L’élévation du niveau de la mer : une énigme ?

Résumé

La mer monte parce qu’elle se dilate sous l’effet du réchauffement (effet stérique) et parce que sa masse augmente en raison des apports d’eau douce due à la fonte des glaces. Or quand on fait la somme de ces 2 contributions (stérique et masse), on ne retrouve pas le niveau d’élévation « observé » : c’est ce que l’océanographe américain Walter Munk [1] a appelé l’énigme de la mer. William Peltier [2] parle pour sa part d’un « casse tête » (puzzle). Selon le GIEC « depuis le début des années 1970, la somme de la perte de masse des glaciers et de l’expansion thermique des océans due au réchauffement expliquent environ 75 % de l’élévation du niveau moyen des mers« [3] Les scientifiques tentent de résoudre l’énigme en reconstituant l’élévation du niveau de la mer à l’aide des données fournies par les bouées ARGO (pour l’effet stérique) et par les satellites GRACE (pour l’effet masse) ; Il y a d’importantes divergences entre les auteurs dues (notamment) à la prise au compte de valeurs différentes pour le rebond post glaciaire. Les mesures satellitaires qui ont commencé en 1993  mesurent un taux d’élévation du niveau de la mer de 3,3 mm/an. Mais les radars altimétriques sont-ils assez précis pour détecter au millimètre près un signal qui présente des variations spatiales et temporelles aussi importantes ? L’océanographe américain Carl Wunsch [3b] ne le pense pas : il estime à 1,6 mm l’élévation du niveau de la mer pour la période 1993-2000, soit 60% de l’estimation satellitaire (dont environ 70% du à de l’ajout d’eau douce). Selon lui des erreurs systématiques entachent les estimations compte tenu de la brièveté des observations spatiales et de l’approximations des modèles. Les scientifiques sont en tout cas tous d’accord pour penser que les observations satellitaires sont de durée trop courtes pour déterminer une tendance à long terme compte tenu de la variabilité temporelle dont les cycles sont de 60 ans.

Sur ce sujet on pourra lire le très intéressant article de Futura écrit par l’océanographe Bruno Voituriez.

1. Mesurer la hausse du niveau de la mer :un challenge

Les marées, les vents, la température et la salinité de l’eau, les variations topographiques, la pression atmosphérique provoquent des variations du niveau des mers de l’ordre de quelques centimètres à plusieurs mètres selon les régions et sur des échelles de temps allant de quelques heures (marées, pression atmosphérique), à plusieurs années.

Les marées ont une amplitude moyenne d’un mètre ; mais dans quelques zones du plateau continental leur amplitude peut dépasser 10 mètres. D’autre part, les marées évoluent selon des cycles dont la  périodicité est de 18,75 années.

Les variations topographiques : si la terre était entièrement couverte d’un océan homogène et au repos, sans courants ni marées, le niveau moyen de l’océan coïnciderait avec une surface bosselée appelée le géoïde. La surface réelle de l’océan présente des creux et des bosses et s’écarte du géoïde d’environ +-1m du fait des courants marins.

Température et salinité : à l’échelle saisonnière le niveau moyen de la mer varie en fonction des quantités de chaleur et de sel emmagasinées dans l’océan de la surface au fond.  Aux latitudes tempérées, on observe une hausse du niveau moyen en été, suivie d’une baisse en hiver. Les variations de salinité produisent l’effet inverse : l’augmentation (la baisse) de salinité entraîne la contraction de la colonne d’eau (dilatation). Ces variations dites stériques écartent la surface de la mer du géoide d’environ +-10 cm.  

La pression atmosphérique : une augmentation de 1 milibar fait baisser le niveau de la mer de 1 cm : c’est l’effet de baromètre inversé.

Les vents : le frottement du vent entraîne les eaux superficielles vers l’ouest : la topographie de la surface de l’océan le long de l’équateur révèle une pente ascendante d’est en ouest, avec des niveaux moyens supérieurs à l’ouest des bassins d’environ 10 cm pour l’océan atlantique et de 50 cm pour le pacifique.

2.Comment se mesure l’élévation du niveau de la mer ?

