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Les variations sur le dernier siècle et lesLes variations sur le dernier siècle et les
prédictions pour le futur procheprédictions pour le futur proche
05/12/2001
Auteur(s) :
Gilles Delaygue
Laboratoire de Physique du Climat et de l'Environnement, Université de Berne.
Publié par :
Benoît Urgelli
Résumé
Impact des variations climatiques des derniers siècles sur le niveau des mers.
Table des matières
Introduction
La fonte des glaciers
Le réchauffement des océans
Réponses
Bibliographie
Annexe : Instructions officielles en relation avec cette intervention
Ceci est la seconde partie du TD sur les variations du niveau marin par Gilles Delaygue dans le
cadre des journées ENS-IPR de Décembre 2001 : accompagnement scientifique des programmes de
Lycée sur le thème La Planète Terre : de l'observation à la modélisation.
IntroductionIntroduction
Si le niveau de la mer fluctue continuellement avec les marées, on peut détecter des variations à « long terme »,
sur plusieurs dizaines d'années, à l'aide d'un réseau de « marégraphes », instrument mesurant le niveau de la mer, et
depuis quelques dizaines d'années par satellite. On estime que le niveau de la mer a monté d'environ 10-20 cm
depuis le début du siècle. Ces variations sont très faibles (Figure 1), mais elles sont globales et rendent compte de
variations climatiques difficilement réversibles. Nous allons essayer de préciser quelques mécanismes.
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Source - © 1999 Woodworth
Figure 1. Figure 1. Augmentation du niveau de la mer enregistré en différentes stations européennes, en mmAugmentation du niveau de la mer enregistré en différentes stations européennes, en mm
Les enregistrements tiennent compte d'une correction isostatique.
Q 1. D'après cette figure, quel est l'effet actuel de l'équilibre isostatique à Amsterdam, dû à la disparition de la
calotte Scandinave (Figure) ? Calculer la vitesse de montée du niveau de la mer depuis le début du siècle (en
mm/an). Comparer avec les vitesses calculées pour la déglaciation et le « saut » à la question Q 21 du TD1. réponse.
Q 2. Faire un schéma indicant les apports et exportations d'eau des océans (entrées/sorties). A quelle condition le
niveau de la mer monte-t-il ? réponse.
La fonte des glaciersLa fonte des glaciers
On estime que l'une des contributions les plus importantes est la fonte des glaciers de montagne, qui est quasi-
générale.
Figure 2. Figure 2. Le glacier d'Aletsch en 1899Le glacier d'Aletsch en 1899
Figure 3. Figure 3. Le glacier d'Aletsch en 2000Le glacier d'Aletsch en 2000
Le Glacier Central (centre de la photo, qui descend de la pointe d'Aletsch) a nettement reculé entre les deux
époques.
Q 3. On estime le volume des glaciers de montagne à environ 2 x 105 km3. Sachant que la surface des océans est de
360 x 106 km2 environ (70 % de la surface terrestre), calculer la hausse du niveau de la mer si tous les glaciers de
montagne fondaient complètement. réponse.
Les calottes polaires, arctique et antarctique, stockent beaucoup plus d'eau que les glaciers de montagne
(l'équivalent en niveau de la mer de 8 et 80m environ). Leur sensibilité au réchauffement de la planète est donc
critique pour le niveau de la mer. La Figure 4 montre les températures d'été pour l'Antarctique.
Figure 4. Figure 4. Température de surface en Antarctique pour le mois de janvierTempérature de surface en Antarctique pour le mois de janvier
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Q 4. Est-ce-que la calotte antarctique est susceptible d'avoir fondu depuis le début du siècle à cause du
réchauffement global ? Est-elle susceptible de fondre si la température augmente de 4ºC d'ici un siècle (prévision
« moyenne ») ? réponse.
Les études climatologiques en Antarctique montrent que l'accumulation de neige dépend de la température. La
figure 5 illustre cette dépendance.
