Le dégel du pergélisol de la Sibérie à l’Alaska // Permafrost thawing from Siberia to Alaska

L’écroulement d’un  réservoir de mazout à Norilsk (Sibérie) à la fin du mois de mai 2020, et la pollution que l’accident a occasionnée, ont quelque peu réveillé les médias qui ont daigné consacrer quelques reportages à cette catastrophe environnementale. Il est à noter que les autorités russes ont été assez longues à admettre que l’écroulement de la citerne de carburant était dû au dégel du pergélisol. A cause du réchauffement climatique, le sol normalement gelé s’est affaissé sous le poids de la citerne, envoyant quelque 21 000 tonnes de mazout dans la nature. Par comparaison, le naufrage de l’Exxon Valdez avait libéré 37 000 tonnes de pétrole en Alaska en 1989.

Norilsk n’est pas un cas isolé et ce genre d’accident est appelé à se multiplier. On estime que la limite du pergélisol s’est déplacée de 130 km vers le nord au Québec entre 1960 et 2010. J’ai expliqué comment les installations gazières devaient être contrôlées et réajustées régulièrement dans la Péninsule de Yamal en Sibérie. Les fondations de l’usine Yamal LNG font appel à une ingénierie unique expliquée à cette adresse : https://www.ep.total.com/fr/domaines/gaz-naturel-liquefie/yamal-lng-decouvrir-notre-projet-en-russie/fondations-sur-permafrost

Le pergélisol recouvre la plus grande partie de l’Arctique, mais les infrastructures pétrolières ou gazières ne sont pas présentes partout. En Alaska, c’est le terminal pétrolier de Prudhoe Bay qui est le plus menacé. En 1978, le pergélisol à 20 mètres de profondeur à Prudhoe Bay avait une température de -8,7°C. En 2018, le température était montée à -5,2°C.
Les entreprises alaskiennes ont mis en place des stratégies pour faire face aux variations des températures saisonnières avec des unités de réfrigération souterraines pour maintenir la stabilité du sol. Mais l’impact du réchauffement se fera aussi sur les infrastructures environnantes, y compris la Dalton Highway, route non goudronnée (NDLR : aux multiples ornières ! Prudence si vous l’empruntez !) reliant les champs pétrolifères à l’intérieur de l’Alaska.

Les géologues expliquent que les risques de déversements d’hydrocarbures au Canada ne sont pas liés au dégel du pergélisol car il n’y a pas d’énormes réservoirs comme à Norilsk. En revanche, on parle de problèmes liés au trafic maritime qui va forcément augmenter dans l’Arctique avec la fonte de la glace de mer prévue pendant l’été à partir de 2040.

Quand on avance le risque de marée noire qui ne manquera pas d’apparaître avec l’intensification du trafic maritime dans l’Océan Arctique, certains font remarquer que les microbes ont une capacité étonnante de dégradation des hydrocarbures, malgré le froid. La grande inconnue sera toutefois la glace car on ne sait pas si les microbes seront aussi efficaces pour dégrader les couches d’hydrocarbures sur la glace.

Pour essayer de contrer le réchauffement climatique et le dégel du pergélisol, différentes techniques sont déjà mises en œuvre dans les villes avec la construction d’immeubles sur pilotis pour permettre la circulation de l’air. Une solution souvent envisagée est de pomper de l’air froid dans le sol durant l’hiver, pour accélérer le refroidissement saisonnier sous les infrastructures menacées.

L’un des points peu étudiés à propos du dégel du pergélisol est la formation de nappes d’eau souterraine, un phénomène inquiétant car la circulation souterraine de l’eau pourrait accélérer le dégel du pergélisol et créer des affaissements importants. On a vu apparaître brutalement des thermokarsts, affaissements de sols localisés, très spectaculaires, faisant souvent des dizaines de mètres de large et plusieurs mètres de profondeur, au milieu des terres arctiques.

Source : Presse canadienne.

