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Niveau de la mer et climat
Anny Cazenave
avec la collaboration de Benoit Meyssignac,
Hindumathi Palanisamy,
Ollivier Henry, William Llovel, Melanie Becker, …
(LEGOS/CNES)
et de CLS
Depuis quelques décennies,
la Terre se réchauffe
Bilan énergétique de la Terre à l’équilibre
Soleil
rayonnement
Terre
Emissions de dioxyde de carbone dans l’atmosphère
dues aux activités humaines
Augmentation
10
Augmentation
Augmentation
8
Augmentation
6
en milliards de tonnes de carbone
Le Quéré et al., 2012
Emissions de CO2 liées aux activités humaines
4.3
Augmentation
annuelle
carbone atmosphérique
entreentre
2002 et
2011et: 2011:
4.3 +/- 0.1 GtC/an
Augmentation
annuelle
dude
carbone
atmosphérique
2002
+/- 0.1 Gt/an
9.3
2.5
+/- 0.5
Puits
océanique
2.6
+/- 0.8
Puits
Végétation
1.
+/- 0.5
8.3
+/- 0.4
Déforestation &
Occupation des sols
Combustibles fossiles
en Gigatonnes de Carbone par an (GtC/an)
1Gt = 1 milliard de tonnes
Valeurs d’après Le Quéré et al., 2012
Concentration en dioxyde de carbone (CO2)
dans l’atmosphère
CO2:
400 ppmv
en 2012!
Années avant aujourd’hui
-
-
-
-
Présent
Années avant aujourd’hui
Updated from S. Solomon, 2011
Variation de la température moyenne globale de la Terre (1880-2008)
d’après les observations météorologiques (océans + surfaces continentales )
Date
Source : N0AA
Source :NOAA
Réchauffement de l’océan = augmentation du contenu thermique
Contenu thermique de l’océan:
Mo Cp ΔT
masse océan
chaleur spécifique de l’eau
L’inertie thermique de l’océan
• Masse de l’océan = 300 fois celle de
l’atmosphère
• Chaleur spécifique de l’eau = 4 fois celle de l’air
 Capacité à stocker la chaleur 1200 fois
supérieure à celle de l’atmosphère
Chaleur spécifique : quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°K la température de 1 g d’eau
Bilan thermique du système climatique
Contenu thermique
(50 dernières années)
(1022 Joules)
15
Océans
~ 90%
de la chaleur
anthropique
accumulée dans
le système
climatique
depuis 50 ans
est contenue
dans l’océan
10
5
Terres
émergées
Anthropique =
du aux activités humaines
5x1022 Joules =énergie
de toutes les ressources
fossiles (pétrole, gaz et
charbon) actuellement
connues sur la Terre!
Atmosphère
10
Les glaces fondent…
1900
2008
Glacier Rhone (Alpes suisses)
Antarctique
Groenland
La mer monte…
Hausse de la mer au cours du 20ème siècle
(en rouge : marégraphes; en bleu : satellites altimétriques)
Source :LEGOS
Depuis 1993
altimétrie spatiale
couverture
Niveau moyen global de la mer par altimétrie spatiale
Niveau de la mer (mm)
Vitesse d’élévation (1993-2012) =
3.2 +/- 0.4 mm/an
La Nina
6.5 cm
El Nino
Date
Source: CLS-Legos
Vitesse d’élévation: 20ème siècle et derniers 20 ans
1993-2012
1.7 +/- 0.3 mm/an
3.2 +/- 0.4 mm/an
Questions:
-Y a-t-il une accélération de la hausse du niveau de la
mer?
Réponse : oui probablement
-La hausse actuelle est-elle ‘anormale’ en
comparaison des derniers siècles/millénaires?
Réponse : oui et non
Remontée du niveau de la mer depuis le dernier maximum glaciaire
(-20 000 ans)
Niveau de la mer
+130 m
Dernier Maximum Glaciaire
Past
Temps (milliers d’années)
Présent
Lambeck et al., 2002
Evolution du niveau de la mer depuis 6000 ans
Niveau moyen de la mer
Passé
Temps en milliers d’années
Présent
Lambeck et al., 2010
Niveau moyen de la mer depuis 2000 ans
-2000 ans
Temps
Présent
Jusqu’à la fin du 19ème siècle, la hausse n’a pas dépassé 0.5 mm/an !
