Élévation du niveau de la mer - Partie 1

 

Élévation du niveau de la mer

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Les mesures du niveau de la mer à partir de 23 enregistrements de marégraphes dans des environnements géologiquement stables montrent une élévation d'environ 2 mm par an.
Les mesures du niveau de la mer à partir de 23 enregistrements de marégraphes dans des environnements géologiquement stables montrent une élévation d'environ 2 mm par an.
Changements du niveau de la mer depuis la fin du dernier épisode de glaciation.
Changements du niveau de la mer depuis la fin du dernier épisode de glaciation.

L’élévation du niveau de la mer peut être causée par des facteurs multiples et complexes.

Le niveau de la mer s'est élevé d'environ 120 mètres depuis le pic de la dernière glaciation, il y a environ 18 000 ans. L'augmentation a surtout eu lieu jusqu'à 6 000 ans avant aujourd'hui. Depuis 3 000 ans avant aujourd'hui, et ce jusqu'au début du XIXe siècle, le niveau de la mer n'a pratiquement pas bougé, n'augmentant que de 0,1 à 0,2 millimètre par an. Depuis 1900, il augmente de 1 à 3 mm par an[1]. Depuis 1992, l'altimétrie satellite à partir de TOPEX/Poseidon indique un taux d'élévation d'environ 3 mm par an[2].

L'élévation du niveau de la mer peut être une conséquence du réchauffement climatique à travers deux processus principaux : la dilatation de l'eau[3], de la mer (puisque les océans se réchauffent), et la fonte des glaces terrestres. On prévoit que le réchauffement climatique va causer des augmentations significatives du niveau de la mer au cours du vingt et unième siècle.

Sommaire

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Aperçu général [modifier]

Niveau local et niveau eustatique [modifier]

Cycles de l'eau entre l'océan, l'atmosphère et les glaciers.
Cycles de l'eau entre l'océan, l'atmosphère et les glaciers.

Le Niveau Moyen Local de la Mer (NMLM) est défini comme la hauteur de la mer par rapport à un point de référence sur terre, et en moyenne sur une période de temps suffisamment longue (un mois, une année) pour que la valeur soit indépendante des fluctuations causées par les vagues et les marées. On doit également ajuster les variations du NMLM pour prendre en compte les mouvements verticaux de la terre, qui peuvent être du même ordre (quelques mm/an) que les changements du niveau de la mer. Certains mouvements de la terre se produisent à cause d'un ajustement isostatique du manteau dû à la fonte des inlandsis à la fin de la dernière glaciation : en effet, le poids d'un inlandsis fait baisser la terre sous-jacente et quand la glace fond, la terre rebondit (rebond post-glaciaire). La pression atmosphérique, les courants océaniques et les changements de température des océans peuvent aussi affecter le NMLM.

Les variations « eustatiques » (par opposition aux variations locales) concernent l'altération du niveau global de la mer, tels que les changements de volume de l'eau des océans et les changements de volume des bassins océaniques.

Changements à court terme et périodiques [modifier]

Il y a de nombreux facteurs qui peuvent produire des changements à court terme (de quelques minutes à 14 mois) sur le niveau de la mer.

Causes à court terme (périodiques) Échelle de temps Effet vertical
Changements périodiques du niveau de la mer
Marées astronomiques diurnes et semidiurnes période 12–24 h 0,2–10+ m
Marées à longue période    
Variations de la rotation de la Terre (balancement de Chandler) période 14 mois
Fluctuations météorologiques et océanographiques
Pression atmosphérique Qqs heures à qqs mois –0,7 à 1,3 m
Vents (ondes de tempête) 1–5 jours Jusqu'à 5 m
Évaporation et précipitations (peut suivre aussi des circuits à long terme) Qqs jours à qqs semaines  
Topographie de la surface de l'océan (changements dans la densité de l'eau et courants) Qqs jours à qqs semaines Jusqu'à 1 m
El Niño/ oscillation méridionale 6 mois tous les 5–10 ans Jusqu'à 0,6 m
Variations saisonnières
Équilibre saisonnier de l'eau entre les océans (Atlantique, Pacifique, Indien)    
Variations saisonnières dans les pentes de la surface de la mer    
Trop-plein et crues des rivières/fleuves 2 mois 1 m
Changements de densité saisonnières de l'eau (température et salinité) 6 mois 0,2 m
Seiches
Seiches (vagues stagnantes) Qqs minutes à qqs heures Jusqu'à 2 m
Séismes
Tsunamis (vagues à longue période et catastrophiques) Heures Jusqu'à 10 m
Changement soudain du niveau des terres Minutes Jusqu'à 10 m

