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Evolution du niveau des mers

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Marégraphe totalisateur de Marseille (Crédits SHOM, 2004)
Observatoire de Brest (Crédits SHOM, 2003)

Observation du phénomène

    

Observation marégraphique

Pour dégager des tendances à long terme sur les composantes du niveau de la mer, il est indispensable de disposer d'observations de durée suffisamment longue et aussi continues possible, afin de s'affranchir des fluctuations décennales et inter-décennales. Ainsi, d'après Douglas (2001), les séries marégraphiques de moins de 70 ans sont difficilement exploitables pour l'estimation de ces composantes. Or, à peine une centaine de jeux dépasse le siècle. Avec respectivement 166 et 127 années d'enregistrements de marégraphes, Brest et Marseille possèdent, en France, les séries de données les plus importantes permettant de mettre en évidence une variation à long terme du niveau de la mer. 


En ces deux sites, le niveau moyen a augmenté d'environ 12 cm en 100 ans. Mais ces exemples ne sont pas représentatifs de l'ensemble des observations de longue durée disponibles de par le Monde. Celles-ci révèlent effectivement une augmentation moyenne de l'ordre de 1 à 2 millimètres par an, mais la dispersion autour de ces valeurs est importante. Par ailleurs, les observations disponibles ne constituent pas un bon indicateur de l'évolution globale en raison de la répartition très inhomogène des observatoires, situés en majorité dans les régions tempérées de l'hémisphère nord.

La très forte variabilité d'un site à l'autre est imputable principalement à des mouvements verticaux de la croûte terrestre, que les marégraphes ne peuvent évidemment pas détecter.

Mais ce problème est en passe d'être résolu grâce à certaines techniques nouvelles qui donnent la possibilité de rapporter les niveaux à un repère absolu.
 

Altimétrie satellitaire

L'analyse des données altimétriques acquises à l'aide des altimètres radars embarqués sur satellite (TOPEX-POSEIDON, JASON1, JASON2) est importante et une si courte durée n'est pas suffisante pour s'affranchir des fluctuations interannuelles. Néanmoins, la faisabilité de cette méthode a été démontrée et les résultats devraient s'affiner au cours des années. En effet, pour démontrer une variation du niveau de la mer de 1 mm par an, il faut au moins une précision de 1 cm et une répétition des mesures pendant au moins une décennie. 

Géodésie spatiale


Les techniques modernes de géodésie spatiale offrent désormais la possibilité de positionner, avec une précision centimétrique, des points spécifiques à la surface de la Terre dans le système de référence géocentrique International Terrestrial Reference System (ITRS) adopté par l'Union Géodésique et Géophysique Internationale (UGGI). Les systèmes opérationnels tels que GPS et DORIS permettent de rattacher les niveaux de référence des marégraphes dans l'ITRS. On peut dès lors surveiller l'évolution du niveau de la mer en absolu. Des programmes internationaux et nationaux exploitant ces techniques ont été mis en place.

SONEL

 


En France, le Système d’observations du niveau des eaux littorales SONEL est labellisé Service national d’observation par l’INSU depuis janvier 2011. Il a par ailleurs obtenu une reconnaissance par l’Alliance pour l’environnement (AllEnvi) en juillet 2011 au titre du projet de Système d’observation des variations du niveau de la mer à long terme.
Fondé sur l’observation des marégraphes côtiers, SONEL vise à acquérir, traiter, archiver et distribuer des niveaux moyens de la mer (journaliers, mensuels, annuels) pour apporter des éléments objectifs de grande qualité métrologique par rapport à la côte et dans un repère géocentrique le plus stable et précis. En effet, la mesure du niveau de la mer réalisée par un marégraphe à la côte est une mesure relative, par rapport au socle sur lequel il repose. Tout mouvement du support du marégraphe, par exemple une subsidence due à un processus de sédimentation ou bien à un tassement de la structure sur laquelle il s’appuie, se traduit dans l’enregistrement comme une élévation du niveau de la mer observé sans qu’il n’y ait pour autant lieu de l’interpréter comme une élévation du niveau de l’eau due au changement climatique. La synergie avec les données de la géodésie spatiale s’est donc progressivement imposée pour résoudre ce problème. Le contrôle de biais ou de dérives dans les satellites d’altimétrie radar représente une autre application de cette synergie.

