Étude du potentiel de drainage du lac Chapman le long de l'autoroute Dempster, Yukon, Canada

Abstract

Les lacs de thermokarst sont principalement répartis dans les régions de pergélisol. Leur formation et développement sont principalement associés au dégel du pergélisol riche en glace ou à la fonte des coins de glace. Ces lacs peuvent s'assécher complètement ou partiellement par le biais de divers processus, tels que le débordement des berges, la formation de voies de drainage, la capture par les méandres des rivières. Le drainage des lacs de thermokarst est un aléa important lié au pergélisol. Malgré de nombreuses études portant sur les événements historiques de drainage des lacs de thermokarst, les études explorant le potentiel de drainage futur des lacs de thermokarst sont limitées. Ce mémoire présente une étude de cas menée sur le complexe morainique du lac Chapman, situé à km 116 de l’autoroute Dempster, dans le centre du Yukon, au Canada. De multiples perturbations du pergélisol signalées dans cette région indiquent que le pergélisol est en dégradation. Le lac Chapman, un grand lac de thermokarst d’origine glaciaire situé à environ 50 m du remblai de l’autoroute de Dempster, est choisi pour étudier son potentiel de drainage. Cette recherche a utilisé diverses approches et appliqué de multiples analyses, notamment le modèle numérique d'élévation, la bathymétrie du lac, la cryostratigraphie du pergélisol, la cristallographie de la glace, la tomographie de résistivité électrique et l'hydrochimie. Cette recherche vise à interpréter les conditions locales de pergélisol et de glace souterraine dans lesquelles le drainage lacustre pourrait se produire, ainsi qu'à élucider les mécanismes de drainage potentiels associés au paysage local, à la topographie, à la géomorphologie, aux propriétés du sol et aux conditions hydrologiques. Cette recherche révèle que le lac Chapman a tendance à se drainer partiellement par le biais de deux mécanismes possibles : la migration du chenal de la rivière Blackstone et la formation de chenaux de drainage de ravins. Ce drainage potentiel pourrait entraîner une érosion thermique sur l'environnement adjacent de pergélisol, en particulier sur le remblai de l’autoroute Dempster.

Thermokarst lakes are predominantly distributed across permafrost-affected areas. Their formation and development are primarily associated with thawing of ice-rich permafrost or melting of ice wedges. These lakes can drain completely or partially through various processes, such as bank overtopping, the formation of drainage pathways, or capture by river meandering. The drainage of thermokarst lake is an important permafrost-related geohazard. Despite numerous studies focusing on historical thermokarst lake drainage events, the studies exploring the future potential drainage of thermokarst lakes are limited. This thesis presents a case study conducted at the Chapman Lake moraine complex, located at km 116 of the Dempster Highway in central Yukon, Canada. Multiple permafrost disturbances reported in this region indicate that permafrost degradation is ongoing. Chapman Lake, a large glacial-thermokarst lake situated approximately 50 m from the road embankment of Dempster Highway, is selected to investigate its potential drainage. This research used various methods and applied multiple analyses including digital elevation model, lake bathymetry, permafrost cryostratigraphy, ice crystallography, electrical resistivity tomography, and hydrochemistry. This research aims to interpret the local permafrost and ground ice settings where lake drainage may occur and to elucidate the potential drainage mechanisms associated with the local landscape, topography, geomorphology, soil properties and hydrologic conditions. This research reveals that Chapman Lake tends to partially drain through two possible mechanisms: river channel migration of the Blackstone River and the formation of gully drainage channels. This potential drainage could lead to thermal erosion in adjacent permafrost environment, particularly in relation to the Dempster Highway.