Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 eustatiques Variations du volume des glaces Effet stérique 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

2 : Etude des variations des paléorivages Les paléorivages peuvent se présenter sous différentes formes : Anciens traits de côtes marqués par l’érosion marine : paléofalaises… Anciens dépôts littoraux fossilisés : plages fossiles, dépôts de tempêtes (galets + coquilles)… Anciens récifs de coraux et paléoterrasses coralliennes pour les mers tropicales… 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 : Le glacio-eustatisme La tectonique 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

a : Tectonique Les mouvements cumulés sur les failles au cours du temps (après chaque tremblement de terre) augmentent les reliefs continentaux Soulèvement Subsidence Soulèvement Subsidence Faille d’effondrement Faille de chevauchement Donc les côtes peuvent, selon le contexte, s’enfoncer ou se soulever 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

La quantité résultante est due à l’eustatisme 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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue h mesurée du paléorivage Continent Niveau actuel de la mer 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 eglace Mvglace Croûte continentale ecroûte ecroûte Mvcroûte Déflexion 0 Manteau Mvmanteau > à 1000 km 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Calotte Croûte continentale Manteau eglace ecroûte Mvglace Mvcroûte Mvmanteau Déflexion 0 > à 1000 km 1 2 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) 2 1 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 : 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

0 diminue au cours du temps, on parle alors de  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 de la mer Planète bleue

Le rebond isostatique se poursuit bien après que la glace ait fondu 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 : 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 Planète bleue

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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer -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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Dans 10000 ans, quelle sera la déflexion  restante ? 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 ? 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer 1 2 3 Selon le même principe que pour la tectonique, on annule l’effet de la variation d’altitude due au rebond isostatique : 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue 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 glacio-eustatisme peut être négligé Elle est ajustée avec des paléorivages nord-américains 3 : Les variations du niveau de la mer 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 3 : Les variations du niveau de la mer 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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

Cela rappelle les 4 périodes glaciaires déjà évoquées 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 3 : Les variations du niveau de la mer 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 3 : Les variations du niveau de la mer 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 de la mer Planète bleue

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 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 Planète bleue

a : Etude de tendance des mesures marégraphiques En France, on dispose de 2 longues séries temporelles de relevés marégraphiques : Brest (depuis 1805) Marseille (depuis 1884) 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

Depuis 1998, la tendance serait plutôt à une baisse du niveau marin 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 3 : Les variations du niveau de la mer 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 de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue 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 ? 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Solution : 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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

4 : Le problème de la fonte des glaces On distingue 2 types de glaces : La banquise Les glaces continentales (calottes polaires + glaciers de montagne) 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

b : Les glaces continentales Le volume total actuel des glaces continentales est d’environ 32.106 km3 Glaciers de montagne : 0,2.106 km3 Antarctique : 29.106 km3 Groenland : 2,5.106 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 ? 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Solution : 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 ? 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

3 : Les variations du niveau de la mer Solution : 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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

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 de la mer Planète bleue

Quel est le bilan de masse des glaciers de montagne ? La référence est l’année 1995 Bilan > 0 : accumulation Bilan < 0 : perte 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue

Cela est lié à l’influence de la NAO (North Atlantic Oscillation) 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 de la mer Planète bleue

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 3 : Les variations du niveau de la mer Planète bleue