FAQ – Océan - Club des Argonautes

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FAQ – Océan
Quelles sont les variations actuelles du niveau de la mer ? Observations et causes.
Bruno Voituriez - Juin 2012.
Compte tenu des concentrations humaines dans les régions côtières et dans les îles, l’élévation
probable du niveau de la mer est un véritable défi pour ce siècle en raison du changement
climatique que l’on sait maintenant inéluctable même si l’on peut encore espérer en limiter
l’ampleur par des politiques mondiales appropriées.
Sommaire
1. Les surfaces de référence : ellipsoide et géoide.
Les variations du champ de pesanteur.
La topographie dynamique de la surface de l’océan.
2. Les causes des variations du niveau moyen des océans.
3. La mesure des variations du niveau de la mer.
La marégraphie.
L’altimétrie satellitaire.
4. L’évaluation des causes.
L’expansion thermique des océans.
Les «transferts de masse».
Les calottes polaires.
Les glaciers de montagne.
Les eaux continentales.
5. Bilan global entre 1993 et 2011.
6. Variations spatiales et temporelles
7. El Niño, les variations interannuelles et les aux continentales.
8. Distribution régionale de l’élévation du niveau de la mer à long terme.
9. Conclusion
Compte tenu des concentrations humaines dans les régions côtières et dans les îles, l’élévation
probable du niveau de la mer est un véritable défi pour ce siècle en raison du changement
climatique que l’on sait maintenant inéluctable même si l’on peut encore espérer en limiter
l’ampleur par des politiques mondiales appropriées.

1. Les surfaces de référence : ellipsoïde et géoïde
Pour parler du niveau de la mer et de ses variations il faut une référence géométrique fixe :
c’est l’ellipsoïde de référence qui est au plus près de la forme de la Terre.
Par rapport à cette référence absolue le niveau des océans est la somme de deux
composantes.
Les variations du champ de pesanteur
La surface des océans en l’absence de tout mouvement, ce que naguère on appelait la
«surface des eaux tranquilles» pour illustrer l’horizontale est une surface équipotentielle
du champ de pesanteur ou géoïde ; c'est-à-dire qu’en en tout point la force de pesanteur lui
est perpendiculaire. Comme la Terre n’est pas homogène, la pesanteur à sa surface varie et
la surface de l’océan, géoïde, épouse les variations spatiales du champ de pesanteur qui font
du «géoïde» une sorte de patatoïde fait de creux et de bosses (figure 1 ci-dessous).
Ainsi par exemple entre l’océan Indien au sud de l’Inde et le Pacifique ouest du côté de
l’Indonésie observe-t-on, par rapport à l’ellipsoïde de référence, une différence de niveau de
la surface de l’océan-géoïde proche de 150 mètres.
La topographie dynamique de la surface de l’océan
La deuxième composante est due aux mouvements de l’océan et aux courants qui induisent
par rapport à ce géoïde des variations du niveau de la mer : c’est ce que l’on appelle la
topographie dynamique de la surface de l’océan dont on déduit les courants marins.
Plus la pente de la surface de la mer par rapport au géoïde est élevée et plus le courant est
intense. Dans le Gulf Stream par exemple cette pente atteint 1 mètre pour 100 km.

Si l’on s’intéresse aux variations du niveau moyen des océans c’est l’ellipsoïde
géométrique qu’il faut prendre comme référence ; si ce sont les courants et leurs
variations (la dynamique) qui nous préoccupent c’est le géoïde la bonne référence.
2. Les causes des variations du niveau moyen des océans
Ce qui détermine d’abord le niveau de l’océan c’est évidemment la masse d’eau qu’il
contient exactement comme la quantité d’eau dans une casserole. C’est ensuite sa
température moyenne qui détermine son degré de dilatation, c’est à dire son volume.
Les variations du niveau des océans dépendent donc de celles de sa température et des
quantités d’eau qu’il échange avec les autres réservoirs d’eau de la planète : les
glaciers, les calottes polaires (Groenland, Antarctique) et les eaux continentales
(rivières, lacs, nappes phréatiques etc.…).
L’augmentation planétaire en cours et à venir de la température de la Terre ne peut
qu’induire une élévation de ce niveau puisqu’elle échauffe l’océan qui absorbe 90% du
surplus de chaleur introduit dans le système climatique par l’accroissement des gaz à effet de
serre dans l’atmosphère et fait fondre glaciers et calottes polaires.
D’où la nécessité de la détecter et d’en suivre l’évolution de manière à en évaluer l’ampleur
à venir.
Détecter c'est-à-dire mesurer : il n’y a pas d’autres sources de connaissance.
3. La mesure des variations du niveau de la mer.
La marégraphie
La manifestation la plus visible de variations du niveau de la mer, c’est la marée.
D’où les marégraphes installés dans les ports qui permettent d’établir les «annuaires des
marées» indispensables à la navigation côtière. On peut filtrer et éliminer le signal de la
marée pour accéder au niveau moyen de la mer. En le moyennant pour éliminer les
variations thermiques saisonnières on peut suivre les variations du niveau de la mer d’une
année à l’autre, en un point. C’est à partir de ces mesures marégraphiques à travers le monde
que l’on a pu faire une première évaluation de l’élévation du niveau de la mer au cours du
20ème siècle jusqu’à l’avènement des mesures satellitaires en 1992 : environ 18 cm soit en
moyenne à peu près 1,8 mm/an (figure 2 ci-dessous).

La répartition spatiale des marégraphes n’est pas idéale et même s’il y en a dans des îles, la
couverture mondiale est très faible. De plus liés à la terre ils en suivent les éventuels
mouvements verticaux (rebond post-glaciaire, mouvements tectoniques, volcanisme) qui
faussent la mesure.
L’altimétrie satellitaire.
La mesure directe depuis l’espace du niveau de la mer permet :
a. la continuité dans le temps : le satellite revient régulièrement sur sa trace,
b. la couverture de la totalité de l’océan
On dispose ainsi en tout temps et en tout lieu de mesures absolues des variations du
niveau de l’océan. Le principe en est simple si la réalisation ne l’est pas et si les corrections
sont nombreuses pour extraire du signal la précieuse mesure du niveau de la mer (figure 3
ci-dessous)

Il s’agit d’un radar embarqué sur un satellite qui envoie à la verticale une impulsion dont le
temps de trajet aller et retour satellite-océan-satellite dépend de la distance du satellite à la
surface de l’océan. Pour peu que l’on connaisse avec précision l’orbite du satellite, on en
déduit tout le long de la trace du satellite les variations du niveau de la surface des océans.
Les mesures précises (à mieux que 1 cm) ont commencé avec le satellite Topex/Poseidon
qui, lancé en août 1992, est resté opérationnel jusqu’en janvier 2006. La suite a été prise par
Jason 1 lancé en décembre 2001 et Jason 2 lancé en 2008.
Les mesures des satellites Topex/Poseidon , Jason 1 et Jason 2 ont permis de mettre en
évidence une augmentation de la vitesse de l’élévation du niveau moyen des océans :
elle a été de 3,2 mm/an entre 1993 et 2011 (figure 4 ci-dessous).