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The collapse of an oil tank in Norilsk (Siberia) at the end of May 2020, and the pollution the accident caused, have somewhat woken up the media, that have accepted to devote a few reports to this environmental disaster. It should be noted that the Russian authorities took quite a while to admit that the collapse of the fuel tank was due to the thawing of permafrost. Due to global warming, the normally frozen ground sank under the weight of the tank, sending some 21,000 tonnes of fuel oil into the wild. By comparison, the sinking of  Exxon Valdez released 37,000 tonnes of oil in Alaska in 1989.
Norilsk is not an isolated case and such accidents are set to multiply. It is estimated that the permafrost limit shifted 130 km northward in Quebec between 1960 and 2010. I explained how gas installations have to be checked and readjusted regularly in the Yamal Peninsula in Siberia. The foundations of the Yamal LNG factory use unique engineering explained at this address: https://www.ep.total.com/fr/domaines/gaz-naturel-liquefie/yamal-lng-decouvrir-notre-projet-en-russie/fondations-sur-permafrost

Permafrost covers most of the Arctic, but oil and gas infrastructure is not everywhere. In Alaska, the Prudhoe Bay oil terminal is the most threatened. In 1978, the permafrost 20 meters deep at Prudhoe Bay had a temperature of -8.7°C. In 2018, the temperature rose to -5.2°C.
Alaskan companies have strategies in place to deal with seasonal temperature variations with underground refrigeration units to maintain soil stability. But the impact of global warming will also be on the surrounding infrastructures, including the Dalton Highway, a gravel road (Editor’s note: with multiple potholes! Be careful if you drive on it!) connecting the oil fields to the interior of Alaska .
Geologists explain that the risk of oil spills in Canada is unrelated to thawing permafrost because there are no huge tanks like in Norilsk. The problems will rather be related to maritime traffic which will inevitably increase in the Arctic with the melting of sea ice expected during the summer from 2040.
When one puts forward the risk of an oil spill which will inevitably appear with the intensification of maritime traffic in the Arctic Ocean, some point out that microbes have an astonishing capacity for degrading oil, despite the cold. The big unknown, however, will be the ice because it is not known whether the microbes will be as effective in breaking down the oil layers on the ice.
To try to face global warming and the thawing of permafrost, different techniques are already implemented in cities with the construction of buildings on stilts to allow air circulation. A solution often considered is to pump cold air into the ground during winter, to speed up seasonal cooling under threatened infrastructure.
One of the little-studied points about thawing permafrost is the formation of underground water pockets, a disturbing phenomenon because the underground circulation of water could accelerate the thawing of permafrost and create significant subsidence. We have seen the sudden appearance of thermokarsts, localized, dut very spectacular subsidence of soil, often tens of meters wide and several meters deep, in the middle of the Arctic tundra.
Source: Canadian Press.

Hausse de température du pergélisol à 20 m de profondeur à Prudhoe Bay (Alaska) entre 1979 et 2019 (Source : Université de Fairbanks)

Oléoduc transalaskien entre Prudhoe Bay au nord et Valdez au sud (Photo : C. Grandpey)

Thermokarst en Sibérie (Crédit photo : Wikipedia)

Le diesel de Norilsk (Sibérie) : une pollution à très long terme // Norilsk’s diesel (Siberia) : a long term pollution