Changements à plus long terme [modifier]

Changements du niveau de la mer et températures relatives
Changements du niveau de la mer et températures relatives

Des facteurs variés peuvent affecter le volume et la masse des océans, menant à des changements à long terme du niveau eustatique de la mer. Les deux influences primaires sont la température (car le volume de l'eau dépend de la température, d'après les lois de la thermodynamique), et la masse des eaux prisonnières des terres telles que l'eau douce des rivières, les lacs, les glaciers, la calotte glaciaire des pôles. Sur des échelles de temps géologiques, des changements de forme des bassins océaniques et de la distribution terres/mers affectent le niveau de la mer.

Des estimations par l'observation donnent que l'élévation du niveau de la mer due à l'augmentation de la température, dans les décennies récentes, est d'environ 1 mm/an. Des études par l'observation et par les modèles de la perte de masse des glaciers et de la calotte polaire indiquent une contribution de l'élévation du niveau de la mer, en moyenne sur le XXe siècle, de 0,2 à 0,4 mm/an.

Glaciers et calottes glaciaires [modifier]

Chaque année, environ 8 mm d'eau, provenant de la surface des océans, retombe sur l'Antarctique et sur les inlandsis du Groenland sous forme de chutes de neige. Si aucune glace ne retournait dans les océans, le niveau de la mer perdrait donc 8 mm par an. Bien que la même quantité d'eau, approximativement, retourne à l'océan sous forme d'icebergs et de fonte de la glace des côtes, les scientifiques ne savent pas laquelle de ces quantités d'eau - partant vers les pôles ou en revenant - est la plus grande. La différence entre la glace entrante et la glace sortante est appelée le bilan de masse et est importante car c'est elle qui cause les changements dans le niveau global de la mer.

Les barrières de glace flottant à la surface de la mer ne changent pas, quand elles fondent, le niveau de la mer. De la même manière, la fonte de la glace du pôle Nord (calotte glaciaire) qui est constituée de glace flottante ne contribue pas à l'augmentation du niveau des mers. Cependant, comme c'est de l'eau douce, sa fonte ne cause qu'une toute petite augmentation du niveau des mers, et qui est si petite qu'elle est en général négligée. On peut cependant affirmer que si les barrières de glace fondent, il y a de bonnes chances que les inlandsis du Groenland et de l'Antarctique fondent aussi[réf. nécessaire].

Les scientifiques manquent d'information sur les stocks d'eau de la Terre et de leur évolution. Entre 1910 et 1990, leurs changements ont contribué à –1,1 à +0,4 mm/an. Si tous les glaciers et la calotte glaciaire fondaient, l'élévation du niveau de la mer serait d'environ 0,5 m. La fonte de l'inlandsis du Groenland produirait 7,2 m d'élévation du niveau, et la fonte de l'inlandsis de l'Antarctique en produirait 61,1 m.[4]. L'effondrement du réservoir intérieur immobilisé de l'inlandsis de l'Antarctique Ouest augmenterait le niveau de 5 à 6 m.[5].

La limite des neiges éternelles est l'altitude la plus basse pour laquelle la couche de neige minimum dans l'année couvre plus de 50% de surface. Cela varie d'environ 5  500 mètres au-dessus du niveau de la mer à l'équateur jusqu'au niveau même de la mer à 70 degrés de Latitude Nord ou Sud (selon les effets de l'amélioration régionale de la température). Le pergélisol apparaît alors au niveau de la mer et s'étend plus profondément sous la mer en direction du pôle. Comme la plupart des inlandsis du Groenland et de l'Antarctique se trouvent au-dessus de la limite des neiges éternelles et/ou de la base de la zone du pergélisol, elles ne peuvent pas fondre en une période de temps inférieure à plusieurs millénaires ; par conséquent, il est probable qu'elles ne contribueront pas significativement à l'élévation du niveau de la mer dans le siècle qui vient. Elles peuvent cependant le faire par l'accélération du flux et l'augmentation du vêlage des icebergs.

