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Changement climatique - élévation du niveau de la mer
Cette page fait partie de l'ouvrage intitulé "Impacts à long terme du changement climatique sur le littoral métropolitain" édité sous le numéro 55 d'octobre 2011 dans la collection "Etudes et ducuments" du Commissariat Général au Développement Durable du ministère en charge du Développement durable. Le sommaire et la présentation de l'ouvrage sont disponibles sur WIKHYDRO.
Ce que l’on constate actuellement
Observations
Entre 1870 et 2004, le niveau marin moyen s’est élevé de 1.7 mm/an (+/-0.3 mm/an). Cette tendance n’est pas linéaire (Figure 6.1) : au contraire, des accélérations sont observées, en particulier entre 1993 et 2005 où le niveau de la mer moyen s’est élevé de 3,3 mm/an [6]. Entre 2005 et 2008, l’élévation du niveau marin moyen s’est considérablement ralentie.
Cette tendance n’est pas linéaire (Figure 9) : au contraire, des accélérations sont observées, en particulier entre 1993 et 2005 où le niveau de la mer moyen s’est élevé de 3,3 mm/an [6]. Entre 2005 et 2008, l’élévation du niveau marin moyen s’est considérablement ralentie.
Figure 9 : Reconstructions du niveau moyen de la mer ; Figure extraite de Cazenave et al. (2008) [7]. En rouge : données de Church and White (2006) (8) ; en bleu : données de Jevrejeva et al. (2006) (9); en vert, données de Holgate et al. (2006) (10)
Comment l’élévation du niveau marin est-elle mesurée ?
L’élévation relative du niveau de la mer est mesurée depuis la fin du 19e siècle par des marégraphes (par exemple depuis 1845 à Brest). Depuis 1993, des données d’altimétrie satellitaire sont utilisées. Tandis que les satellites mesurent une élévation par rapport à un ellipsoïde de référence, les marégraphes mesurent un niveau marin relativement au socle sur lequel ils sont positionnés.
Étant rattachés à la terre, ils peuvent être soumis à des mouvements verticaux d’une ampleur comparable à celle du signal de l’élévation du niveau marin. Ces mouvements peuvent être liés à des phénomènes locaux tels que des pompages d’eau ou d’hydrocarbures ou bien à des phénomènes de plus grande emprise, par exemple d’origine tectonique. Ces phénomènes sont difficiles à prendre en compte lors des réanalyses car souvent peu connus. Ainsi, on peut noter qu’en prenant en compte ces phénomènes, Woppelmann et al. trouvent une élévation du niveau marin moyen de 1,3 mm/an en moyenne au 20e siècle. Cette estimation permettrait de résoudre l’énigme posée par la différence entre l’élévation expliquée et l’élévation observée (voir paragraphe 3), mais le GIEC, dans son rapport de 2003, a retenu les estimations de +1.7 mm/an entre 1870 et 2004.
Causes de l’élévation séculaire du niveau marin moyen
L’élévation du niveau marin moyen observée s’explique par :
1. une dilatation thermique des océans liée à leur réchauffement
2. des échanges de masses entre les différents lieux de stockage d’eau : glaciers, calottes du Groenland et de l’Antarctique, eaux continentales ; On peut noter que la fonte de la banquise ne participe pas directement à l’élévation du niveau marin moyen.
| Cause de l’élévation séculaire du niveau marin moyen | 1961-2003 | 1993-2003 |
| Expansion thermique | 25 % | 30 % |
| Fonte des glaciers et des couvertures glacées | 45 % | 28 % |
| Fonte de la calotte du Groenland | 5 % | 8 % |
| Fonte de la calotte arctique | 13 % | 8 % |
| Total expliqué | 1.1mm/an | 2.8mm/an |
| Total observé | 1.8 mm/an | 3.1mm/an |
La contribution la plus significative est celle liée à la fonte des glaciers de montagne, suivie de près par l’expansion thermique des océans.
Entre 2008 et 2003, en dépit du ralentissement de l’élévation du niveau marin moyen observée, la composante « fonte des calottes polaires » aurait augmenté de 80 %. [11], [7]
Variabilité régionale de l’élévation séculaire du niveau marin
L’élévation séculaire du niveau marin n’est pas uniforme : les mesures réalisées entre 1996 et 2006 par satellite mettent en évidence une variabilité spatiale et temporelle. Ainsi, dans certaines zones du pacifique ouest, la hausse du niveau marin a été 5 fois supérieure à la moyenne globale au cours de 1993/2007, alors que dans le pacifique est, le niveau a baissé.