Fin mai 2020, un réservoir de stockage de diesel s’est renversé à Norilsk (Sibérie) en raison du dégel du pergélisol. L’accident a répandu dans la nature 20 000 tonnes de mazout. Les vents violents qui soufflaient à ce moment-là ont favorisé sa propagation jusqu’à plus de 20 kilomètres de la source, contaminant au passage les rivières, les lacs et le sol à proximité. Il s’agit d’une catastrophe environnementale majeure aux conséquences graves et difficiles à évaluer.
Les biologistes qui étudient les écosystèmes arctiques s’inquiètent de l’impact à long terme de tout ce mazout sur un environnement où la vie a du mal à s’installer. Alors que les bactéries sont bien connues pour leur capacité à nettoyer les nappes d’hydrocarbures ailleurs dans le monde, dans l’Arctique c’est différent ; elles sont beaucoup moins nombreuses et leur activité est beaucoup plus lente, ce qui signifie que le diesel qui s’est répandu à Norilsk restera présent pendant des années, voire des décennies.
Le problème, c’est que le diesel de Norilsk est différent des autres, par exemple celui qui s’est échappé de l’Exxon Valdez à Valdez (Alaska) en 1989. A Valdez, il s’agissait de pétrole brut épais qui reste à la surface de l’eau de mer. Pour ce type de marée noire, les solutions de nettoyage sont bien connues. En revanche, à Norilsk, on a affaire à du gasoil plus fin et moins visqueux dans l’eau douce, ce qui rend le nettoyage plus difficile.
Le diesel contient entre 2 000 et 4 000 types d’hydrocarbures qui se décomposent de façon différente dans l’environnement. En règle générale, la moitié ou un peu plus peut s’évaporer en quelques heures ou quelques jours, ce qui peut causer des problèmes respiratoires à la population que se trouve à proximité.
D’autres éléments chimiques plus résistants peuvent adhérer aux algues et aux micro-organismes dans l’eau et couler en créant une boue toxique qui se dépose sur le lit d’une rivière ou d’un lac. On a l’impression que la contamination a disparu et qu’elle n’est plus une menace, mais ces boues peuvent persister pendant des mois ou des années.
Au bas de la chaîne alimentaire dans les rivières et les lacs, il y a des plantes microscopiques et des algues qui ont besoin de la lumière du soleil pour créer de l’énergie par la photosynthèse. Lorsque le pétrole pénètre dans l’eau pendant un accident comme celui de Norilsk, il reste à la surface et forme un écran qui bloque les rayons du soleil, de sorte que ces organismes diminuent rapidement en nombre. Le zooplancton qui s’en nourrit finit également par mourir.
Au départ, le pétrole recouvre les particules du sol, réduisant leur capacité à absorber l’eau et les nutriments ; cela affecte négativement les organismes dans le sol car ils sont incapables d’accéder à la nourriture et à l’eau essentielles à leur survie. Cette couverture huileuse peut rester des années car il est très difficile de s’en débarrasser. La seule solution est souvent de l’évacuer physiquement à l’aide de pelleteuses et bulldozers.
Dans les premiers jours de juillet, Nornickel, la société minière propriétaire du réservoir de diesel, a déclaré avoir retiré 185 000 tonnes de sol pollué qui ont été stockées sur place pour être décontaminées début septembre. Une fois « nettoyé », ce sol retrouvera probablement son emplacement d’origine. L’équivalent de 13 piscines olympiques d’eau contaminée par le diesel a été pompé de la rivière et acheminé vers un site industriel voisin où les produits chimiques nocifs seront mis à l’écart. L’eau «propre» sera probablement déversée dans la rivière.
De telles mesures ont le mérite d’avoir été prises, même si des toxines resteront probablement dans l’eau et le sol. Au fil des mois et des années, ces toxines s’accumuleront dans la chaîne alimentaire, à commencer par les organismes microscopiques, et finiront par causer des problèmes de santé à des organismes plus gros comme les poissons et les oiseaux.
Normalement, les conditions froides de l’Arctique font obstacle à l’activité microbienne et à la biodégradation. Cependant, la vague de chaleur récemment observée dans la région pourrait accélérer ce processus. Cela permettrait aux micro-organismes qui attaquent le pétrole de se développer, de se reproduire et de consommer ces contaminants plus rapidement qu’habituellement.

Le réservoir de stockage de diesel de Norilsk s’est renversé en raison du dégel rapide du pergélisol. Comme le pergélisol constitue la majeure partie du sol de cette partie de la Russie, la région est très sensible au réchauffement climatique. Comme je l’ai déjà écrit, la plupart des gisements de pétrole et de gaz dans l’Arctique russe sont menacés par l’instabilité des infrastructures. Sans réglementation plus stricte pour améliorer les infrastructures existantes, de nouveaux accidents sont susceptibles de se produire, avec d’importants phénomènes de pollution..
Source: The Conversation.

