Les variations du niveau de la mer

Les variations du
niveau de la mer
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
1 : L’eustatisme
L’eustatisme correspond à la variation du niveau
marin absolu au cours du temps
Le O18 reflète les variations des volumes de glace
des calottes polaires
Le niveau marin "eustatique" enregistre aussi ces
variations de volume
De plus, l’eustatisme dépend aussi des variations
globales de la température à la surface de l’océan
mondial qui se "dilate" plus ou moins avec la
température (effet stérique)
Variations du
volume des glaces
Planète bleue
Effet stérique
Variations
eustatiques
3 : Les variations du niveau
de la mer
2 : Etude des variations des
paléorivages
Les paléorivages peuvent se présenter sous
différentes formes :
Anciens traits de
côtes marqués
par l’érosion
marine :
paléofalaises…
Planète bleue
Anciens dépôts Anciens récifs de
coraux et
littoraux
paléoterrasses
fossilisés :
plages fossiles, coralliennes pour
les mers
dépôts de
tropicales…
tempêtes (galets
+ coquilles)…
3 : Les variations du niveau
de la mer
!
Les variations des paléorivages ne
traduisent qu’une variation relative du
niveau de la mer par rapport à la côte
car la côte bouge
Il faut réussir à faire la différence entre ces deux
tendances qui sont concomitantes
Les côtes des continents bougent essentiellement
à cause de deux phénomènes :
La tectonique
Planète bleue
Le glacioeustatisme
3 : Les variations du niveau
de la mer
a : Tectonique
Les mouvements cumulés sur les failles au cours du
temps (après chaque tremblement de terre)
augmentent les reliefs continentaux
Soulèvement
Soulèvement
Subsidence
Faille d’effondrement
Subsidence
Faille de chevauchement
Donc les côtes peuvent, selon le contexte, s’enfoncer
ou se soulever
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Il est fondamental d’estimer les vitesses de
soulèvement (surrection) ou d’enfoncement
(subsidence) sur les failles
C’est l’étude des tremblements de terre et séismes
cumulés sur les failles au cours du temps
(paléosismicité) qui permet d’approcher et d’estimer
ces vitesses
Une fois ces vitesses estimées, on corrige la mesure
de l’altitude du paléorivage de la quantité de
déplacement due à la tectonique
La quantité résultante est due à
l’eustatisme
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
h mesurée du
paléorivage
Continent
Niveau actuel
de la mer
h h
h
 tectonique  eustatisme
t t
t
heustatisme  hmesurée  htectonique
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
b : Glacio-eustatisme
La charge cumulée par le poids de la glace présente
sur les continents durant les périodes glaciaires est
compensée isostatiquement par le manteau visqueux,
selon le principe d’Archimède
Cela conduit à une déflexion de la croûte continentale
Calotte
Croûte
continentale
Manteau
Mvglace
Mvcroûte
Mvmanteau
eglace
ecroûte
ecroûte
Déflexion
0
> à 1000 km
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Calotte
Croûte
continentale
Manteau
Mvglace
eglace
1
Mvcroûte
Mvmanteau
2
ecroûte
ecroûte
Déflexion
0
> à 1000 km
Le principe d’Archimède nous permet de dire que les 2 colonnes
sont en équilibre isostatique, c’est-à-dire que les poids des 2
colonnes sont égaux (1=2)
1
2
eglace .Mvglace  ecroute .Mvcroute  ecroute .Mvcroute  0 .Mvmanteau
0 
Planète bleue
eglace .Mvglace
Mvmanteau
3 : Les variations du niveau
de la mer
Exemple : Quelle est la déflexion de la croûte
continentale avec les paramètres suivants ?
Eglace = 4000 m
Mvglace = 800 kg.m-3
Mvmanteau = 3200 kg.m-3
Solution :
Planète bleue
4000.800
0 
3200
0  1000m
3 : Les variations du niveau
de la mer
Lorsque la glace fond (débâcle glaciaire), le soulèvement
du continent est dû à la poussée du manteau visqueux qui
vient reprendre sa place sous le continent
Calotte
Croûte
continentale
Manteau

0
Le soulèvement isostatique est dû à la poussée du
manteau ; c’est le rebond isostatique
0 diminue au cours du temps, on parle alors de 
Quand on presse sur un fluide (manteau), il se
relâche d’abord vite, puis de plus en plus lentement
3 : Les variations du niveau
Planète bleue
de la mer
Calotte
Croûte
continentale

Manteau
0
Le rebond isostatique se poursuit bien après que la
glace ait fondu
La relaxation du manteau suit une loi exponentielle :
  0 .e
Planète bleue
t