Jusqu’aux mesures satellitaires on ne disposait que des marégraphes pour décrire et comprendre les variations passées du niveau des océans. Il y a aujourd’hui 1000 stations, dont 112 ont commencé leurs relevés avant 1900. Mais les marégraphes présentent 2 inconvénients : – lls ne mesurent qu’un niveau de la mer relatif incluant les mouvements verticaux du socle sur lequel il repose. – leur répartition n’est pas homogène : ils sont situés en majorité dans les régions tempérées de l’hémisphère nord. Malgré leurs imperfections, les marégraphes sont les seuls équipements susceptibles de fournir des indications portant sur des périodes de longue durée significatives d’évolutions climatiques. [4] Le développement des techniques spatiales fait d’autre part apparaître un besoin accru de données marégraphiques servant à la validation in situ des données satellitaires. Aussi de plus en plus d’observatoires marégraphiques sont dotés de systèmes de positionnement géodésique faisant appel aux techniques spatiales permettant de corriger les mesures en fonction des mouvements verticaux de la terre. Depuis 1992 [5]on dispose de radars embarqués sur des satellites TOPEX/Poseidon -Jason Utilisés à partir de 1992 les satellites TOPEX/Poseidon et ses successeurs (Jason-1 de 2001 à 2013), Jason-2 (depuis 2008 et toujours en opération), Jason 3 (dont le lancement initialement prévu en juillet 2015 a été retardé pour des raisons techniques) ont révolutionné lʼocéanographie en permettant lʼaccès à lʼocéan du large, difficile à observer par les mesures in situ des marégraphes, avec une couverture spatiale dense et une répétition des traces au sol régulière. Envisat Lancé l’ESA, le satellite ENVISAT (ENVIronment SATellite) a effectué de 2002 à 2012 un suivi de l’état environnemental de la planète (dont les océans) avec une couverture lui permettant d’observer l’océan arctique, ce qui n’est pas le cas de TP et Jason compte tenu de leur inclinaison sur le plan de leur trajectoire.

3. La hausse du niveau des mers a commencé au milieu du 19ème siècle

Au maximum de la dernière glaciation (-20 000 à -18 000 ans), le niveau des océans était de 130 à 140 mètres au dessous du niveau actuel. La stabilisation du niveau des mers est récente : elle ne date que d’environ 6000 ans, à la fin de l’époque glaciaire. Au cours des 2 derniers millénaires le niveau moyen a peu varié (hausse inférieure à 0,5 millimètre par an).

Accélération de la hausse dès 1850

Vers le milieu du 19ème siècle, la mer a commencé à monter de façon abrupte (Bruce C. Douglas and W. Richard Peltier)[6] Dans une publication d’avril 2008[7], des scientifiques ont reconstruit le niveau moyen de la mer depuis 1700 à l’aide de données de marégraphes et montré que l’accélération de l’élévation du niveau de la mer a  commencé à la fin du 18ème siècle. 01-sea-level-1700-2000

+1,8 mm au 20ème siècle

Le niveau de la mer se serait élevé de 6 cm pendant la 19ème siècle et de 19 cm pendant le 20ème siècle Le  GIEC indique une élévation de 1.7 ± 0.4 mm par an  pour la  période 1948 -2002, sur la base des données de 177 stations (rapport AR5 2013).

Brusque accélération à partir de 1993 ?

Le début de la mission satellitaire Topex/Posseidon coïnciderait avec une « brusque » accélération de l’élévation du niveau de la mer à partir de 1993.

Les données Topex/Poseidon Jason

Selon le « Sea Level Research Group[8] » de l’ Université du Colorado (CU), qui exploite les données des satellites Topex/Poseidon/Jason la pente de la courbe d’élévation de niveau de la mer serait de 3,3 mm par an de 1993 à 2014. 02-University-colorado-see-leven-trend_global

Source : University Of Colorado [9]
Données Envisat[10].