Source - © 1998 Krinner et Genthon
Figure 5. Figure 5. Relation entre précipitation et température de surface annuelles en Antarctique (symboles et droites deRelation entre précipitation et température de surface annuelles en Antarctique (symboles et droites de
régression en régression en noir) ; et relation entre humidité de l'air (à saturation) et température (courbe en rouge)noir) ; et relation entre humidité de l'air (à saturation) et température (courbe en rouge)
Résultats issus d'un modèle de circulation générale, pour deux climats très différents (moderne et glaciaire). Noter
les échelles logarithmiques.
Q 5. D'après la Figure 5, d'où provient la relation entre précipitation et température en Antarctique ? Si la
température augmente en Antarctique, quel pourrait en être l'impact sur l'accumulation de neige, la croissance de la
calotte et le niveau de la mer ? réponse.
Une possibilité de fonte importante de la partie ouest de l'Antarctique existe, parce que la base de la calotte est
instable et située en dessous du niveau de la mer (Figure 6).
Source - © 1998 Oppenheimer
Figure 6. Figure 6. Coupe schématique dans la partie ouest de la calotte antarctique, du centre de la calotte à gauche, versCoupe schématique dans la partie ouest de la calotte antarctique, du centre de la calotte à gauche, vers
l'océan à l'océan à droitedroite
La majeure partie de la calotte est située sous le niveau de la mer, et repose sur le socle ou des sédiments
(moraine); tandis qu'une autre partie flotte (« plateforme flottante »). On pense actuellement que la ligne d'ancrage
de la calotte sur le socle (« ligne d'échouage ») est instable, car elle est déterminée par l'écoulement de la calotte sur
les sédiments (et non par l'ancrage côtier de la plateforme, comme on le pensait auparavant).
Q 6. Sachant que le volume de glace instable contenue dans la partie ouest de l'Antarctique est environ 2 x 106
km3, calculer la hausse du niveau de la mer résultant de la fonte de toute cette glace. (Voir Q 3.) réponse.
Le réchauffement des océansLe réchauffement des océans
Le volume d'eau des océans peut aussi varier si la densité de l'eau change, à masse constante (entrées = sorties).
Cette densité varie avec la salinité et la température, de façon opposée: la salinité augmente la densité (cf Mer
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Morte), la température la diminue (principe du thermomètre). L'effet dû à la salinité est supposé faible globalement
car localisé (par exemple océan Arctique). Par contre celui dû à la température est important, sa contribution à la
hausse du niveau de la mer est estimée à environ 50 %. Cet effet de la température sur le volume océanique est
dénommé « thermostérique ».
Q 7. La température globale de surface a augmenté d'environ 0,5ºC depuis le début du siècle. On suppose que
l'océan global s'est réchauffé de la même manière sur 4 000 m d'épaisseur. La variation relative de la densité (et
donc du volume) due à la température est de 0,02 % par ºC. Calculer l'augmentation du niveau de la mer due à ce
réchauffement en supposant que la surface des océans reste constante. réponse.
En fait le réchauffement de l'atmosphère ne pénètre que très lentement le volume des océans. La figure 7 indique
le réchauffement de la surface (premiers 300 m) des océans, ainsi que les premiers 3 000 m.
Source - © 2000 Levitus et al.
Figure 7. Figure 7. Réchauffement observé des océans sur les derniers ~ 50 ans, pour les premiers 3 000 m à gauche etRéchauffement observé des océans sur les derniers ~ 50 ans, pour les premiers 3 000 m à gauche et
premiers 300 m à droitepremiers 300 m à droite
Échelle de gauche: quantité de chaleur gagnée / perdue. Échelle de droite : variation équivalente de température.
Q 8. Estimer les variations de température des premiers 300 et 3 000 m des océans entre 1955 et 1995. D'après la
question Q 7, calculer les hausses du niveau de la mer dues à ces réchauffements, et leur vitesse (en mm/an). Quelle
profondeur domine les variations de volume ? réponse.