T
Avec :
T = temps de relaxation du manteau
(environ 5000 ans)
t = temps écoulé depuis la fonte de
la glace
3 : Les variations du niveau
de la mer
Exemple :
Tout le nord de l’Europe (jusqu’au nord de la France et
l’Ecosse) était recouvert d’une calotte glaciaire
totalement fondue depuis 10000 ans
L’épaisseur de glace était de l’ordre de 4000 m, soit
une déflexion d’environ 1000 m
Rebond isostatique du nord de l'Europe
Temps (en années BP)
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
Déflexion W (en m)
0
200
400
600
800
1000
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Rebond isostatique du nord de l'Europe
Temps (en années BP)
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
Déflexion W (en m)
0
135 m
200
165 m
400
600
819 m
1000 m
800
1000
-181 m en 1000 ans entre –10000 ans et –9000 ans ; soit
une vitesse de remontée du continent de 18,1 cm.an-1
-30 m en 1000 ans entre –1000 ans et aujourd’hui ; soit
une vitesse de remontée du continent de 3 cm.an-1
Le soulèvement du continent se poursuit bien après la
fonte de la glace
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Rebond isostatique du nord de l'Europe
Temps (en années BP)
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
Déflexion W (en m)
0
200
400
600
800
1000
1 : Quelle est la vitesse de remontée du continent sur le
dernier siècle (entre –100 ans BP et aujourd’hui) ?
2 : Quelle sera la vitesse de remontée du continent sur le
prochain millénaire ?
3 : Dans 10000 ans, quelle sera la déflexion  restante ?
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
1
2
V1900 à 2000
V1900 à 2000
138, 07  135,34