Les changements de climat du XXe siècle, à partir des modèles étudiés, contribueraient de –0,2 et 0,0 mm/an pour l'Antarctique (résultat de l'augmentation des précipitations) et de 0,0 à 0,1 mm/an pour le Groenland (du fait du changement aussi bien des précipitations que du trop-plein). Les estimations suggèrent que le Groenland et l'Antarctique ont contribué à une élévation de 0,0 à 0,5 mm/an pendant le XXe siècle et que ce serait le résultat d'un ajustement à long terme depuis la fin de la dernière glaciation.

L'augmentation actuelle du niveau de la mer observée par les marégraphes, d'environ 1,8 mm/an, se situe dans l'intervalle d'estimation à partir des facteurs ci-dessus[6] mais des recherches actives continuent dans ce domaine. L'incertitude en termes de stocks d'eau terrestres est particulièrement grande.

Depuis 1992, les programmes satellites TOPEX et JASON ont fourni des mesures du changement du niveau de la mer. Les données courantes sont disponibles[7]. Ces données montrent une élévation moyenne de 2,9±0,4 mm/an. Cependant, à cause de la grande variabilité à court terme du niveau de la mer, cette augmentation récente ne signifie pas forcément une accélération à long terme.

Influences géologiques [modifier]

Comparaison de deux reconstructions de niveaux de mer pendant les 500 derniers millions d'années. L'échelle des changements durant la dernière transition glaciaire/interglaciaire est indiquée par la barre verticale noire. Pendant la plus grande partie de l'histoire géologique, le niveau moyen à long terme de la mer était significativement plus haut qu'aujourd'hui.
Comparaison de deux reconstructions de niveaux de mer pendant les 500 derniers millions d'années. L'échelle des changements durant la dernière transition glaciaire/interglaciaire est indiquée par la barre verticale noire. Pendant la plus grande partie de l'histoire géologique, le niveau moyen à long terme de la mer était significativement plus haut qu'aujourd'hui.

À certaines époques de la longue histoire de la Terre, la dérive des continents avait disposé les terres suivant des configurations très différentes de celle d'aujourd'hui. Quand une grande partie de la croûte terrestre était près des pôles, l'étude des roches montrait, pendant les âges glaciaires, des niveaux de mer inhabituellement bas, parce qu'il y avait beaucoup de terres polaires sur lesquelles la neige et la glace pouvaient s'accumuler. À l'inverse, pendant les périodes où les terres émergées se regroupaient autour de l'équateur, les âges glaciaires avaient beaucoup moins d'effet sur le niveau de la mer. Cependant, pendant la plus grande partie du temps géologique, le niveau à long terme de la mer était plus haut qu'aujourd'hui (voir le graphique ci-contre). C'est seulement à la frontière du Permien et du Trias, il y a environ 250 millions d'années, que le niveau à long terme de la mer était plus bas qu'aujourd'hui.

Une hypothèse basée sur la tectonique des plaques pourrait expliquer des fluctuations du niveau des océans de grande amplitude sur le très long terme. En effet, on sait que la lithosphère continentale (qui se forme au niveau des zones de subduction) s'accroît depuis l'origine des temps géologiques à cause de sa faible densité qui ne lui permet pas de disparaître dans les profondeurs de l'asthénosphère. Ainsi, les continents s'accroissant, les surfaces océaniques s'amenuisent, ce qui tend à augmenter le niveau des océans depuis le début de l'histoire de la Terre. D'autre part, lorsqu'il se produit une orogenèse (par collision), l'encombrement continental se réduit car la lithosphère continentale se retrouve compressée (en s'élevant), et non étalée. Cela amène logiquement à l'extension des surfaces océaniques, donc à une régression marine généralisée. Par la suite, une fois l'orogenèse achevée (fin de collision de plaques), c'est l'érosion qui devient prépondérante. La matière continentale arrachée aux nouvelles montagnes est alors entraînée au fond des océans, provoquant la lente montée du niveau de ceux-ci et l'envahissement des surfaces continentales littorales (transgression marine généralisée).