D’après Kemp et al, 2011
mm/an
32
Vitesses d’élévation du niveau marin
sur différentes échelles de temps
28
24
20
16
12
Dernier
interglaciaire
(-125 000 ans)
?
moyenne
déglaciation
(entre -20 000 ans
et -10 000 ans)
Déglaciation
MWP-1A
(-14 000 ans)
( durée: 300 ans)
 40 mm/an
8
4
0
3.2 mm/an
<0.5 mm/an
2 derniers
millénaires
1.7 mm/an
20ème siècle
2 dernières
décennies
22 causes
causes principales…
principales…
--Variations
Variationsdu
duvolume
volume
de
del’océan
l’océan

dilatation
dilatation
thermique
thermique
l’océan
l’océanse
seréchauffe,
réchauffe,
l’eau
l’eause
sedilate
dilateetetlalamer
mermonte
monte
--Variations
Variationsde
demasse
masse
de
del’océan
l’océan

Échanges
Échangesd’eau
d’eau
-Fonte
-Fontedes
desglaciers
glaciers
-Perte
-Pertede
demasse
massedes
descalottes
calottespolaires
polaires
-Eaux
-Eauxcontinentales
continentales
-Vapeur
-Vapeurd’eau
d’eauatmosphérique
atmosphérique
Fonte des glaces
Depuis 10-20 ans, différent systèmes d’observation pour estimer les contributions
Variations de masse
Effets stériques

XBT
T, S
océan
Imagerie spatiale
InSAR
Gravimétrie spatiale
Depuis 2002
Antarctique
Argo
Calottes polaires
Radar & laser altimetry
Altimétrie radar et laser22
Expansion thermique de l’océan (0-700 m)
1950-2012
Bases de données de température de :
Levitus et al. (2012)
Ishii & Kimoto (2012)
XBT Argo
Contribution de l’expansion thermique
à la hausse du niveau moyen
~1 mm/an entre 1993 et 2012
Source : W. Llovel
Recul et amincissement des glaciers mesurés par imagerie « satellite »
300 m
km
15
Recul et amincissement du glacier Columbia (Alaska) entre 1980 et 2007
Berthier et al. 2010
Contribution de la fonte des glaciers de montagne
à la hausse du niveau de la mer 360 Gt/an = 1mm/an
1900
Présent
Fonte des glaciers de montagne: ~ 300-400 milliards de tonnes par an entre 1993-2010/2012
Hausse du niveau de la mer de ~ 1 mm par an
Variations de masse des calottes polaires mesurées par satellite
Groenland
Greenland
Gravimétrie
spatiale « GRACE »
Interférométrie radar
Depuis2002
Antarctique
Calotte polaire
Altimétrie radar et laser
26
Perte de masse de glace (couleurs bleu-violet-noir) au Groenland entre 2003 et 2012
observée par les satellites GRACE
Source: J. Wahr
Variations de la masse de glace des calottes polaires
mesurées par les différentes techniques spatiales
depuis le début des années 1990 (en milliards de tonnes)
Antarctique + Groenland
Antarctique
Groenland
Contributions Groenland + Antarctique :
Shepherd et al. (2012)
(1993-2010)  0.7 +/- 0.2 mm/an
(2005-2010)  1. +/- 0.15 mm/an
Variation de masse des calottes polaires
= variation de masse en surface (accumulation/ablation)
+ écoulement des glaciers côtiers dans la mer (effet dynamique)
Le glacier Jakobshavn Isbrae (côte ouest du Groenland)
Contributions à la hausse du niveau moyen global de la mer
(1993-2012)
Sources: Church et al., 2011, Hanna et al., 2013, LEGOS , etc.
Depuis ~ 2003, Argo + GRACE  expansion thermique + masse océan
Expansion thermique
 0-1500 m
Argo
Antarctique
Variations de masse
masse océan
glaciers, calottes polaires
eaux continentales
32
Période 2005-2010/11
Contribution stérique (Argo)
mm/an
Hanna et al.
Leuliette
KVS & Le Traon
Chen et al.
Dieng et al.
33
Période 2005-2010/11
Contribution ‘masse de l’océan’ (GRACE)
mm/an
Hanna et al.
Leuliette
Chen et al.
Dieng et al.
34
Période 2003/5-2010/11
Contribution des glaciers
mm/an
Hanna et al.
Chen et al.
Gardner et al.
Jacob et al.
35
Période 2003/5-2010/11
Contribution des calottes polaires
mm/an
Shepherd et al.
Hanna et al.
Chen et al.
Dieng et al.
Jacob et al.
36
La mer ne monte pas de manière uniforme!
Distribution régionale des vitesses de variation du niveau de la mer
observées par les satellites altimétriques (1993-2012)
mm/an
38
La mer ne monte pas de manière uniforme!
