Caractérisation du Pergélisol de Buttes Cryogènes à l'Aide de Diagraphies Électriques au Nunavik, Québec

Electrical loggings for permafrost characterization in cryogenic mounds in Nunavik, Québec. Geophysical methods are useful tools to improve the understanding of physical phenomena related to permafrost. Induced polarization logging has not been commonly used yet for permafrost studies. In this study, electrical contact is insured through regularly spaced metallic electrodes vertically inserted in the ground along a multiconductor cable. Thermistors located at the same depths yield a temperature profile in the soil. Both apparent electrical resistivities and apparent electrical chargeabilities are logged. A dipole‐dipole configuration is used. The spacings between the electrodes of a dipole vary from 0.1 to 1 m. Two study areas (Kangiqsualujjuaq in Ungava Bay and Umiujaq in Hudson Bay) in northern Quebec are investigated; they are both located at the tree line and have a mean annual air temperature of about −5.6ºC. The base of permafrost is easily detected through the high contrasts in apparent electrical resistivity and apparent chargeability between frozen and unfrozen soils. Ice‐rich permafrost is characterized by high resistivity values and close to zero chargeability values, while ice‐poor permafrost is characterized by intermediate resistivity and low chargeability values. In unfrozen zones, low apparent resistivity and high apparent chargeability (positive or negative) values are encountered. These guidelines for the interpretation of the logs allow a categorization of different subhorizontal zones in permafrost. Ice‐rich zones do occur near the surface and at the base of permafrost. A low ice content zone is usually sandwiched between these two zones. In this central zone, the growth of ice lenses is limited due to the small intake of water which is damned by the icy zones above and below. Les méthodes géophysiques s'avèrent un outil utile pour améliorer la compréhension des phénomènes physiques liés aux sols gelés en permanence. La diagraphie discrète en polarisation provoquée est toutefois peu utilisée pour l'étude du pergélisol. Dans cette étude, le contact électrique est assuré par des électrodes métalliques espacées régulièrement le long d'un cǎble multi‐conducteur enfoui verticalement dans le sol. Placées aux mêmes profondeurs que les électrodes, des thermistances permettent de mesurer le profil thermique à l'intérieur du sol. La résistivité électrique apparente et la chargeabilité electrique apparente sont mesurées lors de la diagraphie. On utilise la configuration dipôle‐dipôle avec un espacement dipolaire allant de 1 jusqu'à 5. L'espacement entre les électrodes d'un dipôle varie entre 0.1 met 1 m. Les deux regions d'étude (Kangiqsualujjuaq et Umiujaq) se situent respectivement en Ungava et en Hudsonie, au Nunavik. Elles sont localistées a la limite des arbres dans la zone du pergélisol discontinu. La température moyenne annuelle de l'air pour ces deux endroits est d'environ − 5.6 ºC. Les câbles à thermistances et à électrodes sont installes dans des trous creuses dans des buttes pergklisolees a I'aide de foreuses rotatives ou de forages hydrauliques. La base du pergelisol est aisément détectée car il existe de forts contrastes de resistivite et de chargeabilite electriques apparentes entre les sols gelé et les sols non gelé A un pergelisol riche en glace correspondent habituellement des valeurs de résistivité apparente elevees et une chargeabilité apparente nulle, tandis qu'on associe au pergélisol a faible teneur en glace une valeur intermédiaire de resistivite apparente et une chargeabilité apparente nulle. Un sol non gelé se caractérise par une resistivite apparente faible et par de fortes valeurs absolues de chargeabilite apparente. La diagraphie discrete en polarisation provoquée permet donc de distinguer, au sein méme du pergelisol, des couches subhorizontales aux proprietes differentes. Pour les deux sites étudiés, deux couches riches en glace sont presentes pres de la surface et de la base du pergelisol. La croissance des lentilles de glace y est facilitee par un bon apport en eau de la surface et du sous‐sol non‐gelé Emprisonnee entre ces deux couches, se trouve une zone a faible teneur en glace. Dans cette partie du sol gelé, la croissance des lentilles de glace est limitee suite a un apport en eau reduit, celui‐ci étant bloqué par les deux couches de glace peu permitables du dessus et du dessous.