La variabilité régionale est liée principalement aux variations de température et, plus localement, de salinité de l’océan (12). Ces variations de température de la surface de l’océan sont elles même corrélées à des oscillations climatiques régionales (El Niño/La Niña, Oscillation Atlantique Nord, etc.), qui sont des anomalies persistantes à grande échelle des champs de pression.
L’élévation du niveau marin à l’échelle des temps géologiques
À des échelles de temps de l’ordre de plusieurs millions d’années, la position des continents a une forte influence sur le climat. Ainsi, au cours du Tertiaire, la coïncidence d’un continent en position polaire a permis la constitution de la calotte glaciaire antarctique, induisant une réduction du niveau marin global. A des échelles de temps de l’ordre de dizaine de milliers d’années, ce sont les cycles glaciaires-interglaciaires et donc les cycles de Milankovitch, liés à l’excentricité de l’orbite terrestre, obliquité et précession de l’axe de rotation, qui gouvernent indirectement la hauteur des océans. Le quaternaire compte ainsi 17 cycles glaciaires-interglaciaires au cours desquels des calottes glaciaires se forment sur les continents (période de régression marine) puis fondent (période de transgression) [13]. Lors du dernier maximum glaciaire il y a 18 000 ans le niveau de la mer était 120 m plus bas que le niveau actuel.
Figure 10 : Carte de la distribution géographique des vitesses de variation du niveau de la mer (1993-2007) d’après Topex/Poseidon et Jason-1. Source LEGOS/GOHS
Quelles sont les conséquences de l’élévation du niveau marin actuelle ?
Très peu d’études présentent des sites dans lesquels l’élévation du niveau marin d’origine climatique constatée actuellement est la cause principale de recul du trait de côte ou d’aggravation des aléas d’érosion ou de submersion (voir fiches associées). Sur quelques sites [14], l’érosion ou la submersion constatée au cours du 20e siècle a été, au moins partiellement, attribuée à l’élévation séculaire du niveau marin relatif, c’est-à-dire l’élévation résultant à la fois de la composante climatique du niveau marin et de sa
composante géologique (subsidences ou surrections de diverses échelles spatiales). Ce n’est pas un cas général. Au contraire, dans l’exemple classique du golfe du Mexique [15], l’accélération de l’érosion des iles Dernières peut être reliée statistiquement à une réduction des stocks sableux disponibles, mais pas de manière claire à l’élévation du niveau marin ou la variabilité des régimes de tempêtes et de cyclones.
Ce qui pourrait se passer
Introduction
L’élévation du niveau marin se poursuivra très probablement au cours du 21e siècle et après. En revanche, la question de savoir quelle sera l’amplitude de cette élévation, est une question scientifique qui n’est pas tranchée.
Même si les températures se stabilisaient aujourd’hui, le niveau marin moyen continuerait d’augmenter en raison de la très forte inertie des phénomènes en jeu. Ainsi, la dilatation thermique des océans se poursuivra très probablement, mais c’est surtout le devenir des calottes polaires Antarctique et du Groenland qui cause les incertitudes les plus grandes. En effet, les masses d’eau qui y sont stockées sous forme de glace représentent l’équivalent respectivement de 70 m et 7 m d’élévation du niveau marin. Si la fonte totale de l’Antarctique n’est pas envisagée, sa partie la plus vulnérable au changement climatique est celle qui se situe dans le prolongement de la péninsule Antarctique (appelée Bassin Antarctique occidental), qui représente l’équivalent de 5 m d’élévation du niveau marin. En réalité, la communauté scientifique ne publie pas aujourd’hui de travaux scientifiques qui laisseraient penser que ces calottes pourraient fondre totalement.
En revanche, elle s’interroge sur la question des pertes aux marges des calottes continentales qui pourront ou non être compensées par davantage de précipitations sur la calotte.
