Hausse du niveau de la mer et changement climatique

Aujourd’hui, la moitié de la population mondiale vit à moins de 200 km d’une côte, et une personne sur dix habite à moins de dix mètres au-dessus du niveau marin actuel.

Aussi, la montée des eaux sera, pour les habitants de la planète, une des conséquences les plus impactantes du changement climatique. Mais pourquoi dit-on que ces deux phénomènes sont liés ? Le niveau de la mer n’a-t-il pas toujours fluctué ?

Nous vous proposons un point sur ce sujet cher aux climatosceptiques avec l’aide d’Anny Cazenave, chercheuse CNES au LEGOS (Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales), membre de l’Académie des sciences, et l’un des principaux auteurs du chapitre « Élévation du niveau de la mer » du 5e rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).

Pourquoi le niveau des océans varie-t-il ?

Sur une échelle de temps de quelques décennies, les fluctuations du niveau des océans ont deux causes majeures :

• Les fluctuations de la température des océans.
  En effet, l’eau froide et salée est dense ; elle occupe moins de volume que l’eau chaude. Lorsque la température de l’océan augmente, l’eau de mer se dilate et le niveau de l’océan s’élève. On appelle cela l’expansion thermique.
  
• La fonte des glaces continentales, glaciers et calottes polaires.
  Dans ce cas, ce sont les apports d’eau douce supplémentaires qui font monter le niveau de la mer.

A l’échelle locale, les fluctuations du niveau de la mer par rapport à la côte dépendent également d’une série de processus géophysiques tels que les changements de la circulation océanique et les mouvements verticaux des terres.

Comment mesure-t-on et surveille-t-on le niveau des océans ?

Depuis le 19^ème siècle

La variation du niveau de la mer est mesurée depuis quelques 150 ans par les stations marégraphiques installées le long des côtes continentales ou sur les îles. Certaines stations ont débuté leur activité encore plus tôt, comme celle de Brest dès 1807, qui nous permet ainsi de disposer de plus de 200 ans de données. Les marégraphes sont des installations fixes qui ont été mises au point historiquement pour affiner l’étude des marées, mais qui fournissent aussi des données sur l’évolution du niveau de la mer. Cependant les marégraphes étant attachés au sol, qui lui-même peut s’élever ou s’affaisser, les mesures enregistrent aussi les mouvements du sol. Si celui-ci s’enfonce, on observe une hausse de la mer relativement à la côte.

Depuis le début des années 90

Depuis le début des années 1990, les satellites altimétriques comme Topex/Poseidon et ses successeurs Jason 1, 2, 3, etc. mesurent à l’aide d’un radar embarqué la topographie de l’océan et donc les variations du niveau de la mer. Si les marégraphes nous donnent des informations sur le littoral, les satellites nous permettent d’avoir des données en haute mer avec une couverture complète des océans.

Une fois corrigées pour prendre en compte les mouvements verticaux du sol, les deux séries de données se recoupent parfaitement. La fiabilité de ces mesures fait l’objet de railleries des climato-sceptiques doutant du fait qu’on arrive à obtenir une précision de hausse du niveau de la mer de l’ordre du millimètre par an à partir d’une orbite.

Pourtant, la mesure précise du niveau de la mer depuis l’espace est parfaitement validée soit à l’aide des données marégraphiques, soit en estimant les contributions de l’expansion thermique de l’océan et de la fonte des glaces continentales.

Les scientifiques mesurent le réchauffement des océans (notamment grâce à près de 4000 flotteurs automatiques du système international Argo, qui fournit la température de la mer jusqu’à 2000m de profondeur sur l’ensemble du domaine océanique) et surveillent également, avec d’autres satellites, l’évolution du volume et de la masse des glaces terrestres pour estimer la quantité d’eau de fonte déversée dans les mers.

La somme de ces deux contributions permet de rendre compte de l’essentiel de l’élévation observée sur les trois dernières décennies.

Et pour un passé plus lointain ?