Sont moins souvent citées (sans doute parce qu’elles montrent un taux d’élévation plus modéré  : 1,3 mm/an pour la période 2004-2010 (2,49 mm/an pour Jason). De fait quand les données Envisat sont intégrées, fait apparaître une pente plus faible (2,76 mm/an). Sur la courbe multi-missions ci-dessous les données Envisat apparaissent en jaune. 03-aviso-multi-missions

Source Aviso[11]
Il y a consensus de la communauté scientifique (proche du GIEC) sur +3 mm/an

Avec quelques modulations correspondant à la légère décrue du contenu thermique de l’océan mondial entre 2003 et 2008 [12],  les scientifiques proches du GIEC valident cette tendance.

A l’exception notable de Carl Wunsch :

En décembre 2007[13], Carl Wunsch estimait la hausse à 1,6 mm an pour la période 1993-2000, soit environ 60% de l’estimation altimétrique pure, dont environ 70% du à de l’ajout d’eau douce. Il note par ailleurs que les variations régionales étant plus importantes que les valeurs moyennes il s’en suit que le système est intrinsèquement « bruité »[14]. Son avis est que des erreurs systématiques sont susceptibles d’entacher la plupart des estimations compte tenu de la brièveté des observations spatiales et des approximations des modèles. Enfin, se prononçant sur les mesures satellitaires, Carl Wunsch écrit : « il est possible que la base de données soit insuffisante pour déterminer une tendance avec la précision nécessaire pour discuter d’un impact du réchauffement global, aussi décevant que cela puisse être« . « [15]

4. Une élévation marquée par d’importantes variations spatiales et temporelles

Les données satellitaires montrent une grande variabilité spatiale et temporelle. La mer ne monte pas de façon uniforme : dans certaines régions (Pacifique Ouest), l’élévation est trois fois plus rapide que la moyenne, dans d’autres régions (Pacifique Est) la hausse est plus faible que la moyenne, voire négative. D’autre part la hausse n’est pas linéaire mais sujette à des variations décadales et multidécadales.

Signature visible des évènements Enso (El Nino Southern Osillation)

Dans un article de juin 2009 [16]des scientifiques du Legos (dont Annie Cazenave) et du CLS (filiale du CNES, de l’IFREMER) montrent que les fluctuations sont des réponses à des perturbations naturelles du système climatique et notamment les évènements El Nino/El Nina. Le diagramme ci-dessous montre (ans une fenêtre mobile de 3 et 5 ans) que le niveau de la mer montre 2 maxima en 1997 et 2002 reflétant l’influence des événements ENSO. 05-cazenave-see-leve-ENSO Pour autant, dans ses publications Annie Cazenave ne remet pas en cause la pente des 3mm/an. Sur le graphe ci-dessous, l’université de Colorado (qui exploite les données Jason) montre que la courbe de l’index ENSO se superpose avec celle du niveau de la mer. 06-University-colorado-see-leven-Enso

University of Colorado ‘Sea level resarch group) [17]

Des cycles de 60 ans

Selon Chambers and al [18]les données des marégraphes montrent une forte oscillation multi-décadale avec une périodicité détectée de 60 ans. « Nous constatons qu’il ya une oscillation significative avec une période d’environ 60 ans dans la majorité des marégraphes examinés au cours du 20e siècle, et qu’il apparaît dans chaque bassin océanique ».

Accélération entre 1920-30, décélération en 1960

Travaillant sur les données marégraphiques d’Europe et d’Amérique du Nord Woodworth[19] met en évidence une accélération dans la période 1920-1930 et une décélération dans les années 1960. 07-woodworth-sea-level-5

Figure 5. Regional time series of sea level from the ‘virtual station’method of J06. A linear trend has been removed from each record. Each time series has an arbitrary offset.

5. La précision millimétriques des mesures satellitaires est-elle crédible ?

(Plus de détails sur cette question dans l’article « les radars altimétriques permettent t-ils de mesurer l’élévation du niveau de la mer au mm  près ? » )

