Niveau de la mer

Il est difficile de réaliser une mesure directe du niveau moyen de la mer. L'altimétrie satellitale permet néanmoins de rapporter l'altitude de la mer à un référentiel terrestre (géoïde ou système géodésique). On peut aussi mesurer la variation du niveau moyen en fonction du temps. Cette variation sert d'indication notamment sur le réchauffement climatique. Toutefois, il n'est pas possible d'effectuer une mesure directe des variations du niveau moyen. En effet, de nombreuses perturbations affectent les mesures avec notamment dans l'ordre d'importance, la marée, les effets de la pression atmosphérique, la houle…

Ces perturbations sont dites hautes fréquences, car leur signature est rapide dans le temps : quelques secondes pour les vagues et quelques heures ou jours pour les marées.

Afin d'obtenir une estimation de la variation du niveau moyen dans le temps, il est nécessaire de soustraire ces perturbations. Les variations du niveau moyen sont très lentes, donc basse fréquence. Ainsi, il suffit d'appliquer sur les séries temporelles de mesures (enregistrées avec un marégraphe) une fonction mathématique dite filtre passe-bas. Cette fonction a pour caractéristique de ne conserver que les basses fréquences d'un signal. Ainsi, les perturbations sont éliminées du signal. Il est nécessaire toutefois pour appliquer ce filtre de posséder un enregistrement de grande qualité et de longue durée (1 an minimum)[2].

Il est également nécessaire de comparer et intégrer les mesures faites localement dans un système de référence mondial commun[3].

La recherche s'intéresse aussi à la mesure rétrospective des changements passés du niveau marin. Les études se fondent pour cela sur divers indices géologiques et paléoenvironnementaux (fossiles, dont foraminifères[4], analyses isotopiques, évaluation des températures et de la salinité en subsurface[5], etc.).

Les divers niveaux de référence utilisés en Europe

La localisation précise de ce point est liée à la définition d'un référentiel géodésique, un ensemble de points dont les coordonnées sont connues. Plusieurs systèmes de ce type coexistent ; en France, l'Institut national de l'information géographique et forestière utilise entre autres un réseau géodésique couvrant le territoire du pays, dont l'origine d'altitude est déterminée par un marégraphe situé à Marseille : définir le niveau de la mer à un autre endroit, visible depuis la terre ferme, peut ensuite se faire par nivellement.

En haute mer, une définition moderne fait appel à un géoïde de référence, une surface couvrant le globe de telle façon que la gravité terrestre lui soit toujours perpendiculaire en tout point. En l'absence de forces extérieures, le niveau de la mer coïnciderait avec ce géoïde, puisqu'il s'agirait d'une surface équipotentielle du champ de gravité terrestre. En réalité, les différences de pression, de température, de salinité et les courants marins font que ce n'est pas le cas, même sur une moyenne à long terme : à l'échelle du globe, le niveau de la mer n'est donc pas constant et les variations atteignent ±2 m par rapport au géoïde de référence. Le niveau de l'océan Pacifique à un bout du canal de Panama est par exemple 20 cm plus élevé que celui de l'océan Atlantique à l'autre bout.

Le géoïde de référence est une surface complexe. Pour simplifier le problème, on a souvent recours à un ellipsoïde de référence (WGS 84), plus facile à modéliser. Le niveau de la mer résultant varie en revanche beaucoup plus, pouvant s'éloigner d'une centaine de mètres par rapport à l'ellipsoïde de référence par le fait d'anomalies gravitationnelles.

Plogoff : plage suspendue entre la pointe de Plogoff et la pointe du Mouton

Le niveau de la mer a varié de façon plus ou moins rapide, au cours des âges.

Le dernier minimum date d'il y a environ 20 000 ans, le niveau de la mer était un peu plus de 100 m plus bas qu'actuellement. Malgré cela, le niveau de la mer semble être de nos jours à l'un des niveaux les plus bas depuis plusieurs centaines de millions d'années.

Ses oscillations sont dues à de multiples facteurs, en particulier les variations absolues du niveau de la mer (dilatation thermique de l'eau de mer[6], eustatisme dû aux glaciations et au regain d'activité des dorsales), les variations absolues du niveau des continents (isostasie, subsidence[7], tectonique des plaques, rejeu de failles)[8].

La formation ou la fonte de glace flottante (banquise, icebergs) n'a pas d'impact sur le niveau de la mer, du fait du principe d'Archimède.

Le niveau plus élevé de la mer, par exemple lors de la transgression flandrienne, explique la formation des plages suspendues, plages fossiles situées au-dessus du niveau actuel de la mer.

Sur les 30 derniers millénaires

La frise suivante résume les variations du niveau de la mer sur les 30 000 dernières années et ses implications sur la géographie (principalement européenne). Depuis les 10 000 dernières années la montée du niveau de la mer atteint en moyenne 65 cm par siècle[9].

D'après la synthèse des connaissances scientifiques réalisée par le GIEC dans le cadre du rapport spécial océans et cryosphère de 2019, le niveau moyen de la mer augmentera d'ici à 2100 (par rapport à sa moyenne sur la période 1986–2005) d'environ 0,43 m (probablement entre 0,29 et 0,59 m) dans un scénario de faible émission de gaz à effet de serre (RCP2.6) et d'environ 0,84 m (probablement entre 0,61 et 1,10 m) dans un scénario de forte émission de gaz à effet de serre (RCP8.5)[12]. Ce rapport souligne qu'il existe des incertitudes structurelles quant à la vitesse de fonte de l'inlandsis de l'Antarctique, sa vitesse de fonte pourrait être sous-estimée dans les intervalles de confiance probables, estimés statistiquement, et pourraient conduire (faible confiance) à une hausse du niveau des mers de 2,3 à 5,4 m « à l'échelle de siècles ou de millénaires » pour le scénario RCP8.5[12].

A long terme, si toute la glace qui se trouve sur le continent Antarctique fondait, le niveau de la mer s'élèverait de 70 mètres. Si la glace du Groenland fondait, cela ajouterait 7 mètres supplémentaires[13].

Une étude pluridisciplinaire des archives géologiques publiée dans la revue Science en juillet 2015 montre que, durant les dernières périodes interglaciaires, des réchauffements de quelques degrés des zones polaires, analogues à ceux observés actuellement, ont conduit à des élévations des niveaux océaniques de plus de 6 mètres[14].