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In late May 2020, a diesel storage tank in Norilsk, Siberia, collapsed because of the thawing of permafrost and released 20,000 tonnes of diesel fuel into the environment. Strong winds caused the oil to spread more than 20 kilometres from the source, contaminating nearby rivers, lakes and the surrounding soil. This spill was a major disaster with serious implications.

Biologists who study Arctic ecosystems are worried about the long-term impacts of this diesel spill in an environment where life is limited. While bacteria are known to help clean up oil spills elsewhere in the world, in the Arctic, their numbers are low and their rate of activity is slow, which means that the Norilsk diesel will linger for years, if not decades.

The problem is that the Norilsk diesel is different from others like the one that came out of the Exxon Valdez in Valdez (Alaska) in 1989. The Valdez diesel involved thick crude oil that sits on the surface of seawater. For this sort of spills, clean-up practices are well known. On the contrary, the recent Norilsk spill involved thinner, less gloopy diesel oil in freshwater, making clean-up more difficult.

Diesel oil contains between 2,000 and 4,000 types of hydrocarbon which break down differently in the environment. Typically, 50% or more can evaporate within hours and days, possibly causing respiratory problems for people nearby.

Other, more resistant chemicals can bind with algae and microorganisms in the water and sink, creating a toxic sludge on the bed of the river or lake. This gives the impression that the contamination has been removed and is no longer a threat. However, this sludge can persist for months or years.

At the bottom of the food chain in rivers and lakes, there are microscopic plants and algae that need sunlight to create energy through photosynthesis. When oil enters the water during a spill, it sits on the surface and forms a screen that blocks the sunrays, so that these organisms rapidly decrease in number. Zooplankton  that feeds on them also eventually dies off.

Initially, oil coats soil particles, reducing their ability to absorb water and nutrients, negatively affecting soil organisms as they are unable to access food and water essential for survival. This oily coat can last for years as it is very hard to wash off, so often the soil has to be physically removed.

In the first days of July, Nornickel, the mining company that owned the storage tank, said it had removed 185,000 tonnes of contaminated soil. The polluted soil is being stored on site to be treated by early September. The “cleaned” soil will then likely be returned to its original site. The equivalent of 13 Olympic swimming pools of fuel-contaminated water has been pumped from the river to a nearby industrial site where harmful chemicals will be separated and the “clean” water will likely by returned to the river.

This is better than nothing, although toxins will likely remain in both the water and soil. Over months and years, these toxins will build up within the food chain, starting with the microscopic organisms and eventually causing health problems in larger organisms such as fish and birds.

Normally, cold Arctic conditions are an obstacle to microbial activity and biodegradation. However, the recently observed Arctic heatwave might speed up this process, enabling oil-degrading microorganisms to grow, reproduce and consume these contaminants more rapidly than normal.

The fuel tank in Norilsk collapsed due to rapidly thawing permafrost. With permafrost underlying most of Russia, the region is highly vulnerable to climate warming. As I put it before, most oil and gas extraction fields in the Russian Arctic are at risk of infrastructure instability. Without more stringent regulations to improve existing infrastructure, more spills are likely to occur, with more pollution.

Source : The Conversation.

Sur cette image satellite, on peut voir le mazout (en rouge foncé) se répandre dans la rivière Ambarnaya près de Norilsk (Source: European Space Agency)

Pollution au mazout dans l’Arctique : Un désastre écologique majeur // Diesel pollution in the Arctic : a major environmental disaster