Les spécifications des radars : une précision s’exprimant en cm

La précision des satellites s’exprime en centimètres. Ci-dessous les spécifications techniques de Jason 2 [20] qui fixent une précision de 3,4 cm  « pour répondre aux exigences de la mission ». 06-specif-satellite La marge d’incertitude globale (3,4 cm) est la résultante des erreurs instrumentales et d’autres « biais » externes (état de le mer, humidité de la troposphère, présence d’électrons dans la ionosphère, pluie, vents, pression atmosphérique, marées). Les biais environnementaux sont corrigés à l’aide de modèles dont certains sont reconnus « frustres » par les opérateurs eux-mêmes ; ainsi par exemple, selon le CNES la précision du modèle de correction d’état de la mer (hauteur des vagues) demeure limitée : pour une hauteur de vagues de 2 mètres, le biais est d’environ 10 cm, et l’erreur reconnue dans la correction de ce bais est « approximativement » de 1à 2 cm)[21]. A ces erreurs s’ajoutent celles du positionnement du satellite sur son orbite, des variations topographiques de la surface de l’océan (géoïde) et du rebond post glaciaire (0,3 mm). Dans le diagramme ci-dessous [22]le CNES montre que d’importants progrès dans le contrôle de l’orbite ont été réalisés depuis les premières missions satellitaires. 11-cnes-precision-radars-precision_en_01

Légende originale : La précision de la mesure depuis les premières missions altimétriques est améliorée d’un facteur 4 depuis 1992 (Crédits Cnes).

La précision millimétrique des satellites est-elle réelle ? Avec une marge d’erreur des mesures de 3,4 cm, comment peut-on évaluer une augmentation du niveau de la mer au millimètre près ? (Plus de détails sur cette question dans l’article « les radars altimétriques permettent t-ils de mesurer l’élévation du niveau de la mer au mm  près ? » )

Des marégraphes pour valider les mesures satellitaires

Les mesures satellitaires sont calibrées à l’aide des marégraphes. Le CNES et la NASA font des vérifications « in situ » le long de la trajectoire du satellite (en CORSE pour le CNES, sur une plate-forme pétrolière « off shore » pour la NASA à Harvest au large des côtes de Californie). Selon la NASA[23]  » toute incohérence inattendue entre le satellite et les mesures à terre sont attribuées à une erreur dans les mesures satellitaires. Autrement dit, on utilise un système « bruité » pour corriger des données qui ne le sont pas moins.

Des biais entre les missions Topex/Poseidon- Jason 1 – Jason 2

La courbe d’élévation du niveau de la mer de l’ère satellitaire est données pour la période 1993-2014, donc intègre les mesures des missions successives (Topex/Poseidon et ses successeurs Jason 1et 2), y compris les données recueillies pendant les périodes de recouvrement des missions. Or d’importants biais inter missions ont été détectés : R.S. NEREM (University of Colorado) et ses collègues [24]font  état de bais très importants entre les 3 missions T/P, Jason 1 et Jason 2. Une différence de niveau moyen de la mer entre les missions TOPEX et Jason 1 de 99.6 ± 1.3 mm de 75.3 ± 0.6 mm entre Jason-1 and Jason- 2, et ce bien que l’altimètre de Jason 2 soit l’exacte réplique de celle de Jason 1. Les auteurs indiquent n’avoir trouvé aucune correction expliquant ce bais de 75 mm et soulignent le fait que 2 altimètres identiques pouvaient présenter un biais supérieur à 7 cm démontraient l’intérêt des missions de calibration/validation en tandem  pour déterminer précisément la cause de ces biais. 12-see-level-before-calibration

Les données Envisat ne sont pas cohérentes avec les données Jason

Un document CNES/ESA intitulé « Cross calibration Envisat-Jason[25] » montre pour la période 2004-2010 une pente des données ENVISAT de 1,3 mm/an  (contre 2,49 mm/an pour Jason). 13-MSL-Envisat

Que montrent les données brutes ?

La comparaison des données brutes avec les données calibrées donne la mesure des corrections effectuées avec toutes les incertitudes s’y rattachant. En mai 1997, RS NEREM (University of Colorado) rapportait une élévation moyenne de 0,5 mm/an pour Les 3,5 premières années de la mission T/P.[26]  (données brutes); après calibration (à l’aide des données de marégraphes) la hausse est réévaluée à +2,8 mm/an ! En juin 1997, le même auteur après correction d’une erreur récemment découverte dans les mesures, estime l’élévation moyenne de 0,2 mm/an (données brutes).[27] ; des comparaisons avec des mesures de marégraphes suggérant une dérive résiduelle des mesures satellites de −2.3±1.2 mm/an, (l’origine de cette dérive étant reconnue par l’auteur inconnue), le conduit à une évaluation après calibration de +2.1±1.3 mm, « en cohérence statistiques avec les données des marégraphes sur une période de 50 ans« . Nils-Axel Mörner océanographe suédois (climato sceptique) prétend qu’après neutralisation des effets El Niño de 1997/1998, la pente d’augmentation du niveau de la mer apparaît plate[28] ; il produit la courbe suivante : 19-morner-sea-level