Pour la période antérieure aux relevés instrumentaux, on estime indirectement les rythmes locaux d’évolution du niveau de la mer à partir d’archives sédimentaires, fossiles et archéologiques. Notamment les récifs de coraux, particulièrement riches en enseignements : nécessitant beaucoup de lumière pour se développer, ils vivent principalement entre la surface et une dizaine de mètres de profondeur.

Lorsque la mer monte, le récif colonise la pente littorale ; les coraux plus anciens périssent par manque de lumière. Les 10 à 15 mètres supérieurs de nombreux atolls représentent donc la croissance qui a eu lieu depuis l’Holocène (la période géologique actuelle, qui a débuté il y a environ 12 000 ans, à la fin de la dernière période glaciaire).

Le niveau des océans a-t-il toujours fluctué ?

Si pour la période récente, le niveau des mers s’est stabilisé il y a environ 3 000 ans (jusqu’ à la remontée actuelle), il a toujours fluctué au cours des temps géologiques. Au cours du dernier million d’années, le niveau de la mer a connu des fluctuations importantes, de l’ordre de 100 m, toujours en lien avec les périodes glaciaires et interglaciaires. Mais il s’agissait de phénomènes naturels s’étalant sur des échelles de temps longues, de l’ordre de 100 000 ans, contrairement à l’élévation rapide actuelle de la mer causée par les activités humaines.

Qu’observe-t-on actuellement ?

Depuis un siècle, on constate une accélération de la remontée du niveau marin. Le rythme mondial moyen d’élévation du niveau de la mer a été d’environ 1,7 mm par an au cours du XXe siècle. Ce rythme a presque doublé depuis deux décennies. Selon l’Organisation météorologique mondiale, qui a publié en avril dernier son rapport 2020 sur l’état mondial du climat, il est à présent de 3,3 mm par an depuis 30 ans (mais si on veut être plus précis : il était d’environ 2 mm/an à la fin des années 1990 et il est de l’ordre de 4 mm/an ces dernières années.

Si vous trouvez que ce qui représente l’épaisseur de 3 cartes de crédit ne doit pas beaucoup vous inquiéter, représentez-vous plutôt un volume de 1,18 trillions (c’est-à-dire 1,18 x 10 ¹²) de m3 d’eau par an.

Et alors ? Le rythme a déjà été bien plus important, non ?

Oui, on pense que pendant les passages d’une période entièrement glaciaire à une période interglaciaire, le rythme moyen était de 10 à 15 mm an. Seulement, il ne faut pas perdre de vue que ces phénomènes ponctuels, et d’origine naturelle, sont survenus dans des circonstances particulières, à savoir justement au moment du passage d’une période entièrement glaciaire à des conditions interglaciaires.

Les climatosceptiques arguent souvent que la mer a déjà été plus basse de 120 mètres environ. On estime que lors du dernier âge glaciaire, il a fallu environ 80 000 ans pour que la mer baisse à ce niveau, et 12 000 ans pour qu’elle remonte à son niveau actuel (avant la révolution industrielle). Pour la hausse actuelle, on parle de 1 à 2 m en seulement 100 ans. S’il est vrai qu’en termes de vitesse, les hausses sont du même ordre de grandeur (environ 1 cm par an), les causes en sont radicalement différentes.

Mais certaines années, comme en 2010, le niveau a baissé ?

C’est vrai, le niveau moyen mondial de la mer a légèrement baissé en 2011. Mais il s’agit d’une petite baisse temporaire, très bien comprise : durant les évènements El Nino ou La Nina, le niveau de la mer présente des petites fluctuations qui durent environ 18 mois. Lorsqu’un El Nino apparaît, il pleut moins sur les continents (en particulier sur le bassin amazonien) et plus sur le Pacifique tropical. Résultat : la mer monte.

Lors d’un évènement La Nina, c’est l’inverse (moins de pluie sur le Pacifique tropical, plus de pluie sur les bassins tropicaux des régions continentales). C’est ce qui s’est produit durant La Nina de 2011.  Plus généralement, le niveau de la mer présente des oscillations à haute fréquence dues à divers phénomènes naturels comme celui décrit ci-dessus, mais qui se superposent à la hausse moyenne globale enregistrée depuis quelques décennies.