 

Niveaux moyens journaliers pour Brest calculés, téléchargeable et visualisable sur le portail SONEL (www.sonel.org) :

 

Niveaux moyens mensuels pour Marseille téléchargeable et visualisable sur le portail du Permanent Service for Mean Sea Level (www.psmsl.org) :

 

Gravimètre absolu


La mesure de l'accélération due à la pesanteur à la surface de la Terre est un moyen de détection des mouvements verticaux de la croûte terrestre. Il existe actuellement sur le marché un gravimètre absolu transportable pouvant détecter une variation de la pesanteur équivalant à une variation de hauteur de 3 mm. Le SHOM a décidé de s'associer à un certain nombre d'autres organismes pour acquérir cet appareil dont le prix est très élevé.

 

Causes


Actuellement, on peut dire seulement que le niveau global des mers est probablement en train de monter, mais on ne sait pas avec précision de combien, ni si cette montée est en train de s'accélérer. En attendant des mesures plus nombreuses et plus précises, l'analyse des causes possibles peut fournir une aide précieuse pour comprendre le phénomène et éventuellement tenter de prévoir son évolution.

Effet de serre


L'origine de l'augmentation du niveau des mers est généralement attribuée au réchauffement climatique dû à l'effet de serre dont le principal agent est le gaz carbonique atmosphérique. Les faits sont les suivants:

  • La concentration en gaz carbonique a progressé de 25% depuis le début de l'ère industrielle. Elle croît actuellement au rythme de 0,4 à 0,5 % par an.
  • La température moyenne de l'atmosphère s'est élevée de 0,5°C depuis le début du siècle.
  • La dernière décennie est la plus chaude jamais enregistrée.


Cet échauffement a une influence sur le niveau des mers par l'intermédiaire de divers processus.

Fonte des glaces continentales


Le volume d'eau stocké dans les glaciers de montagne représente l'équivalent de 30 à 50 cm du niveau de la mer. Sa contribution à l'élévation a été de 1 à 4 cm au cours du siècle passé. Elle pourrait atteindre une dizaine de centimètres au cours du prochain siècle.

Fonte des glaces polaires


Le volume d'eau stocké dans les glaces polaires représente environ l'équivalent de 80 m du niveau de la mer. Son comportement face à l'effet de serre est l'un des plus controversés ; mais depuis les scénarios catastrophe avancés dans les années 80 et largement diffusés par la presse, les estimations sont régulièrement revues à la baisse.

La possibilité d'une désintégration de la calotte Antarctique de l'ouest, qui a alimenté cette polémique, n'est plus guère attendue avant plusieurs siècles. Il semble au contraire établi que la calotte glaciaire Antarctique ait tendance à s'engraisser. Elle est en effet généralement soumise été comme hiver à des températures largement négatives et un léger réchauffement de l'atmosphère ne permettrait pas de provoquer une fonte des glaces significative. Au contraire, un accroissement de la température provoquerait un accroissement de l'humidité entraînant des chutes de neige plus abondantes et donc un stockage d'eau au détriment des océans.

La calotte glaciaire du Groenland renferme quant à elle l'équivalent de 7 m d'eau à l'échelle des océans. Elle est beaucoup moins froide qu'en Antarctique, et malgré quelques facteurs stabilisants, devrait présenter une contribution positive à l'évolution du niveau des mers. Néanmoins, le bilan des contributions Antarctique-Groenland semble devoir être légèrement négatif.



Dilatation thermique (effet stérique)


L'échauffement de l'atmosphère se transmet à l'océan par divers processus physiques tels que le rayonnement, la conduction, la diffusion d'eau de précipitation ou de ruissellement. Un accroissement de 1°C de la température d'une colonne d'eau de mer à 15°C de 1000 m d'épaisseur entraînerait une augmentation de niveau de 16 cm. Mais l'échauffement homogène d'une telle couche d'eau n'est pas réaliste. La diffusion vers les couches profondes de l'échauffement de surface est un processus très complexe qui doit être intégré dans le cadre plus vaste de la circulation océanique à l'échelle de l'Océan mondial. Elle pourrait par exemple prendre la forme d'une moindre production d'eaux profondes froides d'origine circumpolaire.

La contribution de ce phénomène à l'élévation du niveau des mers au cours du siècle passé est estimée à 4#±2 cm. Elle pourrait être d'une quinzaine de centimètres dans les 50 années à venir.