Comme je l’ai écrit précédemment, le président russe Vladimir Poutine a déclaré l’état d’urgence à Norilsk (Sibérie) le 4 juin 2020, à la suite du déversement de 20 000 tonnes de mazout dans cette région située au-dessus du cercle polaire arctique. Pour  le World Wildlife Fund (WWF), la catastrophe est la deuxième plus importante de la Russie moderne après la marée noire de 1994 dans la région de Komi au nord-ouest du pays. Greenpeace Russie a comparé l’événement à la marée noire causée par le pétrolier Exxon Valdez en 1989.
La pollution s’est produite lorsqu’un réservoir de combustible d’une centrale électrique près de Norilsk s’est effondré le 29 mai. Vladimr Poutine s’est mis en colère et a demandé à l’entreprise pourquoi il n’avait été informé de l’accident que deux jours plus tard
Des centaines de personnes ont été déployées pour essayer d’endiguer la pollution, mais elles n’ont réussi à récupérer que 340 tonnes de mazout à ce jour. Le combustible, facilement identifiable par sa couleur rouge, s’est répandu dans la rivière Ambarnaya les 31 mai et 1er juin. Cette rivière se jette dans le lac Pyasino, un important plan d’eau et la source de la rivière Pysaina.
Le déversement du mazout est probablement dû à la rupture des piliers qui soutiennent le réservoir de stockage en raison de la fonte du pergélisol. Il y a quelques jours, j’ai indiqué que des températures normalement douces étaient enregistrées en Sibérie. La fonte du permafrost est bien sûr liée au réchauffement climatique et a déjà provoqué d’autres problèmes, notamment des dégâts aux routes et aux maisons, ainsi que des perturbations à l’agriculture et à l’élevage dans toute la Sibérie.
Ce n’est pas la première fois que la société Norilsk Nickel provoque une catastrophe environnementale. Elle a déjà été responsable de la « rivière de sang » en Sibérie en 2016, avec pour conséquence une immense zone aquatique morte à cause d’une pollution par des déchets métallurgiques.
Selon le coordinateur des projets de l’Arctique pour le WWF Russie, l’accident actuel a aura conséquences catastrophiques pendant plusieurs années. On observera inévitablement des poissons morts, des oiseaux avec le plumage englué et des animaux empoisonnés. Le vice-ministre russe des ressources environnementales a déclaré qu’il faudrait au moins 10 ans pour que l’écosystème local retrouve un équilibre.
Source: The Watchers, WWF.

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As I put it previously, President Vladimir Putin declared a state of emergency in Norilsk, Siberia, on June 4th, 2020, following a 20,000 tonne-oil spill in the region which is locates above the Arctic Circle. The World Wildlife Fund (WWF) described the disaster as the second largest in modern Russian history since the 1994 oil spill in the north-western region of Komi. Greenpeace Russia compared it to the 1989 Exxon Valdez tanker spill.

The spillage occurred when a fuel tank at a power plant near the city collapsed on May 29th. Putin criticized the company, questioning why he was only informed of the spill two days later

Hundreds of personnel have been deployed to clean up the spill but they have gathered only around 340 tons so far. The oil, which is identified by a red streak, could clearly be seen in the Ambarnaya River on May 31st and June 1st. This river flows into Lake Pyasino, a major body of water and source of the Pysaina River.

The leakage was most probably due to the collapse of the pillars that support the storage tank because of the melting of permafrost. A few days ago, I indicated that normally mild temperatures are recorded in Siberia. Permafrost thawing is of course linked to climate change and has triggered issues, including damage to roads and houses, as well as disruptions to agriculture and herding throughout Siberia.

The Norilsk Nickel company is not new to environmental disasters. They were already responsible for the « blood river » in Siberia in 2016, a huge dead zone in the water due to metallurgical waste.

According to the coordinator of Arctic projects for WWF Russia, the current incident has led to catastrophic consequences that will last for years. Dead fish, polluted plumage of birds, and poisoned animals will inevitably be observed. The Russian deputy minister of national resources and the environment said that it would take at least 10 years for the local ecosystem to recover.

Source: The Watchers, WWF.