À Brest par exemple, où, on l’a vu, des observations marégraphiques ont débuté en 1807, la tendance globale est clairement à la hausse. Mais on peut voir que les fluctuations peuvent atteindre ou dépasser ± 5 cm d’une année à l’autre. C’est la raison pour laquelle l’évaluation de la tendance nécessite des durées d’observation longues.

Parce que le comportement du niveau de la mer est un signal important pour le suivi du changement climatique, les sceptiques utilisent souvent cet argument. Mais le niveau de la mer n’a pas une croissance constante. Il est donc possible de sélectionner des données qui suggèrent – faussement – que la tendance générale est plate, voire en baisse …

Mais il y a des endroits où l’eau monte plus vite ou moins vite !

C’est vrai : l’ensemble de la planète n’est pas victime de la même manière de la montée des eaux, essentiellement car la chaleur de l’océan n’est pas redistribuée de manière homogène par la circulation océanique.

Dans certaines régions, le niveau de la mer monte doucement, tandis que dans d’autres, il augmente à un rythme plus élevé. C’est le cas par exemple dans le Pacifique ouest où la mer s’est élevée 2 à 3 fois plus vite qu’en moyenne depuis 30 ans. Les îles Fidji sont malheureusement connues pour être particulièrement victimes de la hausse du niveau marin avec des relocalisations de villages dues au changement climatique depuis le milieu des années 2000. Comme on l’a vu, à l’échelle locale, la montée des eaux peut dépendre également d’autres processus que ceux liés à l’augmentation des températures.

Cette carte issue de l’European Atlas of the Seas montre la variation du niveau de la mer (en millimètres par an), par rapport à la terre, le long des côtes européennes. On constate que le niveau de la mer augmente le long des côtes de l’Atlantique, de la Méditerranée, de la mer du Nord et de la mer Noire, contrairement à ce qui se produit en Scandinavie.

Cependant, si on dézoome, on voit qu’il n’y a pas vraiment beaucoup d’endroits avec des flèches bleues. Il est à noter d’ailleurs que dans ces endroits, c’est le niveau relatif de la mer qui baisse. En Scandinavie en effet, la croûte terrestre s’élève depuis la fin de la déglaciation … et par conséquent le marégraphe voit la mer baisser, mais elle monte tout de même !

Pour quelles raisons la mer monte-t-elle actuellement ?

C’est, sans équivoque, à cause de l’augmentation des températures à l’échelle planétaire

Un large consensus existe parmi la communauté scientifique pour attribuer ce phénomène au réchauffement du climat moyen observé sur la même période. En effet, rappelez-vous, on a donné deux raisons majeures de cette élévation : la fonte des glaces continentales, glaciers et calottes polaires et l’expansion thermique, elle-même due à l’élévation des températures marines.

Or

• dans un précédent article, on a déjà constaté une accélération de la fonte des glaciers.
  On peut également pointer cette nouvelle étude de mai 2021 (la plus complète et la plus précise du genre à ce jour) qui s’appuie sur des observations satellites, et vient de montrer que presque tous les glaciers du monde s’amincissent et perdent de la masse depuis 2000

• selon le rapport 2020 de l’OMM déjà cité, l’Antarctique perd environ 175 à 225 Gt par an, en raison de l’augmentation du débit des principaux glaciers de la partie occidentale de l’Antarctique et de la péninsule antarctique. (Une perte de 200 Gt de glace par an correspond environ au double du débit annuel du Rhin en Europe)
• on a constaté l’augmentation de la température marine. Selon le rapport spécial sur les océans et la cryosphère du GIEC (2019), les experts estiment :

“Il est quasiment certain que l’océan mondial s’est réchauffé sans cesse depuis 1970 et qu’il a absorbé plus de 90 % de l’excédent de chaleur accumulé dans le système climatique (degré de confiance élevé). Le rythme de réchauffement de l’océan a plus que doublé depuis 1993 (probable). Il est très probable que la fréquence des vagues de chaleur marines a doublé depuis 1982 et que leur intensité augmente (degré de confiance très élevé)“.