Cette hypothèse permettrait d'expliquer les cycles sédimentaires de grande durée qui se sont produits au niveau de bassins sédimentaires situés actuellement à une altitude trop élevée (> 100 m) pour être due à des causes climatiques. On peut prendre en exemple le bassin parisien dont l'essentiel de la sédimentation s'est produite au Mézozoïque, entre l'orogenèse hercynienne (frontière Permien / Trias) et l'orogenèse alpine. Dans le cadre de cette hypothèse, chaque orogénèse (précambrienne, calédonienne, hercynienne et alpine) correspondant à des collisions de plaques aurait entraîné des regroupements compressifs continentaux et, par voie de conséquence, la baisse du niveau océanique et des régressions marines généralisées, alors que les périodes intermédiaires (correspondant à des fractionnements de plaques) auraient permis aux phénomènes érosifs d'entraîner de grandes quantités de matière continentale au fond des océans, provoquant la montée de leur niveau et des transgressions marines généralisées. Ces dernières auraient alors permis les cycles sédimentaires observés dans les bassins situés actuellement à des altitudes très supérieures à 100 m.

Pendant les cycles glaciaires/interglaciaires sur les quelques millions d'années avant le présent, le niveau de la mer a varié d'à peu près cent mètres. Cela est dû principalement à la croissance et à la décroissance des inlandsis (majoritairement dans l'hémisphère nord) alimentés par l'eau évaporée de la mer. Le dégel des inlandsis du Groenland et de l'Antarctique conduisait à une élévation du niveau de la mer d'environ 70 mètres[4].

La croissance graduelle du bassin méditerranéen, ainsi que du bassin Néotéthys (un des océans issus du démantèlement de la Pangée, qui longeait l'ensemble de la bordure nord du continent Africain et des plaques Arabe, indienne et australienne), commencée pendant le Jurassique, n'a pas affecté les niveaux des océans. Pendant que la Méditerranée était en train de se former, durant les 100 derniers millions d'années, le niveau moyen des océans était en général de 200 mètres au-dessus du niveau actuel. Cependant, le plus grand exemple connu d'inondation marine a été quand l'Atlantique a eu ouvert la brèche du détroit de Gibraltar à la fin de la crise de salinité du Messinien il y a environ 5,2 millions d'années. Cela a restauré les niveaux de la Méditerranée, mettant une fin soudaine à une période d'assèchement. Cette brèche s'est apparemment ouverte à cause de forces géologiques dans la zone du détroit.

Causes à long terme Amplitude de l'effet Effet vertical
Changement de volume des bassins océaniques
Tectonique des plaques et étalement du fond de la mer (divergence/convergence des plaques) et changement de la hauteur du fond de la mer (volcanisme au milieu de l'océan) Eustatique 0,01 mm/an
Sédimentation marine Eustatique < 0,01 mm/an
Changement de la masse de l'eau des océans
Fonte ou accumulation de la glace continentale Eustatique 10 mm/an
Changements de climat pendant le XXe siècle
•• Antarctique (résultats de l'augmentation des précipitations) Eustatique -0,2 à 0.0 mm/an
•• Groenland (à partir des changements des précipitations et du trop-plein) Eustatique 0,0 à 0,1 mm/an
Ajustement à long terme à la fin de la dernière glaciation
•• Contribution du Groenland et de l'Antarctique pendant le XXe siècle Eustatique 0,0 à 0,5 mm/an
Libération d'eau de l'intérieur de la Terre Eustatique
Libération ou accumulation des réservoirs hydrologiques Eustatique
Surrection ou effondrement de la surface de la Terre (Isostasie)
Isostasie thermale (changements de température/densité à l'intérieur de la Terre) Effet local
Isostasie glaciaire (chargement ou libération de glace) Effet local 10 mm/an
Isostasie hydrologique (chargement ou libération d'eau) Effet local
Isostasie volcanique (extrusions magmatiques) Effet local
Isostasie sédiment (dépôt et érosion de sédiments) Effet local < 4 mm/an
Surrection/effondrement tectonique
Mouvements verticaux et horizontaux de la croûte terrestre (en réponse aux mouvements des failles) Effet local 1-3 mm/an
Compression des sédiments
Compression des sédiments dans des matrices plus denses (particulièrement significatif dans et près des deltas) Effet local
Perte de fluides interstitiels (retrait de la nappe phréatique ou du pétrole) Effet local ≤ 55 mm/an
Vibration induite par un séisme Effet local
À partir du géoïde
Déplacement de l'hydrosphère, de l'asthénosphère, de l'interface noyau-manteau Effet local
Déplacement de la rotation de la Terre, de l'axe, et précession des équinoxes Eustatique
Changement gravitationnels externes Eustatique
Évaporation et précipitations (si dus à un motif à long terme) Effet local

