La vallée A’ą̈y Chù est située au Sud-Ouest du Yukon dans le Parc National Kluane. Le pergélisol y est isolé et présent sous forme de lithalses, retrouvées dans les milieux humides. La présente étude s’intéresse à ces formes périglaciaires afin de comprendre les conditions et processus de formation et conservation des lithalses. Nous avons effectué huit forages sur deux sites, à l’est et à l’ouest de la vallée. Notre étude cryostratigraphique des lithalses incorpore des analyses sédimentaires, de cryostructure, de contenu en glace, d’ions majeurs et d’isotopes d’eau. Les lithalses se sont développées sous le climat froid du Petit Âge Glaciaire, avec des conditions écosystémiques tel qu’un substrat gélif (silt, sable fin) couplé d’une forte disponibilité en eau. La végétation était composée de mousses, d’herbacées (Carex spp.) et de buissons (Salix spp.), formant un couvert organique poreux et isolant. Le pergélisol était d’une faible épaisseur jusqu’à 2,2 m de profondeur. Sept forages comportaient un talik de 21 à 48 cm d’épaisseur, et débutant dans le premier mètre de sol. Les cryostructures principales étaient lenticulaire et microlenticulaire. Aux sites 1 et 2, le contenu volumétrique en glace moyen était 66,7 % ±9,1 et 63,9 % ±13,7, la glace en excès était responsable jusqu’à 61,3 % et 45,6 % de la hauteur des lithalses. Plusieurs signes de dégradation (talik, ravinement, mares de thermokarst, remparts) indiquent un état mécanique et thermique instable. Une succession d’étés et d’hivers chauds pourraient d’abord faire balancer les lithalses vers un état relique, puis vers un dégel final. / The A’ą̈y Chù valley in southwestern Yukon, Kluane National Park features isolated permafrost occurring in lithalsas formed in wetlands. We investigate these persistent permafrost features to understand the specific conditions and processes that allowed their formation and conservation. We drilled and sampled eight boreholes at two different sites, on the east and west sides of the valley. The lithalsas were studied with a cryostratigraphic approach, with analyses of cryostructure, ice content, sediment characteristics, major ions, and water isotopes. Lithalsas developed during the colder climate of Little Ice Age due to ecosystem conditions that include a frost susceptible substrate composed of silt and fine sand coupled with high water availability. The vegetation cover was mainly moss, herbs (Carex spp.) and shrubs (Salix spp.) which formed a porous insulating cover. The permafrost body was thin with a maximum depth of 2,2 m. Seven boreholes had a talik 21 to 48 cm thick, starting within the first meter of soil. The cryostructures were mainly lenticular and microlenticular. The average volumetric ice content was 66,7 % ±9,1 at Site 1 and 63,9 % ±13,7 at Site 2. The average excess ice content accounts for up to 61,3% and 45,6% of the height of lithalsas, at Site 1 and 2. Many signs of permafrost degradation (talik, gullies, thermokarst ponds, ramparts) indicate an unstable thermal and mechanical state. A succession of warm summers and winters could make the lithalsas balance towards a relic state first then to final thaw.

Ce mémoire a pour objectif de mieux comprendre la tomodensitométrie par rayons-x appliquée à la géocryologie. La majorité des études ayant pour but d’analyser le pergélisol en utilisant la tomodensitométrie sont qualitative. De ce fait, il est principalement question de décrire les cryostructures et la disposition géométrique de la glace dans le pergélisol. Il existe peu d’études quantitatives où le volume de glace est estimé avec la tomodensitométrie. De ce fait les méthodologies quantitatives sont peu développées et leur degré de confiance est mal connu. Des échantillons de pergélisol ont été scannés puis analysés avec le logiciel de visualisation Dragonfly©. Une méthode d’analyse quantitative a été développée et combinée à des mesures en laboratoire afin de déterminer l’erreur entre la proportion en glace estimée sur les Ct-Scans et celle mesurée sur l’échantillon physique. Ensuite, une équation pour essayer de corriger cette erreur a été appliquée. Celle-ci a été déterminée à partir de comparaisons des estimations des volumes de glace sur les Ct-Scans et leurs valeurs mesurées en laboratoire. Ces comparaisons ont également permis d’estimer la quantité de matière organique présente dans un échantillon. Les cryostructures du pergélisol ont été modélisées en 3D. Cela a permis de bonifier la classification Nord-Américaine établie par Murton et French en 1994 et de quantifier les volumes respectifs de glace et de sédiments. / This thesis aims to better understand x-ray computed tomography in geosciences and more particularly its use with frozen ground science. Most studies in permafrost science using x-ray computed tomography were qualitative. Therefore, they mainly describe the permafrost cryostructures and the geometric arrangement of the ice in permafrost. There were few quantitative studies where the volumetric ice content of permafrost was estimated with Ct-Scans. As a result, quantitative methodologies are poorly developed, and their degree of confidence is also poorly assessed. Samples from different locations in the Canadian Arctic were scanned and analyzed using Dragonfly©, a visualization software. A quantitative analysis method has been developed and combined with laboratory measurements to calculate the error between the proportion of ice estimated on the Ct-Scans and the one measured on the physical sample. A correction method was developed and applied to the Ct-scans dataset to reduce the error in volumetric ice content estimations. This equation also allows to give an estimation of the organic matter proportion inside a sample. The permafrost cryostructures were modeled in 3D. This improved the visualization of the cryostructures of the North American classification established by Murton and French in 1994, and it allowed to quantify their volumetric ice and sediment contents.