C’est lié aux activités humaines

Il est bien établi à présent que le réchauffement climatique actuel est dû aux émissions de gaz à effet de serre (principalement CO2) par les activités humaines (industries, transports, besoins domestiques, déforestation, etc.). Cela induit un excès de chaleur stockée à plus de 90% dans l’océan (c’est pour cela que l’océan se réchauffe). Le reste de cette chaleur fait fondre les glaces et réchauffe l’atmosphère.

En outre, il y a une deuxième raison, moindre, qui est liée à la surexploitation des aquifères (nappes souterraines notamment). Pour le dire simplement, on retire du sol une eau qui sera rejetée dans la mer une fois utilisée. Or certains aquifères ne se renouvellent pas, ou pas assez.

Ça ne pourrait pas plutôt être lié à l’activité solaire ?

Lorsque le soleil devient plus chaud ou plus froid, le climat de la Terre le suit, avec un décalage de 10 ans. Il est donc vrai qu’il peut y avoir un lien.

Cependant l’activité solaire est stable depuis les années 50. En outre une étude a montré que la corrélation entre l’activité solaire et les températures mondiales a pris fin vers 1975. À ce moment-là, les températures ont commencé à augmenter alors que l’activité solaire restait stable. 

Ça ne pourrait pas plutôt être lié à l’activité tectonique ou encore volcanique ?

Les grandes éruptions volcaniques causent un refroidissement temporaire de la Terre (et donc de l’océan). Cela peut produire une baisse temporaire de la mer comme on l’a observé à la suite de l’éruption du Pinatubo en 1991. Mais cela n’a pas duré plus de 2-3 ans.

Que projettent les climatologues concernant l’élévation du niveau de la mer pour les années à venir ?

La chaleur accumulée dans l’océan est transportée par les lents courants océaniques de la surface vers le fond et d’une région à une autre. Elle y restera plusieurs siècles ! Petit détail qui a son importance :  la prochaine glaciation n’aura pas lieu avant 50 000 ans !
D’ici là, en raison de l’augmentation des températures, la mer va donc continuer de monter.

Même si on arrête demain les émissions de CO2, le réchauffement continuera plusieurs siècles et la mer continuera de monter… Mais elle montera moins que si on continue d’émettre au même rythme qu’aujourd’hui !

La hausse future de la mer dépend donc énormément de nos émissions futures de gaz à effet de serre ! En revanche il est plus difficile de prédire la contribution de la fonte des calottes polaires à la hausse de la mer au cours des prochaines décennies, en particulier à cause d’un éventuel emballement de la fonte dans la région instable de l’Antarctique de l’ouest (et dans une moindre mesure au Groenland). Cette question fait l’objet d’intenses recherches.

Et les modèles, ça donne quoi ?

Selon de récents travaux de modélisation, la calotte glaciaire antarctique pourrait contribuer jusqu’à 30 cm à la hausse du niveau marin en 2100, voire beaucoup plus (jusqu’ à 1 m) selon certains scénarios. L’étendue de cette fourchette est surtout liée au manque de connaissances sur la fonte par le bas des plateformes glaciaires qui s’étendent sur l’océan. Or, ces terminaisons flottantes, dont la superficie peut atteindre la moitié de celle de la France, retiennent l’écoulement du reste de la calotte.

Quoi qu’il en soit, les observations récentes montrent une accélération  de la contribution de celles du Groenland et de l’ouest de l’Antarctique à la hausse actuelle  du niveau de la mer.

Malgré ces incertitudes, dans son rapport portant sur les océans et la cryosphère, les chercheurs du GIEC estiment que d’ici 2100 (degré de confiance moyen) :

• 15 à 55 % du volume actuel des glaciers devrait disparaître selon le scenario RCP2,6
  • 35 à 85 % selon le scenario RCP8,5

Selon tous les RCP, il est très probable que cette élévation se produira à un rythme plus rapide que celui observé entre 1971 et 2010, en raison du réchauffement accru de l’océan et de l’augmentation de perte de masse des glaciers et des calottes glaciaires.

Dans le cas le plus optimiste (RCP2.6), l’élévation moyenne projetée du niveau de la mer à l’échelle du globe atteint 0,43 m en 2100 par rapport à 1986–2005.

