Relations entre eaux souterraines, cours d'eau et pergélisol au Spitsberg occidental : exemple du bassin versant du glacier Austre Lovén (79°N, Svalbard)
Résumé
Dans la zone arctique et sub - arctique, la dégradation du pergélisol est l'une des conséquences visibles du changement climatique. Elle s'associe à des flux croissants d'eau, de solutés et de sédiments qui peuvent significativement impacter les zones côtières et ainsi les océans. Le réchauffement climatique conduit logiquement à une augmentation de la fonte estivale, concentrée sur quelques mois d e l'année. Les flux générés pendant la période de fonte sont des eaux peu minéralisées, le suivi hydrologique aux exutoires couplé à des investigations hydrogéologiques, effectués dans un bassin versant englacé sur la côte occidentale du Spitsberg (Austre Lovénbre : 10 km 2 , altitude entre 10 à 900 m), témoignent de la présence d'eaux minéralisées (jusqu'à 2g.L - 1 de solutés) dans ces petits systèmes glaciaires du Spitsberg. Ces eaux sont associées à des sources, certaines pouvant être pérennes, et des eaux s outerraines (nappe d'eau libre sur le pergélisol). L'établissement de bilans croisés, glaciologiques et hydrologiques, semble montrer que ce compartiment d'eau souterraine contribue largement aux flux d'eau en sortie du bassin. Toutefois, la quantificatio n du volume de ce réservoir reste difficile à établir en raison des nombreuses incertitudes qui demeurent, en particulier celles concernant la relation nappe - rivière. Pour étudier plus particulièrement les relations entre la nappe libre, les cours d'eau e t le pergélisol, le bassin versant de l'Austre Lovén a été progressivement équipé depuis 2007 de piézomètres, de sondes thermiques traversant la couche active (2,5m d'épaisseur) et atteignant le pergélisol (jusque 3,6m), d'une station météorologique (500 m ) et de deux stations hydrométriques placées aux exutoires du bassin, équipées de préleveurs d'eau et de stations photos automatiques. Les enregistrements obtenus sont au pas de temps horaire. En laboratoire, les eaux collectées ont fait l'objet d'analyses chimiques en ions majeurs et en Sr 2+ et d'analyses isotopiques ( 2 H, 3 H/ 3 He, 18 O, 13 C, 14 C sur CID, 87 Sr/ 86 Sr). Les résultats montrent une similarité entre des caractéristiques chimiques et isotopiques des cours d'eau et celles des eaux souterraines, en p articulier en début et fin de saison hydrologique. Ceci est en accord avec le sens des relations nappe - rivière qui vont de la nappe libre vers les cours d'eau. Les observations et les suivis géochimiques réalisés témoignent de la décharge pérenne d'eau so uterraine /sous - glaciaire. Les datations sont contradictoires : 1 - 2 ans pour le couple 3 H/ 3 He et plusieurs milliers d'années pour le 14 C. Un effet de vieillissement artificiel des eaux par la mise en solution d'un C ancien est privilégié. La modélisation thermique et hydrogéologique en 2D réalisée sur l'axe central du glacier montre que le développement du pergélisol précède le recul des glaciers (langue glaciaire épaisse ) tandis que, dans la partie montagneuse du glacier (non englacée) , une position assez stable du glacier permet au pergélisol de se développer sur des temps plus longs et à plus grandes profondeurs. L'étendue du sous - sol non gelé en dessous du glacier va progressivement diminuer provoquant la disparition des décharges d'hiver probablement r apidement dans le prochain siècle , ce qui conduira à une rupture dans le chimisme de l'eau de décharge vers les océans.