de la paleontologie. Le bebe mammouth Liuba, decouvert en 2007 sur la peninsule de Iamal, est le specimen de mammouth le mieux conserve jamais trouve — un nouveau-ne d'un mois, pratiquement intact, mort il y a 42 000 ans.

La fonte du permafrost multiplie les decouvertes a un rythme sans precedent. Chaque ete, les berges des rivieres de Yakoutie s'effondrent et revelent des os, des defenses, et parfois des corps entiers d'animaux du Pleistocene. Les mammouths sont les plus nombreux, mais on trouve aussi des rhinoceros laineux, des bisons des steppes, des chevaux sauvages, des lions des cavernes et meme des loups parfaitement preserves. En 2021, un louveteau vieux de 57 000 ans a ete decouvert en Yakoutie dans un etat de conservation remarquable — poil, peau, organes internes intacts.

Cette abondance de materiel biologique a relance un vieux reve : celui de la de-extinction. Plusieurs equipes de recherche travaillent sur la possibilite de ressusciter le mammouth laineux en utilisant l'ADN extrait des specimens congelees. Le projet le plus avance est celui de la societe americaine Colossal Biosciences, qui utilise les outils d'edition genetique CRISPR pour modifier l'ADN d'elephants d'Asie (le plus proche parent vivant du mammouth) afin de creer un hybride adapte au froid. Le projet est controverse — les critiques pointent les problemes ethiques et ecologiques — mais il illustre a quel point le permafrost siberien est devenu un terrain de recherche de pointe.

Le commerce de l'ivoire de mammouth est une autre consequence inattendue de la fonte. En Yakoutie, la collecte de defenses de mammouths est devenue une activite economique significative. Les defenses, qui peuvent peser jusqu'a 70 kilogrammes chacune et mesurer plus de quatre metres, se vendent entre 200 et 1 000 euros le kilogramme selon leur qualite. Le marche est principalement alimente par la demande chinoise, ou l'ivoire de mammouth sert de substitut legal a l'ivoire d'elephant, dont le commerce est interdit. On estime que 60 a 80 tonnes de defenses de mammouths sont extraites du permafrost siberien chaque annee.

Virus anciens et risques sanitaires

Le permafrost ne conserve pas seulement des mammouths — il conserve aussi des micro-organismes. Et certains d'entre eux sont encore viables apres des milliers, voire des dizaines de milliers d'annees de congelation. Cette realite, longtemps consideree comme une curiosite scientifique, est devenue une preoccupation sanitaire serieuse depuis 2016.

En aout 2016, une epidemie d'anthrax (charbon bacterien) a frappe la peninsule de Iamal, dans le nord de la Siberie occidentale. Un enfant de douze ans est mort et des dizaines de personnes ont ete hospitalisees. Plus de 2 300 rennes sont morts. L'enquete a revele que la cause etait la fonte d'une couche de permafrost qui avait expose la carcasse d'un renne infecte, mort environ 75 ans plus tot. Les spores de Bacillus anthracis, conservees dans le sol gele, etaient restees viables et avaient contamine la toundra environnante lorsque la chaleur les avait liberees.

Cet episode a provoque une onde de choc dans la communaute scientifique. Si des spores bacteriennes peuvent survivre 75 ans dans le permafrost, qu'en est-il des couches plus profondes, gelees depuis des milliers ou des dizaines de milliers d'annees ? Des chercheurs francais de l'universite d'Aix-Marseille ont apporte un debut de reponse en 2014 et 2015, en ressuscitant des virus geants — Pithovirus sibericum et Mollivirus sibericum — a partir d'echantillons de permafrost vieux de 30 000 ans. Ces virus, qui infectent des amibes et non des humains, ont retrouve leur capacite d'infection apres 30 000 ans de congelation. La demonstration etait faite : le permafrost est un reservoir de pathogenes anciens potentiellement dangereux.

Les risques les plus redoutes sont ceux lies a la variole. Le virus de la variole, eradique officiellement en 1980, a tue des millions de personnes en Siberie au cours des siecles precedents. Les corps des victimes, enterres dans le permafrost, pourraient contenir des particules virales encore viables. La probabilite est consideree comme faible par la plupart des epidemiologistes — le virus de la variole est fragile et se degrade plus vite que les virus geants decouverts a ce jour — mais elle n'est pas nulle, et elle justifie une surveillance accrue.