Quels sont les impacts de l’élévation du niveau de la mer ?

Si les rythmes actuels d’élévation du niveau de la mer persistent pendant une longue période, leur ampleur aura de graves conséquences sur les régions côtières de faible altitude et à forte densité de population, où même une légère hausse du niveau de la mer peut produire de vastes inondations dans les terres.

Même si certains objectent que de tout temps, le niveau de la mer a varié sans empêcher la Terre de tourner, il est à noter que la planète est bien plus peuplée actuellement qu’à l’époque où on aurait traversé la Manche à pied. Et, plus important, son littoral est plus peuplé. Mais surtout, le rythme d’élévation est bien plus rapide que ce qu’a connu la Terre dans le passé !!!  De nombreuses villes et de nombreux habitants, des économies entières peuvent donc être impactés par cette montée des eaux.

les conséquences de la hausse du niveau de la mer sont connues !

S’il y a beaucoup d’inconnues sur l’ampleur de la montée des eaux, les conséquences sont malheureusement, elles, relativement prévisibles : recul du trait de côte, disparition de certaines îles, intrusion d’eau salée dans les aquifères d’eau douce proches des côtes, destruction d’écosystèmes côtiers, perte de la biodiversité, tempêtes et cyclones plus dévastateurs, submersions plus fréquentes. Il est projeté que les niveaux marins extrêmes locaux qui se produisaient historiquement une fois par siècle surviendront, au cours du XXIe siècle, au moins une fois par an pour la plupart des régions côtières. Le coût économique et humain sera non négligeable.

L’élévation du niveau de la mer vient parfois amplifier d’autres phénomènes liés au changement climatique (des cyclones de plus en plus violents) ou liés aux activités humaines (comme l’enfoncement du sol lié au pompage des eaux souterraines, à l’extraction de pétrole et de gaz, ou à l’exploitation minière, etc).

Et en France ?

En France en 2018, on évaluait à plus de 250 000 les personnes habitant à moins de 500 m des côtes en érosion. Elles sont environ 200 000 à habiter à moins d’un kilomètre de la mer, dans des zones basses potentiellement submersibles. Si l’estimation des scientifiques se vérifie, certaines zones côtières françaises basses (Flandres, Vendée, Saintonge, Camargue…) seront impactées.

Les zones de delta, les îles, les bandes côtières de faible altitude sont particulièrement exposées au risque de submersion marine et de dommages lors de tempêtes.

Estimer l’élévation du niveau de la mer au niveau régional est un défi pour les chercheurs. Comme on l’a vu, il faut prendre en compte des phénomènes d’enfoncement du sol dus soit à la tectonique soit au pompage de l’eau dans les nappes.

D’autres facteurs, tels que la diminution des apports sédimentaires à la mer par les fleuves, causée par la construction de barrages, l’urbanisation intensive du littoral, la modification des courants côtiers, etc. contribuent aussi à modifier la morphologie de la côte.

Le mot de la fin

• Depuis un siècle, on constate une accélération de la remontée du niveau marin. Le rythme est à présent de 3,3 mm par an en moyenne mais surtout s’accélère.
• Elle est due essentiellement à deux phénomènes :  l’augmentation de la température des océans et la fonte des glaces continentales, glaciers et calottes polaires. Ces deux phénomènes sont sans aucun doute liés aux activités anthropiques.
• Selon les scenarios les plus optimistes, mais les moins probables, le niveau pourrait atteindre 0,43 m supplémentaire d’ici 2100. Mais la plupart des climatologues pense qu’une hausse de 1m par rapport au début des années 2000 n’est pas du tout à exclure.
• Leur ampleur aura de graves conséquences sur les régions côtières de faible altitude et à forte densité de population.

Pour en savoir plus

• Le niveau des océans s’élève-t-il ? (sur le site Le climat en questions)
• Thread de la climatologue Valérie Masson Delmotte, lors de la sortie du SROCC
• Un outil pour visualiser quelles villes seront sous l’eau, en fonction du niveau de réchauffement