Changement du niveau de la mer ( en mm) tels qu’enregistrés par TOPEX/POSEIDON entre Octobre 1992 et Avril 2000: données brutes avant filtrage ou moyenne glissante.

La courbe de Nils-Axel Mörner est la réplique d’une courbe archivée sur le site de John Daly (autre climato sceptique) qui présente les données brutes TOPEX/Poseidon apparemment initialement établie par le CNES[29]) pour les cycles 011 au 276, soit d’octobre 1992  à avril 2000) 15-topex-poseidon-cycle-10-to280

Global MSL variation acc. to TOPEX/Poseidon satellites ( CNES onlin)  MSL data for TOPEX-Poseidon cycle 276 (1993-2000)

Variations décennale du niveau de la mer relevées par 5 marégraphes « bien établis » Un document de l’UNESCO de 1985 [30]montre les courbes d’évolution décennale (1970-1980) du niveau de la mer relevées dans cinq marégraphes « bien établis » : on n’y perçoit aucune évolution significative. Les courbes de 5 marégraphes sur 10 ans ne prouvent évidemment rien ; mais ce document montre que l’état d’esprit des scientifiques à l’époque n’était pas polarisé sur la recherche de signaux anthropiques. 14-cinq-maregraphes

6. L’énigme du niveau de la mer

L’élévation du niveau de la mer est la résultante des 3 processus suivants : – la dilatation de l’océan dues aux modifications de densité causées par des variations de la température (effet stérique) ; – la modification de la masse de l’océan résultant d’échanges d’eaux avec les autres réservoirs (atmosphère, glaciers de montagne, calottes polaires) ; –  les autres échanges avec les stocks d’eau continentale (barrages, pompage des eaux souterraines). Or, quand on fait la somme de ces 3 contributions, le compte n’y est pas : on ne retrouve pas l’élévation « observée » du niveau de la mer. En 2002 l’océanograhe Munk déduisait de l’évolution de la vitesse de rotation de la Terre (induisant une augmentation de la longueur de la journée ) une limite à l’ampleur de la contribution de la fonte des glaces. La somme des 2 contributions (dilatation thermique de l’océan et fonte des glaces) serait ainsi trop faible pour expliquer la l’élévation observée du niveau de la mer. Il a appelé cette incohérence l’énigme de niveau de la mer. Bruce C. Douglas de l’Université de Floride et Richard Peltier (Université de Toronto, spécialiste mondial du rebond isostatique post glaciaire) parlent de « casse tête » « the puzzle of sea level rise[31] » : l’expansion thermique des océans contribue pour 0,6 mm:an ; la fonte des glaciers explique près de 0,3 mm/an. Conjuguées, ces 2 contributions s’avèrent inférieures à 1mm/an, laissant un écart de même ampleur restant à expliquer. En 2004, deux scientifiques américains, Laury Miller de la NOAA et Bruce C. Douglas observaient dans un article publié dans la revue Nature, que la dilatation thermique et la fonte des glaces ne permettaient pas d’expliquer l’élévation moyenne globale de 2 mm/an environ, car les vitesses d’augmentation de volume et les quantités de glaces fondues ne pouvaient se traduire que par une hausse, d’au mieux, 0,5 mm/an. Plus récemment, Church et al 2011, Hanna et al 2013, le Legos etc., sur la période 1993-2012 l’expansion thermique (effet stérique) explique 30%, la modification de masse due à l’apport d’eau douce 55%, et 15% restent inexpliqués. (données rapportées par A. Cazenave). 17-cazenave-see-level-contributions-2012-b

