Les scientifiques utilisent régulièrement des drones et des satellites de télédétection pour enregistrer comment le changement climatique affecte les taux de dégel du pergélisol, des méthodes qui fonctionnent bien dans les paysages de toundra stérile où rien n'obstrue la vue.

Mais dans les régions boréales, qui abritent une partie importante du pergélisol mondial, obscurcir la végétation peut contrecarrer même la technologie de télédétection la plus avancée.

Dans une étude publiée en janvier, des chercheurs en Allemagne et à l'Institut géophysique de Fairbanks de l'Université d'Alaska ont mis au point une méthode d'utilisation de l'imagerie satellitaire pour mesurer la profondeur du dégel directement au-dessus du pergélisol dans les écosystèmes boréaux. Plutôt que d'essayer de regarder au-delà de la végétation, ils proposent une solution unique qui utilise les variations de couleur de la forêt pour déduire la profondeur du pergélisol sous-jacent.

La forêt pour les arbres

Les dépôts de pergélisol dans l'hémisphère nord ont été continuellement gelés pendant des centaines de milliers d'années. La couche de sol directement au-dessus de celle du pergélisol, cependant, est beaucoup plus dynamique - gel et dégel avec les saisons et croissance ou rétrécissement au fur et à mesure qu'il interagit avec différents types de végétation à la surface.

Étant donné que le pergélisol des régions boréales est souvent recouvert d'un épais couvert forestier, les méthodes typiques de mesure du pergélisol et de la couche active qui fonctionnent bien dans les régions de la toundra, comme l'utilisation de lasers pulsés ou de radars qui pénètrent dans le sol, sont inefficaces et peuvent donner des résultats erronés.

« Les auvents gênent dans les régions boisées, " a déclaré Christine Waigl, chercheur au Geophysical Institute de l'Université d'Alaska Fairbanks et co-auteur de l'étude. « Certains instruments de télédétection peuvent pénétrer le couvert végétal, mais l'interprétation nécessite des connaissances spécialisées."

Au lieu de regarder au-delà de la couverture forestière, les scientifiques se sont tournés vers une variété de méthodes indirectes. Une approche consiste à attribuer des catégories à la végétation afin d'obtenir des estimations générales de la taille de la couche active sous-jacente. Les résultats peuvent être imprécis, similaires à la différence entre un croquis d'un paysage et une photo haute résolution de celui-ci.

Au lieu, auteur principal Veronika Döpper, chercheur à l'Institut de technologie de Berlin, a adopté une approche différente, une dans laquelle elle considérait le paysage végétal comme un continuum.

« Dans les forêts naturelles, les plantes autour de vous n'entrent pas simplement dans une catégorie ou l'autre sans gradient entre les deux, " a déclaré Döpper. " Ainsi, dans notre étude, plutôt que de dire que nous avions une forêt dominée par le bouleau ou une forêt dominée par l'épinette noire avec un pergélisol profond ou peu profond correspondant, nous avons utilisé notre imagerie satellite pour voir le gradient entre les deux."

Palette de couleurs de télédétection

Pour atteindre cet objectif, Döpper a obtenu des images satellite des forêts entourant la ville de Fairbanks, Alaska, qui ont été prises au cours de l'été 2018. Afin de savoir ce qu'elle regardait, Döpper a mis en place plus de 65 parcelles de 10 mètres sur 10 à l'extérieur de Fairbanks le même été au cours desquelles elle a identifié tous les arbres et arbustes, mesuré directement la profondeur de la couche active et enregistré l'emplacement avec le GPS.

En utilisant les coordonnées GPS pour localiser chaque parcelle sur les cartes satellites, Döpper pouvait alors dire comment le nombre total d'espèces dans une parcelle donnée contribuait à la couleur de ces parcelles, comme le montrent ses images de télédétection.

« Différents types de végétation auront des tons complètement différents dans leurs spectres de couleurs et leurs réflectances, que nous pouvons utiliser pour cartographier la composition de la végétation, " a déclaré Dopper.

Avec ses tracés comme guides de couleurs, les réflectances pourraient alors déterminer le type exact de végétation poussant sur de vastes étendues de zones boisées et non boisées à l'extérieur de Fairbanks et, par procuration, pourrait estimer les profondeurs de dégel précises pour la même zone.

Non seulement cette nouvelle approche promet de fournir des estimations plus précises et plus abondantes de la profondeur du pergélisol pour une utilisation dans la modélisation du climat, c'est aussi un outil précieux pour les collectivités des régions boréales.

Quand le pergélisol fond, les eaux de ruissellement forent des canaux à travers le sol, déstabilisant la topographie aérienne. Cela peut entraîner un affaissement du sol et des glissements de terrain, mettant en danger des vies et présentant des risques pour les infrastructures.

Plus de 80 % de l'Alaska est recouvert de pergélisol. Alors que ces dépôts continuent de fondre, des méthodes innovantes de suivi de leur disparition seront essentielles à plus d'un titre.