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Sujet de thèse 2007 proposé par Anny Cazenave (LEGOS/OMP)
Réchauffement climatique et hausse du niveau de la mer
Parmi les risques majeurs causés par le réchauffement climatique actuel, la hausse du niveau de la mer
figure parmi les plus préoccupants. Depuis le début des années 1990, les satellites altimétriques
Topex/Poseidon et aujourd'hui Jason-1 indiquent une hausse de 3.3 mm/an en moyenne. Cette hausse est
néanmoins non uniforme, certaines régions étant affectées par une vitesse d'élévation atteignant 10 fois la
vitesse moyenne. D'importants progrès ont été réalisés ces dernières années (notamment au LEGOS) sur la
compréhension des causes de l'élévation actuelle du niveau de la mer grâce à de nouvelles observations
tant in situ que spatiales : l’expansion thermique due au réchauffement des océans observé depuis 50 ans et
l’apport d’eau douce à l’océan associé à la fonte des glaces De grandes incertitudes demeurent néanmoins
en raison de la couverture très inhomogème des réseaux hydrographiques in situ (informant sur le
réchauffement de l'océan), sur le comportement des calottes polaires (de très récentes observations
suggèrent qu'elles sont le sièges d'importantes instabilités dynamiques); Enfin une cause potentiellement
importante à la hausse du niveau de la mer n'a jusqu'ici pas encore été prise en compte : les échanges
d’eau avec les réservoirs continentaux.
L’objectif de cette thèse est triple :
- Dans un premier volet, il s'agira de quantifier l’effet des variations des stocks d’eau sur les continents et de
la fonte des glaces –glaciers et calottes polaires- liés à la variabilité naturelle du climat et aux effets
anthropiques, en utilisant diverses observations spatiales (altimétrie et gravimétrie spatiale GRACE) ainsi
que des sorties de modèles hydrologiques globaux (développées pour l’étude du climat). Les données de la
mission de gravimétrie spatiale GRACE seront privilégiées pour quantifier les variations des stocks d'eau sur
les continents et leur effet sur le niveau de la mer mais les données d’altimétrie spatiale sur les eaux de
surface (dont les réservoirs terrestres artificiels, souvent associés à des barrages sur les fleuves)
permettront d’estimer la contribution -quasiment inconnue- liée aux activités humaines. Ces résultats seront
confrontées aux estimations issues des modèles de climat dans le cadre d’une validation mutuelle. Les
observations GRACE seront aussi utilisées pour mesurer le bilan de masse du Groenland et de
l'Antarctique, et détecter une possible accélération de la perte de masse de glace dans les régions côtières
des calottes par instabilité dynamique. Une méthodologie nouvelle basée sur les 'mascons' sera développée
pour améliorer la résolution des données GRACE.
- Le second volet consistera à combiner l'altimétrie spatiale et la gravimétrie spatiale GRACE sur les océans
pour déterminer la contribution de l'expansion thermique (et de la salinité) à la hausse du niveau de la mer.
En effet, l'altimétrie mesure le niveau de la mer 'total' alors que la gravimétrie spatiale sur le domaine
océanique mesure la composante 'masse de l'océan' seulement. La combinaison des deux types de
mesures permet d'isoler la contribution stérique (effets de la température et de la salinité de l'océan). Il s'agit
d'une méthodologie totalement nouvelle, récemment testée dans l'équipe d'accueil de cette thèse, qui
permet de pallier le manque de couverture 3-D des données hydrographiques in situ. Outre l'intérêt pour le
niveau de la mer, cette méthode permettra de valider les données du projet international ARGO de collecte
de mesures in situ de température et de salinité de l'océan.
- le troisième volet consistera à confronter les résultats obtenus ci-dessus (contributions de l'expansion
thermique, de la salinité, des apports d'eau douce provenant de la fonte des glaces et des flux de rivières,
etc.) aux prédictions du modèle d'océan MERCATOR développé pour l'océanographie opérationnelle. Il est
proposé d'analyser les sorties du modèle d'océan MERCATOR (modèle global ¼°, forçages à haute
résolution, version améliorée de la bathymétrie, des courants et fronts, et de la physique océanique) pour
les 15 dernières années. Dans un premier temps, il s'agira de tester et valider les produits MERCATOR dans
le contexte de l'étude du niveau de la mer (évolution moyenne et variabilité régionale, signal thermique, etc.).
Dans un second temps, l'objectif sera de mettre au point de nouveaux indicateurs climatiques relatifs au
niveau de la mer (contenu thermique de l'océan, flux d'eau douce, niveau moyen, distribution régionale, etc.)
pour le « monitoring » de l’Océan Global par MERCATOR. Cette implémentation pourrait se faire en mode
opérationnel et/ou en mode analyse du système de prévisions MERCATOR, dans le cadre d'une
collaboration entre le LEGOS et le GIP MERCATOR s’inscrivant sur du long terme.