Ce que prédisent les modèles climatiques
Pour estimer l’élévation du niveau marin, la modélisation du climat cherche à représenter les processus physiques de fonte des calottes polaires et d’accumulation de glace, quitte à paramétrer certains phénomènes. Ces modélisations indiquent que le changement climatique s’accompagnerait de davantage de précipitations sur l’Antarctique [16]. On peut d’ailleurs noter qu’entre 1993 et 2003, la calotte Antarctique a moins fondu qu’entre 1961 et 2003, ce qui est une manifestation de la forte variabilité décennale de ces phénomènes de fonte (Voir
tableau 6.1). Ces modélisations conduisent le GIEC (2007) à prédire une élévation modérée du niveau de la mer en 2100, allant de 18 à 59cm selon les scénarios [17] (voir figure 15). Il
faut cependant noter le traitement très approximatif de la fonte des calottes dans ces modèles, dont aucun ne prenait en compte une accélération des processus de fonte liée à la dynamique des calottes.
Ces approches de modélisation du climat permettent de régionaliser l’élévation du niveau marin moyen liée aux effets thermiques. On peut noter que pour ce qui concerne les côtes
françaises, l’écart par rapport à la moyenne n’excèderait pas 10 cm en Atlantique [17]. Il pourrait ne pas y avoir de hausse du niveau marin par dilatation thermique sur les côtes françaises méditerranéennes [18], compte tenu des effets renforcés d’évaporation. Ce résultat repose sur une seule modélisation et appelle donc d’autres études mais il est révélateur de la situation particulière de la Méditerranée.
Ce que prédisent les modèles semi-empiriques
La communauté des glaciologues observateurs constate une accélération des pertes de masses d’eau des calottes Antarctique et du Groenland sur les 15 dernières années [11] ; [18]. Pour eux, des processus dits « abrupts » (c’est-à-dire plus rapides que ceux qui les ont enclenchés) sont en jeu. Il peut s’agir par exemple de glissements accéléré des glaciers sur leurs moraines, de la fonte accélérée de calottes reposant sur un socle continental mais en contact avec l’océan qui se réchauffe ou bien de l’accélération de l’écoulement de glaciers continentaux suite à la débâcle d’une banquise en aval. Ces processus abrupts ne sont paramétrés dans les résultats du GIEC que par une estimation moyenne sur la dernière décennie du siècle dernier, ce qui n’est pas satisfaisant.
D’autres approches de modélisation ont vu le jour : il s’agit de représenter au moyen de quelques équations simples la réponse du niveau marin à un changement de température et de l’ajuster à des observations, par exemple aux reconstitutions du niveau marin de 1900 à aujourd’hui. En utilisant ces approches, des élévations du niveau marin de 1 m [19] et 1,2 m [20] sont trouvées en 2100.
Hansen [22] note que ces modèles semi-empiriques sont calibrés sur des périodes où les variations du niveau marin sont essentiellement dues à la dilatation thermique des océans alors que ce qui est craint pour le 21e siècle est une élévation du niveau marin lié à une fonte des calottes polaires. Il estime donc ces valeurs sous-estimées et envisage 5m d’élévation du niveau marin moyen pour 2100.
Figure 11 : Projections pour le niveau moyen de la mer pour le 21e siècle et les contributions de chacun des phénomènes modélisés en m, pour 6 scénarios climatiques. Il s’agit d’une estimation de l’élévation attendue en moyenne entre les moyennes des périodes 1980 à 1999 d’une part, 2090 à 2099 d’autre part. Les barres grisées représentent les incertitudes (5 % et 95 %) liées à la modélisation climatique. Source : Meehl et al. 2007 [17].
Résumé
Plusieurs estimations coexistent actuellement pour l’élévation du niveau marin. Les estimations basses vont de 0.18 à 0.59 m pour 2100 [17]. D’autres proposent une élévation du niveau marin moyen de l’ordre du mètre [19], [20] ou au-delà [22]. Dans tous les cas, il convient de noter que l’on passe d’un mode dans lequel le niveau marin moyen a peu évolué depuis 5000 ans à un mode dans lequel le niveau marin variera de manière plus ou moins accélérée pendant plusieurs siècles. Cette remarque conduit à recommander de prendre en compte le fait que l’élévation du niveau marin se poursuivra très probablement après 2100.
Bibliographie
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[2] GIEC, 4ème rapport du GIEC – Bilan 2007 des changements climatiques – rapport de synthèse – résumé à l’intention des décideurs (version française non officielle), 2007.
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http://climat.meteofrance.com/chgt_climat/rechauffement/rechauffement.
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http://pubs.usgs.gov/of/2007/1161/OFR-2007-1161-screen.pdf
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