The urgent ongoing contemporary climate change is drastically changing the Earth as we know it. In the Arctic, the climate is changing more drastically than the global average, and temperatures are rising significantly more. The phenomenon, known as Arctic amplification, is believed to happen by a combination of albedo reduction, cloud-feedback, and temperature inversion. Another important, but often overlooked, factor in Arctic climate change is dust. Dust does not only cause albedo reduction but has also been found to host syngenetic permafrost in Adventdalen, Svalbard. As permafrost is both a sensitive and important carbon reserve, holding twice as much carbon as currently available in the atmosphere, it is of great importance to understand the carbon storage mechanism of it. This study shows not only a correlation between cryostructures and organic carbon content but presents aeolian sedimentation rate as a possible cause of it. The results show that for syngenetic permafrost in Adventdalen, a high sedimentation rate yields structureless permafrost with low organic content. Inversely, a low sedimentation rate yields well defined cryostructures with high organic content. This shows that aeolian dust activity and loess deposits are vital to understand, in order to properly assess the cryostratigraphy and carbon content. / Den brådskande samtida klimatförändringen omarbetar dramatiskt vår värld. Arktis klimat förändras mer drastiskt än på resten av jorden och temperaturen stiger avsevärt snabbare. Fenomenet kallas förArktis förstärkning, eller Arctic Amplification, och antas ske på grund av synergier mellan minskning av albedo, molnfeedback och temperaturinversion. Damm är en annan viktig, men ofta underskattad faktor i klimatförändrarna i Arktis. Damm bidrar inte bara till en ökad reduktion av albedo utan dammavlagringar i Adventdalen Svalbard fungerar som en viktig grogrund för syngenetisk permafrost. Kolsänkan i permafrost är lika skör som den är viktig, då permafrost förvarar dubbelt så mycket kol som för nuvarande finns i atmosfären, men samtidigt stadigt tinar. Därför är det ytterst viktigt att förstå hur permafrost fungerar, själva mekanismerna bakom förvarandet av organisk kol. Detta arbete visar inte bara ett samband mellan kryostrukturer och organiskt kol i permafrost, utan föreslår att sedimentationshastighet är orsaken till det. Resultaten av LOI (loss on ignition) och kryostratigrafi tyder på att en hög sedimentationshastighet skapar en strukturlös permafrost som endast har låga halter av organisk materia. I det omvända fallet ger en låg sedimentationshastighet välformade kryostrukturer, och en permafrost med hög andel organisk materia. Detta visar på att sedimentationshastighet i loess är en viktig aspekt för att bedöma lagring av kol i permafrost, vilket är en avsevärd kolsänka att förstå i dagens klimatförändringar.

Le Haut-Arctique est caractérisé par de nombreux phénomènes climatiques et géomorphologiques extrêmes. Les températures très froides, les faibles précipitations et la couverture végétale disparate permettent une pénétration en profondeur du froid dans le sol. Ceci, combiné à un grand nombre de cycles de gel et de dégel, donne naissance à différentes formes de surface qui affectent les dynamiques d’évolution du pergélisol et induisent une variabilité verticale et latérale de la distribution des teneurs en glace dans le sol. Ce mémoire porte sur l’influence d’un lobe de solifluxion de type rocheux sur les dynamiques d’évolution du pergélisol sur l’île Ward Hunt, Nunavut (Canada). En utilisant une approche cryostratigraphique, les objectifs sont de caractériser la cryostratigraphie d’un lobe de solifluxion, ce qui permettra de proposer un modèle d’évolution du pergélisol en lien avec le déplacement de matériel par solifluxion. L’analyse cryostratigraphique a révélé que la formation du lobe de solifluxion a mené au développement syngénétique d’une couche de pergélisol avec une teneur en glace variant en fonction de la morphologie du lobe, et à l’enfouissement et la préservation d’un corps de glace massive préexistant en bas de pente. La succession verticale et latérale des cryofaciès fait état du déplacement du lobe et de l’impact que ce dernier a sur la variabilité spatiale et temporelle du pergélisol, et ce, tant sur les aspects d’aggradation liés à l’accumulation de matériel en surface que sur les aspects de dégradation associés aux réchauffements climatiques actuels. / The high Arctic is characterized by many extreme climatic and geomorphologic phenomena. Very cold temperatures, low precipitation and sparse vegetation cover, permit a deep penetration of cold in the soil. The latter, combined with a great number of freeze-thaw cycles, give rise to different surface features which in turn affect permafrost evolution dynamics and induce a vertical and lateral variability of the ice content distributions in the soil. This thesis focusses on the influence of a stone-banked solifluction lobe on permafrost evolution dynamics on Ward Hunt Island, Nunvut (Canada). By using a cryostratigraphic approach, the objectives are first, to characterize the cryostratigraphy of a solifluction lobe and second, to propose an evolution model of permafrost in reaction to the downslope displacement of material by solifluction. The cryostratigraphic analysis revealed that the solifluction lobes formation lead to the development of a syngenetic layer of permafrost with an ice content that varied according to the morphology of the lobe, and to the burial and preservation of a pre-existing body of massive ice at the base of the slope. The vertical and lateral sequence of the cryofacies presents the displacement of the lobe and its impact on spatial and temporal variability of the permafrost, that being, the aspects of aggradation related to the accumulation of material at the surface as well as degradation due to the actual climatic warming.