Distribution régionale des vitesses de variation du niveau de la mer ( 1993-2012)
(hausse moyenne globale retirée )
Tendances régionales
des variations du niveau de la mer
mesurées par altimétrie spatiale
Tendances régionales
de l’expansion thermique
des océans
Source:LEGOS
Variabilité régionale: comparaison altimétrie –effets stériques (1993-2012)
Altimétrie
Résidus
Effets stériques
(T, S - Ishii & Kimoto)
Corrélation
Source: LEGOS
Autre source de variabilité régionale du niveau de la mer:
La redistribution passée et actuelle des masses d’eau
liée à la fonte des glaces déforme les bassins océaniques
et modifie l’attraction mutuelle des masses d’eau/glace
Rebond Post Glaciaire
Modèles
de
Rebond Post Glaciaire
+
Histoire de la déglaciation
viscosité du
manteau terrestre
Effet de la fonte des calottes
de glace durant la dernière déglaciation
(phénomène de rebond post-glaciaire)
Océan
Calotte de glace
Rebond
de la
croûte
terrestre
Océan
Dernier maximum glaciaire
Il y a 20 000 ans
FROID
Déformation de la
croûte terrestre
par effet de surcharge
Présent
CHAUD
Effets du rebond post glaciaire sur les mesures régionales du niveau de la mer
Marégraphes
Niveau de la mer relatif : SR
Altimétrie
spatiale
Niveau de la mer absolu : SA
.
Déformation de la croûte terrestre: R
.
. .
SR = SA -R
Gravimétrie spatiale
GRACE
-4 mm/an
+4 mm/an
44
Source: Tamisiea & Mitrovica 2011
Hausse totale relative de la mer (1950-2010)
RESL+GPS/DORIS
RESL+GPS/DORIS
Funafuti
(Tuvalu)
• Hausse totale
climatique  4.7
mm/yr
• GPS  -0.4 mm/yr
5.1 mm/yr
4.2 mm/yr
Perth
(Australie)
Hausse moyenne globale :
1.8 mm/an
Becker et al., 2012, Palanisamy et al, in revision
La mer va-t-elle continuer à monter?
Oui!
Evolution de la température moyenne de la Terre
Observée
Calculée
(modèles de climat)
Scénarios
de
réchauffement
Niveau de la mer (cm)
Evolution future du niveau de la mer
Nouvelles
projections
climatiques
Présent
Evolution du niveau moyen global de ma mer
(période historique)
GIEC: Groupement Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat
Date
~20 cm
Projections GIEC
2007
Source : LEGOS
Mais ce qui compte localement, c’est la variation TOTALE du niveau de
la mer relativement à la côte 
Somme de la hausse moyenne globale + variabilité régionale
+ mouvements verticaux de la croûte terrestre !!!
Surface de la mer
Cr
oû
Hausse
de la mer
te
Fond de l’océan
Mouvement
vertical de la
croûte
La variabilité régionale et la subsidence du sol
amplifient la hausse ‘climatique’ du niveau de la mer
Peut-on prévoir localement la hausse future TOTALE de la mer? 
« la hausse moyenne globale »
+ « la variabilité régionale »
+ « les mouvements de la croûte terrestre »
???????
Variabilité régionale de la hausse de la mer en 2100
due à l’expansion thermique et à la salinité de l’océan (scénario A1B)
Elévation de la mer /aujourd’hui (m)
Slangen et al., 2011
Autre source de variabilité régionale du niveau de la mer:
La redistribution passée et actuelle des masses d’eau
liée à la fonte des glaces déforme les bassins océaniques
et modifie l’attraction mutuelle des masses d’eau/glace
Variabilité régionale du niveau de la mer due
aux redistributions de masses passées et futures
Effets sur l’océan proche des calottes de glaces
Effets sur l’océan lointain
Rebond post glaciaire
Fonte des glaces
(Groenland, Antarctique et glaciers)
Variation des stocks d’eaux continentales
Redistribution de masses
due à la fonte future des glaces et aux eaux continentales
d’après Tamisiea & Mitrovica, 2011
Réponse de la terre solide aux redistributions des masses dues à
la fonte du Groenland et de l’Antarctique (+ self gravitation) sur la
variabilité régionale de la mer
<0
Fonte Groenland
Amplification
dans les tropiques
Fonte Antarctique
Mitrovica, 2009; Milne et al., 2009
Tamisiea & Mitrovica, 2011
<0
Valeurs négatives
0
+1mm/an
+1.4 mm/an
56 en
(échelle en mm/an si la fonte est de 1 mm/an
équivalent niveau de la mer)
Variabilité régionale (en 2100) due aux différents facteurs (scénario A1B)
Calottes polaires
Expansion thermique
+ salinité
Glaciers
Rebond post-glaciaire
Sea level change (m)
Slangen et al., 2011
Hausse totale (relative) de la mer (en 2100) –scénario A1B effets stériques+fonte des glaces + déformation de la terre solide
Elévation de la mer/aujourd’hui (m)
Elévation totale
(hausse moyenne globale incluse, de 50 cm par rapport à aujourd’hui)
Slangen et al 2011
55 % des humains vivent au bord de la mer
Merci de votre attention