La pollution vue par le satellite Sentinel-2 de l’ESA

Pollution dans l’Arctique // Pollution in the Arctic

Le président russe Vladimir Poutine a cautionné la déclaration de l’état d’urgence dans la région de Norilsk, une ville de 180 000 habitants construite en Sibérie au-dessus du cercle polaire arctique. L’économie de la ville dépend de Norilsk Nickel, le premier producteur mondial de nickel et de palladium. L’état d’urgence – qui permet d’utiliser les capacités fédérales de la Russie pour faire face à la situation – a été décrété suite à une fuite de près de 20 000 tonnes de mazout qui s’est infiltré dans les rivières locales, avec le risque d’une catastrophe écologique dans le fragile environnement arctique.
Le WWF a précisé que la pollution avait été contenue par des barrages flottants mis en place par les autorités, avant que le mazout atteigne le lac Pyasino, au nord de la ville Quelque 500 mètres cubes de produits pétroliers ont pu être récupérés par une équipe de 90 ouvriers. Les images satellites diffusées par l’ONG montrent de grandes étendues rouges à la surface des rivières locales Daldykan et de l’Ambarnaïa. Malheureusement, les éléments les plus toxiques du carburant diesel sont des composés aromatiques comme le benzol, le toluène, ou le xylène, qui se mélangent à l’eau et il est impossible de les contrôler à l’aide de barrages flottants

L’origine de la fuite est un réservoir de mazout qui a été endommagé à cause de l’affaissement soudain de piliers servant à le supporter. Il faut savoir que la ville de Norilsk est entièrement construite sur le permafrost qui, comme partout en Sibérie, est en train de fondre sous l’effet du réchauffement climatique. La société Norilsk Nickel, propriétaire de la centrale thermique, a d’ailleurs confirmé que la fuite était due à l’affaissement des piliers supportant le réservoir de stockage de mazout en raison du dégel du pergélisol. Dauttres incidents du même type ont déjà été recensés en Sibérie, en particulier dans la Péninsule de Yamal où le dégel du permafrost arctique constitue une menace pour les infrastructures destinées à la production de pétrole et de gaz.

Pour le moment, il semble pas y avoir de pollution des nappes phréatiques, mais leWWF conseille néanmoins de surveiller la qualité de l’eau en aval.

Source : France Info, The Siberian Times.

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Russian President Vladimir Putin endorsed the declaration of a state of emergency in the region around Norilsk (pop.180,000) built in Siberia above the Arctic Circle. The city’s economy depends on Norilsk Nickel, the world’s largest producer of nickel and palladium. A state of emergency – which allows Russia’s federal capabilities to be used to deal with the situation – was declared following the leak of nearly 20,000 tonnes of fuel oil which seeped into local rivers, with the risk of an ecological disaster in the fragile arctic environment.
WWF said the pollution had been contained by oil booms installed by the authorities before the oil reached Lake Pyasino, north of the city. Some 500 cubic metres of diesel oil could be recovered by a team of 90 workers. Satellite images released by the NGO show large red areas on the surface of the local Daldykan and Ambarnaïa rivers. Unfortunately, the most toxic elements of diesel fuel are aromatics such as benzol, toluene, or xylene, which mix with water and cannot be controlled with floating dams.
The source of the leak is an oil tank that was damaged due to the sudden collapse of pillars supporting it. The city of Norilsk is entirely built on permafrost which, like everywhere in Siberia, is melting under the effect of global warming. Norilsk Nickel, the owner of the thermal power plant, confirmed that the leak was due to the subsidence of the pillars supporting the fuel oil storage tank due to the thawing of permafrost. Other incidents of the same type have already been recorded in Siberia, in particular in the Yamal Peninsula where the melting of the Arctic permafrost has become a threat to the infrastructures intended for the production of oil and gas.
For the moment, there does not seem to be any pollution of the groundwater, but WWF nevertheless advises to monitor the quality of the water downstream.
Source: France Info, The Siberian Times.

La pollution vue depuis l’espace par le satellite Sentinel-2 de l’Agence Spatiale Européenne (Cliché officiel diffusé par les autorités russes)