La recherche scientifique en premiere ligne

La Russie abrite certains des centres de recherche les plus importants au monde sur le permafrost. L'Institut de recherche sur le permafrost de Yakoutsk, fonde en 1960, est le plus ancien et le plus grand laboratoire consacre exclusivement a l'etude du pergelisol. Situe au coeur de la ville, il possede un laboratoire souterrain unique — un tunnel creuse a douze metres de profondeur dans le permafrost, ou les scientifiques etudient les proprietes physiques, chimiques et biologiques du sol gele dans des conditions parfaitement controlees. La temperature y est constante, a moins cinq degres, toute l'annee.

Le reseau de stations de surveillance du permafrost en Russie compte des centaines de sites equipes de capteurs de temperature enfouis a differentes profondeurs. Les donnees collectees depuis les annees 1970 constituent une base de donnees unique au monde qui documente avec precision le rechauffement progressif du permafrost siberien. Ces donnees sont partagees avec la communaute scientifique internationale dans le cadre du Global Terrestrial Network for Permafrost (GTN-P).

Un projet de recherche particulierement original est le Parc du Pleistocene, cree en 1996 par le geophysicien russe Sergueï Zimov dans le nord de la Yakoutie, pres de la ville de Tcherski. L'idee est de reconstituer l'ecosysteme de la steppe a mammouths du Pleistocene en reintroduisant des grands herbivores — bisons, chevaux de Przhevalski, boeufs musques, yacks — dans un enclos de 200 kilometres carres de toundra. L'hypothese de Zimov est que ces animaux, en pietinant la neige et en empechant la formation d'une couche isolante, permettraient au froid hivernal de penetrer plus profondement dans le sol et de ralentir la fonte du permafrost. Les premiers resultats sont encourageants — les zones paturees sont effectivement plus froides — mais l'echelle reste modeste par rapport a l'immensité du probleme.

La cooperation internationale s'intensifie. Des equipes europeennes, americaines, japonaises et chinoises travaillent en collaboration avec les chercheurs russes sur des campagnes de mesure dans l'Arctique siberien. Les satellites jouent un role croissant dans la surveillance : les images radar permettent de detecter les deformations du sol, les capteurs thermiques mesurent la temperature de surface, et les donnees de gravimetrie revelent les changements dans la masse d'eau stockee dans le permafrost.

Quel avenir pour le permafrost siberien

Les projections climatiques sont unanimes : le permafrost siberien continuera a se degrader au cours du XXIe siecle, quel que soit le scenario d'emission de gaz a effet de serre retenu. La question n'est pas de savoir si le permafrost fondra, mais a quelle vitesse et dans quelle proportion.

Dans le scenario le plus optimiste (limitation du rechauffement a 1,5 degre conformement a l'Accord de Paris), environ 30 pourcent du permafrost de surface pourrait disparaitre d'ici 2100. Dans les scenarios intermediaires (rechauffement de 2 a 3 degres), cette proportion monte a 50-60 pourcent. Dans le scenario le plus pessimiste (rechauffement de 4 degres ou plus), jusqu'a 70 pourcent du permafrost de surface pourrait etre perdu, ne laissant de permafrost continu que dans les regions les plus septentrionales et les plus froides de la Yakoutie et de l'Arctique insulaire.

Les consequences seront profondes et durables. La transformation des paysages sibériens est deja visible — la toundra s'arbore (les arbustes et les arbres remontent vers le nord), les lacs thermokarstiques se multiplient puis se vident quand le permafrost sous-jacent fond completement, les berges des rivieres reculent de plusieurs metres par an. D'ici la fin du siecle, de vastes regions qui sont aujourd'hui de la toundra seche pourraient etre devenues des zones humides marecageuses, avec des consequences majeures sur la biodiversite, l'hydrologie et les emissions de gaz a effet de serre.

Pour les communautes humaines, l'adaptation est une urgence. Les autorites russes ont lance en 2021 un programme national de surveillance et d'adaptation au degel du permafrost, avec un budget de plusieurs milliards de roubles. Le programme prevoit le renforcement des fondations des batiments les plus menaces, la creation de systemes de refroidissement artificiel du sol (par thermosiphons — des tubes qui evacuent la chaleur du sol vers l'atmosphere en hiver), et le developpement de nouvelles normes de construction adaptees a un permafrost instable.

Mais ces mesures techniques ne sont que des palliatifs. La seule solution durable au probleme du permafrost est la meme que celle du changement climatique global : reduire les emissions de gaz a effet de serre pour limiter le rechauffement. Le permafrost siberien, cet immense congelateur naturel qui a stocke du carbone pendant des centaines de milliers d'annees, est en train de devenir un radiateur — et si nous n'agissons pas, il pourrait amplifier le rechauffement climatique au-dela de ce que nos modeles les plus pessimistes prevoient.