Changements du niveau de la mer dans le passé [modifier]

Changements du niveau de la mer pendant les 9 000 dernières années.
Changements du niveau de la mer pendant les 9 000 dernières années.

Trace des sédimentations [modifier]

Depuis des générations, les géologues essaient d'expliquer pourquoi les dépôts sédimentaires observés partout sont indéniablement cycliques. La théorie prédominante est que cet aspect cyclique représente principalement la réponse des processus de déposition à l'élévation et à la baisse du niveau de la mer. Sur les roches, les géologues voient l'enregistrement des époques où le niveau de la mer était étonnamment bas, alternant avec des époques où il était bien plus haut qu'aujourd'hui, et ces anomalies apparaissent partout sur la terre. Par exemple, à la dernière glaciation, il y a 18 000 ans, quand les centaines de milliers de kilomètres-cube de glace étaient empilés sur les continents en formant des glaciers, le niveau de la mer était 120 m plus bas ; les endroits qui, aujourd'hui, supportent des récifs de corail, étaient en hauteur et secs, et le littoral était à des kilomètres plus loin dans les bassins, par rapport à aujourd'hui. C'était durant cette période de niveau très bas de la mer qu'il était possible de passer à pied sec de l'Asie à l'Alaska, ce qu'on pense que les humains ont fait pour migrer en Amérique (voir Béringie).

Cependant, pendant les 6 000 ans passés (bien avant que l'humanité ait commencé à garder des traces écrites), le niveau de la mer s'est approché graduellement de celui qu'il a actuellement. À l'époque interglaciaire précédente, il y a environ 120 000 ans, le niveau de la mer a été pendant peu de temps 6 mètres plus haut (environ) qu'aujourd'hui, comme le montrent à l'évidence les entailles faites par les vagues le long des falaises dans les Bahamas. Il y a aussi les récifs coralliens du Pléistocène isolés à 3 mètres au-dessus du niveau actuel de la mer le long du littoral sud-ouest de l'île de West Caicos dans les Antilles. Ces récifs, qui ont été submergés une fois, et les dépôts à proximité des plages paléolithiques sont des témoins silencieux que la mer a passé suffisamment de temps à un niveau plus élevé pour permettre à ces récifs de croître (il n'a pas encore été déterminé d'où, exactement, cette eau supplémentaire venait, de l'Antarctique ou du Groenland). Des preuves similaires des positions des niveaux de la mer, géologiquement récentes, sont abondantes partout dans le monde.

La dernière invasion marine marquée en Europe date d'un petit réchauffement climatique. Il a été maximal vers l'an 800 après JC, à l'époque de Charlemagne, alors que des arbres et de la végétation poussaient en limite du Groenland. Une grande partie des Pays-Bas, de la Belgique et une partie de l'actuel nord de la France étaient alors submergées sous la mer.

Évaluations [modifier]

Le Troisième Rapport d'Évaluation (TRE) du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC ; en anglais : IPCC TAR), figure 11.4, montre un graphique des changements du niveau de la mer à travers les 140 000 dernières années[8].