Les variations du niveau de la mer sont mesurées par le satellite TOPEX/POSEIDON depuis une dizaine d'années.
Ces mesures indiquent que les variations ne sont pas les mêmes partout dans les océans, et peuvent être expliquées
en grande partie par les variations de la température. La Figure 8 illustre cette hétérogénéité spatiale.
Source - © 2001 Cabanes et al.
Figure 8. Figure 8. Variations du niveau de la mer calculées à partir de la température des 3000 premiers mètres (cf FigureVariations du niveau de la mer calculées à partir de la température des 3000 premiers mètres (cf Figure
7), sur la 7), sur la période 1955-1996période 1955-1996
Les triangles noirs sont les stations de mesure (marégraphes).
La hausse moyenne du niveau de la mer estimée par les marégraphes n'est pas la même que celle calculée à partir
des variations de température (Figures 7 et 8) et mesurée par le satellite TOPEX/POSEIDON.
Q 9. A partir de la figure 8, que pouvez-vous dire de la localisation des marégraphes par rapport aux variations
régionales du niveau de la mer ? Est-ce-que cette localisation peut introduire une erreur sur l'estimation globale du
niveau de la mer pour les derniers 40 ans, et dans quel sens ? Que peut-on dire de la variabilité spatiale (différence
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entre les zones de variation positive et négative) par rapport à la moyenne globale (environ 0,5 mm/an) ? réponse.
Le Groupement Intergouvernemental pour l'Etude du Climat (GIEC, IPCC en anglais) a défini différents scénarios
d'émission de gaz à effet de serre pour le futur. A partir de ces scénarios, les modèles prédisent une réchauffement
des températures de surface de l'ordre de 3ºC en 2100. La Figure 9 montre les prédictions pour la variation globale
du niveau de la mer.
Source - © 2001 IPCC
Figure 9. Figure 9. Prédiction de la montée du niveau de la mer par sept différents modèles, utilisant 35 scénariosPrédiction de la montée du niveau de la mer par sept différents modèles, utilisant 35 scénarios
d'émission de gaz à d'émission de gaz à effet de serreeffet de serre
Les courbes de couleur représentent les moyennes des sept modèles pour chacun des six scénarios indiqués en
légende (A1B, etc). Ces six scénarios ont été choisis comme représentatifs de leur « famille » (A1, B1, etc). La zone en
gris foncé comprend les moyennes des sept modèles pour tous les scénarios (35 au total). La zone en gris clair
comprend toutes les prédictions, c'est-à-dire les prédictions de chacun des sept modèles pour chacun des 35
scénarios. Les limites en noir comprennent en plus des incertitudes sur certains paramètres (fusion des glaciers, du
permafrost, etc).
Q 10. Quelle serait la hausse du niveau de la mer, en 2100, si tout le volume océanique se réchauffait de 3ºC (cf.
question Q 7) ? Quelle est la hausse moyenne du niveau de la mer prévue pas les modèles pour 2100 ? Calculer la
vitesse de montée ; comparer avec la vitesse de montée sur le dernier siècle (cf. question Q 1) réponse.
RéponsesRéponses
R 1.R 1. La Hollande était surélevée à cause de la calotte scandinave et de l'élasticité de la lithosphère. Depuis la fonte
de la calotte, l'équilibre isostatique fait s'enfoncer la Hollande (et les régions voisines), ce qui fait monter
relativement le niveau de la mer.
Vitesse de montée du niveau de la mer : 10 à 20 cm depuis 100 ans ⇒ 1 à 2 mm/an en moyenne.
Comparaison avec la déglaciation : d'un facteur ~25 plus faible par rapport aux « sauts », mais seulement d'un
facteur ~4 plus faible que la déglaciation, ce qui est beaucoup pour un climat « stable ». Retour.
R 2.R 2.
Figure 10. Figure 10. Apports et sorties d'eau des océansApports et sorties d'eau des océans
Ne compte, comme sortie, que la vapeur d'eau transportée sur les continents par les vents. Le cycle évaporation-
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