Mouvements de la croûte terrestre


Les mouvements du sol sont d'origine isostatique, tectonique ou anthropique. Ils sont évidents à l'échelle de plusieurs milliers d'années durant lesquelles les cycles de glaciation et déglaciation entraînent aux latitudes élevées, des mouvements verticaux dus à la charge des glaces accumulées, pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres. Encore aujourd'hui, le " rebond élastique " consécutif à la dernière déglaciation qui s'est terminée il y a 7000 ans se fait sentir de manière très sensible. Ainsi, dans le golfe de Bothnie, le niveau apparent de la mer baisse d'un mètre par siècle. L'analyse des niveaux moyens semble montrer un basculement autour d'un pivot passant par l'Écosse et le sud de la Scandinavie. La France subirait de ce fait une subsidence (1) qui serait le contrecoup de ce rebond élastique.

À une échelle plus locale, une étude du Bureau de Recherche Géologique et Minière (BRGM) semble montrer que des comparaisons de nivellements faits à des époques différentes mettent en évidence des mouvements verticaux d'origine tectonique.

L'activité humaine peut également avoir localement une influence très importante. C'est le cas par exemple dans le Golfe du Mexique en raison de l'exploitation des champs pétroliers qui provoque une subsidence. Dans le delta du Mississippi, le problème est aggravé par l'exploitation des nappes aquifères et le compactage des sédiments du fleuve.

Ces mouvements de la croûte terrestre ne sont pas actuellement connus avec précision, mais la situation devrait notablement s'améliorer dans les années à venir grâce aux techniques spatiales.

    

Prévisions


Si l'élévation du niveau des mers est réellement due à l'élévation de la température de l'atmosphère, toute tentative de prévision doit nécessairement être précédée d'une modélisation de l'évolution climatique. Or dès ce stade, des incertitudes importantes apparaissent dont l'une des principales est l'estimation des émissions futures des gaz à effet de serre. Il apparaît également que l'effort de modélisation doit être renforcé, car les modèles actuels ne rendent pas compte parfaitement des évolutions passées. En effet, rien ne permet de dire que l'échauffement observé est le début de l'effet de serre, prédit par les modèles. L'échauffement de l'atmosphère depuis le début du siècle est conforme à la variabilité naturelle du climat. De plus, les modèles prévoient un certain réchauffement des pôles, qui n'est absolument pas constaté. Au contraire, certaines régions circumpolaires se refroidissent.

En fait, les prévisions d'une montée globale du niveau de la mer varient en fonction de la date de leur publication. Si on se base sur les prévisions pour l'année 2100, depuis les scénarios catastrophiques du début des années 80, où certaines publications faisaient état d'une augmentation globale de 3,5 m, on assiste à une régulière révision à la baisse des estimations. Paradoxalement, on a pu constater, au début des années 90, une augmentation relative de l'incertitude (écarts entre prévisions hautes et prévisions basses) ; mais il semble que l'on s'achemine actuellement vers un resserrement des écarts des estimations au voisinage d'une augmentation de niveau d'une quarantaine de centimètres à l'horizon 2100 (rapport du GIECC, 2007).

    

Conséquences


Il n'est pas possible d'être exhaustif sur les conséquences d'une élévation du niveau des mers. Elles sont en effet extrêmement variées selon le type de côte, le peuplement, l'amplitude du phénomène. On peut cependant distinguer trois grands effets : des submersions d'espaces précédemment hors d'atteinte de la mer, des érosions accrues et des salinisations d'eaux souterraines.

Mais gardons nous d'une vue simpliste, car la côte n'est pas passive face à l'élévation du niveau de la mer. Les végétations des marais maritimes et des mangroves favorisant le taux d'accrétion sédimentaire peuvent, localement, compenser cette évolution. Les changements climatiques peuvent modifier le régime des fleuves et le bilan sédimentaire littoral. Celui-ci est par ailleurs souvent gravement affecté par l'effet de piégeage des barrages et des travaux de régulation sur les fleuves. De même, la cause du recul des plages souvent constaté réside essentiellement dans un déficit sédimentaire dont l'origine est parfois naturelle, mais surtout et trop souvent anthropique : évitons de mettre sur le compte de l'élévation passée les conséquences de constructions hasardeuses ou d'extractions inconsidérées.

Il est néanmoins hors de question de vouloir minimiser le problème. Il existe réellement et il est grave. Les marges d'incertitude sur l'évolution future du phénomène sont si importantes qu'il serait éventuellement possible de douter de sa réalité. Avant d'agir, on pourrait attendre le moment où l'on aura acquis une certitude, mais le moment venu, il risque d'être un peu tard et des mesures tardives coûteront probablement beaucoup plus cher que des mesures prises à temps.

(1) lent mouvement d'affaissement d'une partie de l'écorce terrestre sous le poids des dépôts sédimentaires et sous l'action de déformations.

Bernard Simon. Mis à jour le 28/05/2012