Les évaluations de l'élévation du niveau de la mer à partir de l'altimétrie par satellite depuis 1992, donnent environ 2,8 mm/an. Elles excèdent celles obtenues par les marégraphes. On ne sait pas si cela représente une augmentation sur les dernières décennies, si c'est de la variabilité normale, ou bien, s'il y a des problèmes de calibration des satellites. En 2001, le TRE déclarait que les mesures avaient détecté une accélération non significative de la vitesse actuelle d'élévation du niveau de la mer. Des travaux plus récents peuvent remettre cela en question ; par exemple Church et White, 2006[9].

Basé sur les données obtenues par les marégraphes, la vitesse de l'élévation du niveau de la mer moyen global pendant le XXe siècle se trouve dans une fourchette qui va de 0,8 à 3,3 mm/an, avec une vitesse moyenne de 1,8 mm/an[10]. Des études récentes des puits romains à Caesarea et des piscinae romaines en Italie indiquent[réf. nécessaire] que le niveau de la mer était resté assez constant depuis quelques centaines d'années avant notre ère jusqu'à il y a quelques centaines d'années.

Basé sur des données géologiques, le niveau moyen global de la mer peut avoir augmenté avec une vitesse moyenne d'environ 0,5 mm/an pendant les 6 000 dernières années et avec une vitesse moyenne de 0,1 à 0,2 mm/an pendant les 3 000 dernières années. Depuis le dernier maximum glaciaire, il y a environ 20 000 ans, le niveau de la mer s'est élevé de 120 m (avec une moyenne de 6 mm/an) résultant de la fonte d'importants inlandsis. Une augmentation rapide a eu lieu entre 15 000 et 6 000 ans avant le présent à une vitesse moyenne de 10 mm/an qui a causé une augmentation de 90 m ; par conséquent, dans la période depuis 20 000 ans avant le présent (en excluant l'augmentation rapide entre 15 et 6 mille ans), la vitesse moyenne était de 3 mm/an.

Un événement significatif a été l'Impulsion de Fonte 1A, quand le niveau de la mer a augmenté de 20 m sur 500 ans il y a environ 14 200 ans. C'est une vitesse de 40 mm/an. Des études récentes suggèrent que la source principale de la glace fondue était l'Antarctique, et c'est peut-être ce qui a causé l'impulsion de froid sud -> nord marquée par le Renversement du Froid d'Huelmo/Mascardi de l'hémisphère Sud, qui a précédé le Dryas récent de l'hémisphère Nord. L'élévation relative du niveau de la mer à des endroits spécifiques est souvent de 1 à 2 mm/an supérieure ou inférieure à la moyenne globale. Le long des côtes états-uniennes mi-atlantiques et du Golfe, par exemple, le niveau de la mer s'élève d'approximativement 3 mm/an.

Élévation du niveau de la mer dans le futur [modifier]

En 2001, Le Troisième Rapport d'Évaluation du GIEC a prédit que, d'ici 2100, le réchauffement climatique va conduire à une élévation du niveau de la mer de 9 à 88 cm. Jusqu'ici, aucune accélération significative de la vitesse d'élévation du niveau de la mer n'a été détecté au XXe siècle[11] Par la suite, J. A. Church et N. J. White ont trouvé une accélération de 0,013 ± 0,006 mm/an².[9].

Ces élévations du niveau de la mer peuvent conduire à des difficultés pour les communautés installées près des côtes : par exemple, des villes importantes telles que Londres et La Nouvelle Orléans ont déjà besoin de défenses contre les tempêtes, et auront besoin de défenses supplémentaires si le niveau de la mer s'élève, quoiqu'elles affrontent aussi des problèmes tel que l'enfoncement des terres[12].

On ne s'attend pas à ce que l'élévation future du niveau de la mer, comme l'augmentation récente, soit globalement uniforme (détails ci-dessous). Certaines régions montrent une élévation substantiellement plus importante que la moyenne globale (et dans beaucoup de cas, plus que deux fois la moyenne), et d'autres une chute[13]. Cependant, les modèles divergent en ce qui concerne les probabilités de changement du niveau de la mer.



29/05/2008
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