Ensembles de données futurs annuels mondiaux de la distribution du sol gelé basés sur le modèle Frost Number avec le coefficient Kappa

Pourquoi le sol gelé sous nos pieds compte

Bien en dessous de la neige et de la toundra de l’Arctique, et en altitude dans des massifs tels que l’Himalaya ou les Andes, se trouve un sol qui reste gelé d’année en année. Cette couche cachée, appelée sol gelé, emprisonne l’eau, façonne les paysages, soutient bâtiments et routes et stocke d’énormes quantités de carbone. À mesure que la planète se réchauffe, cette fondation gelée commence à dégeler, avec des conséquences pour les écosystèmes, les infrastructures et le climat. L’étude résumée ici fournit l’une des prévisions les plus détaillées à ce jour sur la manière dont le sol gelé de la Terre va évoluer au cours de ce siècle, offrant aux scientifiques, planificateurs et communautés une vision plus claire de ce qui s’annonce.

Un examen plus attentif du sol gelé mondial

Le sol gelé n’est pas partout identique. Certains sols ou roches restent gelés en continu pendant au moins deux ans ou plus, tandis que d’autres gèlent et dégèlent au rythme des saisons, et d’autres encore ne gèlent que brièvement. Ensemble, ces formes de sol gelé couvrent actuellement une grande partie des terres de l’hémisphère Nord, notamment la Sibérie, l’Alaska, le nord du Canada, le haut plateau tibétain, les Alpes et des portions des Andes. Lorsqu’il change, le sol gelé peut perturber les approvisionnements en eau locaux, déstabiliser les versants et les constructions, et libérer du carbone ancien susceptible d’accentuer le réchauffement climatique. Pourtant, il a été difficile de prévoir précisément où le sol gelé persistera ou disparaîtra, car cela dépend de détails subtils de la température sur l’ensemble de l’année, et pas seulement de la rigueur des hivers.

Construire un meilleur thermomètre pour le sous-sol

Les auteurs relèvent ce défi en affinant un outil relativement simple mais puissant connu sous le nom de modèle Frost Number. Plutôt que de simuler chaque processus physique dans le sol, ce modèle s’appuie sur la durée et l’intensité pendant lesquelles l’air reste chaque année en dessous ou au-dessus du point de congélation pour estimer si le sol sous-jacent reste gelé. Un ingrédient clé est une coupure numérique, ou seuil, qui décide quand un site est considéré comme gelé en permanence, gelé saisonnièrement ou gelé seulement brièvement. Les études passées choisissaient souvent ce seuil de manière quelque peu arbitraire, ce qui limitait la précision. Dans ce travail, les chercheurs ont testé systématiquement de nombreuses valeurs de seuil possibles en les comparant à des cartes modernes et haute résolution du sol gelé construites à partir de satellites, de mesures de terrain et d’autres données. Ils ont utilisé une mesure statistique appelée coefficient Kappa pour trouver les seuils qui correspondaient le mieux à la réalité, en les ajustant séparément pour les régions hautement polaires et les régions de haute montagne, et pour les trois principales catégories de sol gelé.

Des modèles climatiques à des cartes détaillées du futur

Une fois les meilleurs seuils identifiés, l’équipe s’est tournée vers les projections climatiques de la dernière génération de modèles globaux (CMIP6). Plutôt que d’utiliser les sorties brutes des modèles, ils se sont appuyés sur un jeu de données soigné, corrigé et mis à l’échelle qui fournit des températures d’air quotidiennes sur une grille mondiale fine, d’environ un quart de degré de résolution. De 1950 à 2099, ils ont calculé pour chaque cellule de grille des indices annuels de gel et de dégel, les ont convertis en indicateur de gel, puis ont classé chaque emplacement comme gelé en permanence, gelé saisonnièrement, gelé de façon intermittente ou non gelé. Ils ont répété ce processus selon quatre scénarios futurs différents, allant de fortes réductions d’émissions et d’actions climatiques à une trajectoire à fortes émissions avec peu d’atténuation, produisant un ensemble complet de cartes mondiales annuelles désormais disponibles publiquement.

Ce que révèlent les cartes sur un monde qui se réchauffe

Le tableau qui en ressort est net. Quel que soit le scénario futur retenu, les zones sous-tendues par un sol gelé durable se réduisent sensiblement au cours du siècle, tandis que les régions qui ne gèlent que saisonnièrement ou brièvement s’étendent. À la moitié du siècle, entre environ un cinquième et près d’un tiers des terrains aujourd’hui durablement gelés devraient dégeler, selon le scénario. En fin de siècle, les pertes s’accentuent encore : dans la trajectoire à plus fortes émissions, environ trois cinquièmes du pergélisol mondial durable disparaît. Les changements les plus marqués ont lieu le long des marges sud de la ceinture de pergélisol arctique actuelle et dans les régions de haute montagne comme le plateau tibétain, où une grande partie du sol durablement gelé se transforme en sols seulement gelés saisonnièrement. Les scénarios à émissions plus faibles montrent encore des pertes substantielles, mais le rythme du recul est plus lent et les zones gelées restantes sont plus étendues.

Utiliser les nouvelles cartes pour se préparer au changement

Pour s’assurer de la fiabilité de leur approche, les auteurs ont comparé leurs reconstructions historiques à plusieurs cartes indépendantes du sol gelé pour la Russie, le Canada et l’Arctique au sens large, trouvant une forte concordance en termes de superficie et de motifs spatiaux. Parce que le jeu de données résultant couvre l’ensemble du globe à une résolution relativement élevée et s’étend sur 150 ans, il peut désormais servir de référence commune pour de nombreux types d’études. Les hydrologues peuvent l’utiliser pour explorer comment les débits des rivières et les nappes phréatiques pourraient évoluer ; les écologues pour examiner comment les changements de cycles gel–dégel affectent la végétation et la faune ; les ingénieurs pour identifier où routes, pipelines et bâtiments sont les plus à risque ; et les climatologues pour mieux estimer la quantité de carbone susceptible d’être libérée par la fonte des sols. Pour les non-spécialistes, le message principal est clair : le sol gelé n’est pas une curiosité lointaine sous la toundra polaire. C’est une fondation fragile et sensible au climat de notre planète qui est déjà en train de changer, et nos choix futurs en matière d’émissions influenceront fortement la part que nous conserverons.

Citation: Pan, X., Li, H. & Nie, X. Future global annual frozen ground distribution datasets based on Frost Number Model with Kappa coefficient. Sci Data 13, 561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06918-9

Mots-clés: pergélisol, sol gelé, changement climatique, réchauffement arctique, plateau tibétain