100
 2, 73cm.an 1
3
V2000 à 3000
V2000 à 3000
10000 ans  1000.e
10000 ans  18m

135,34  110,80

1000
 2, 46cm.an 1
20000
5000
Selon le même principe que pour la tectonique, on
annule l’effet de la variation d’altitude due au rebond
isostatique :
heustatisme  hmesurée  hglacio eustatisme
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
En tenant compte de la tectonique et du glacio-eustatisme,
une courbe de variation eustatique (niveau de l’océan
global) a été reconstituée dans les années 1980-1990 pour
les derniers 800 ka
Cette courbe prend en
compte des plages
fossiles et des terrasses
coralliennes des mers
tropicales (Mer Rouge,
Caraïbes, Nouvelle
Guinée…) pour
lesquelles le glacioeustatisme peut être
négligé
Elle est ajustée avec des
paléorivages nordaméricains
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
!
Des travaux plus récents montrent les limites
de cette courbe qui devient très imprécise
avant –300000 ans si l’on tient compte des
marges d’erreurs des datations radioactives
(méthode U/Th) réalisées sur les coraux
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
En tenant compte des limites de cette courbe, on
remarque plusieurs tendances de cette courbe déjà
signalées avec les études sur les isotopes de
l’oxygène
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Sur les derniers 400 ka, on note au moins 4 cycles avec
alternance de bas niveaux et de hauts niveaux marins sur
environ 100 ka
Cela rappelle les 4 périodes glaciaires déjà évoquées
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Le dernier haut niveau marin (+10 à +20 m par rapport à
aujourd’hui) se situe il y a 120 ka
Le niveau marin chute ensuite par palier jusqu’il y a
20000 ans pour atteindre –80 m par rapport à l’actuel
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Des courbes plus précises ont été établies depuis pour les
derniers 300 ka
Les tendances sont les mêmes, avec en particulier un haut
niveau marin il y a environ 330 ka, où la mer était 30 m au
dessus du niveau actuel
3 : Les variations du niveau
Planète bleue
de la mer
3 : Variations récentes et
actuelles du niveau des mers
C’est un sujet d’actualité, qui fait régulièrement la
une des journaux
Il existe aujourd’hui 2 types d’approches :
L’étude de tendance
des mesures
marégraphiques, qui
permet de voir les
variations sur les 100 à
150 dernières années
Planète bleue
L’observation par les
radars embarqués sur
les satellites, qui
permet de connaître la
tendance sur les 15
dernières années
3 : Les variations du niveau
de la mer
a : Etude de tendance des
mesures marégraphiques
En France, on dispose de 2 longues séries
temporelles de relevés marégraphiques :
Brest (depuis 1805)
Planète bleue
Marseille (depuis 1884)
3 : Les variations du niveau
de la mer
Ces enregistrements marégraphiques peuvent être
critiqués :
Pour Marseille, si l’on ne regarde
la courbe que depuis les années
1960, la tendance générale serait
celle d’une baisse du niveau
marin
Ces enregistrements ne permettent pas de dire, sans aucun doute, si ce
n’est pas la côte qui s’enfonce (le marégraphe est fixé au quai du port)
La tendance des marégraphes est très hétérogène à travers le monde
Les longues séries de relevés marégraphiques sont concentrées dans
les ports des pays industrialisés de l’hémisphère Nord, d’où une
hétérogénéité de la répartition spatiale des résultats
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
b : Observation par les radars
embarqués sur les satellites
Topex/Poseïdon est un satellite franco-américain lancé par
Ariane en 1992 dont l’objectif est d’améliorer la
connaissance du rôle de l’océan sur l’environnement
terrestre et le climat
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Jusqu’en 1998, la tendance est à la montée du niveau
marin, de l’ordre de 2 mm.an-1
Depuis 1998, la tendance serait plutôt à une baisse
du niveau marin
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
En fait, il semble qu’il y ait une corrélation entre le
niveau marin et la température des eaux océaniques
de surface
En effet, l’eau change de volume selon la température :
elle se dilate avec la chaleur et se contracte avec le
froid (effet stérique)
3 : Les variations du niveau
Planète bleue
de la mer
Exemple :
Depuis un siècle, les marégraphes indiquent que le niveau moyen
est monté d’environ 15 cm
Dans le même temps, la température moyenne de la Terre a
augmenté de 0,6 °C
Le coefficient de dilatation thermique de l’eau est de 2,6.10-4 °C-1
La tranche d’eau des océans est divisée par la thermocline, qui
sépare les eaux profondes (froides) des eaux superficielles (en
équilibre thermique avec l’atmosphère)
La thermocline se situe en moyenne à 1000 m de profondeur
Quelle est la dilatation thermique de l’océan global au
cours du dernier siècle ?
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Solution :
4
Dilatation  (10 ).(2, 6.10 ).(0, 6)
Dilatation  15, 6cm
5
L’ordre de grandeur de la dilatation thermique
correspond à peu près à la dilatation observée
Pour l’instant, la fonte des glaciers semble n’avoir qu’un
rôle négligeable (ou du moins largement minoritaire)
Il reste un problème car les marégraphes sont dans les
ports côtiers où les eaux sont souvent plus chaudes
(faible profondeur) ; on surestime ainsi l’élévation
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
4 : Le problème de la fonte
des glaces
On distingue 2 types de glaces :
La banquise
Planète bleue
Les glaces
continentales
(calottes polaires +
glaciers de
montagne)
3 : Les variations du niveau
de la mer
a : La banquise
Elle représente environ 15 m d’épaisseur
Elle est constituée d’eau océanique congelée qui flotte
sur l’océan
Elle déplace un volume d’eau dont le poids est
équivalent au poids de la glace (poussée d’Archimède)
Lorsque la glace océanique fond, l’eau de fonte
occupe exactement le volume d’eau déplacé par la
glace
Si toute la banquise fond, il n’y aura pas de
modification du niveau marin
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
b : Les glaces continentales
Le volume total actuel des glaces continentales est
d’environ 32.106 km3
Antarctique :
29.106 km3
Groenland :
2,5.106 km3
Glaciers de
montagne :
0,2.106 km3
La surface océanique couvre environ 70% de la surface
de la Terre, soit environ 360.106 km2
Exemple : Quelle serait l’élévation du niveau de la mer
si toute la glace continentale fondait ?
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Solution :
Elevation 
Vglace
Socéan
32.106
Elevation 
360.106
Elevation  0, 089km  89m
C’est ce qui semble
s’être passé au Crétacé
(-140 à –65 Ma) où la mer
a dépassé de près de
100 m son niveau actuel
Exemple : Quelle serait l’élévation du niveau de la mer
si les glaciers de montagne et la calotte du Groenland
fondaient ?
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Solution :
0, 2.106  2,5.106
Elevation 
360.106
Elevation  0, 0075km  7,5m
C’est ce qui a dû arriver
au cours du dernier
interglaciaire (-120 ka)
où le niveau de la mer
s’élevait d’une dizaine
de mètres au dessus de
l’actuel
Il semble donc que la contribution de l’Antarctique soit
négligeable dans les variations récentes du niveau marin
On sait qu’actuellement, avec le réchauffement et donc
l’augmentation de l’évaporation dans l’océan Pacifique,
l’Antarctique reçoit de plus en plus de neige en hiver
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
Le bilan de masse de l’Antarctique est donc
globalement positif
Bilan de masse des calottes
Bilan de masse des glaciers de montagne
3 : Les variations du niveau
Planète bleue
de la mer
Quel est le bilan de masse des glaciers de montagne ?
La référence est l’année 1995
Bilan > 0 : accumulation
Bilan < 0 : perte
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer
On constate une opposition entre les glaciers de
Scandinavie et les glaciers des Alpes
Cela est lié à l’influence de la NAO (North Atlantic
Oscillation)
3 : Les variations du niveau
Planète bleue
de la mer
Chutes de neige en
Scandinavie
Climat plus sec dans
les Alpes
Peu de chutes de
neige en Scandinavie
Climat plus humide et
conservation de la
neige dans les Alpes
Planète bleue
3 : Les variations du niveau
de la mer