Résoudre l’énigme du niveau de la mer

Niveau de la mer = effet stérique + effet masse : les scientifiques appellent cette « équation » le budget du niveau de la mer. Ils s’emploient à « boucler ce budget » en déterminant séparément les 2 contributions climatiques : l’effet stérique (dilatation sous l’effet du réchauffement) et l’effet masse (ajout d’eau douce sous l’effet de la fonte des glaces) en vue de reconstituer données « observées » (par les satellites et/ou les marégraphes). On dispose « théoriquement » des moyens techniques de mesurer les différentes contributions « climatiques » à l’élévation du niveau de la mer : L’effet stérique est mesurable avec plus de précision depuis le déploiement des balises ARGO (2007) Le système satellitaire GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)[32] mis en service en 2002 permet de mesurer l’effet masse. GRACE cartographie les variations du champ de gravité terrestre et permet d’estimer l’impact des eaux continentales sur le niveau de la mer et également de réaliser un bilan de masse des calottes et donc (en principe) l’influence de la fonte des glaces sur l’évolution du niveau moyen des océans.

Un budget variable selon les auteurs

Les graphes ci-dessous (rapportées par Annie Cazenave) montrent les divergences entre les différents auteurs quant à la part des 2 principales contributions climatiques (sans que pour autant que le budget soit équilibré). 23-contributions-auteurs Le rapprochement des données « corrigées » de Jason-1 et Jason-2 de l’ effet stérique (exploitation des données Argo), et des variations de masse de l’océan déduit des observations de la mission GRACE, lui permet de « fermer » le « budget » pour la période considérée à un niveau d’élévation du niveau de la mer très inférieur à celui du « consensus » (1,6 mm). 21b-noaa-see-level-20- budget Eric Leuliette de la NOAA [33] « boucle » le budget de l’élévation du niveau de la mer pour la période Janvier 2005 à Décembre 2011. Se ravisant (?), le même auteur trouve pour la période Janvier 2005 à Décembre 2013[34] des résultats plus proches de l’orthodoxie . 21-noaa-see-level-20- budget En l’espace de 2 ans, la contribution stérique passe de 0,2 à 0,8 mm ; la contribution masse de 1 à 2 mm, et la pente du niveau de la mer à 3 mm. Dans une étude de 2014[35], le Legos doutant de la réalité du refroidissement de l’océan depuis 2003 déduit des mesures ARGO (qui pourrait être du à des problèmes instrumentaux sur les bouées ARGO), tente de reconstituer l’effet stérique par différence entre les mesures directes Jason 1 et les données de gravimétrie spatiale GRACE sur l’océan (qui donne directement accès à la composante ‘variation de masse de l’océan). Le résultat indiquerait une tendance positive de l’expansion thermique pour les années récentes, avec une pente à peu près identique à celle de la période 1993-2003. Les auteurs ont procédé à une nouvelle analyse des données GRACE et recalculé la composante ‘masse de l’océan (courbe verte sur la Fig.1). 22-legos-msl-2003

Figure 1 : Evolution récente du niveau de la mer mesurées par altimétrie Topex et Jason-1 -en rouge- (la courbe bleue est une version lissée) le courbe verte est la composante ‘masse de l’océan’ calculée d’après les relevés GRACE après application d’une correction GIA de -1.7 mm/an )

Le LEGOS trouve un accroissement de la composante de masse de l’ordre de +1.5 +/- 0.5 mm/an pour 2003-2007 (tout en reconnaissant une grande incertitude due à la correction de rebond post-glaciaire !). La pente de la série altimétrique est estimée à 2.3 +/- 0.4 mm/an., suggérant une pente résiduelle d’origine stérique de l’ordre de 0.8 mm/an (donc supérieure aux estimations basées sur ARGO). Dans une publication récente[36],  Annie Cazenave se livre au même type de calcul et « équilibre » le budget en tenant compte également de la contribution des eaux continentales (évaluée par GRACE) à une valeur  < 0,2 mm / an). Elle montre que l’augmentation de la masse de l’océan (~ 2 mm / an sur la période 2003-2008) provient pour moitié des calottes et pour  moitié de la fusion des glaciers de montagne. Elle estime ensuite la contribution stérique sur 2003-2008 à  ~ 0,3 mm / an par  différence entre l’altimétrie et le changement de masse de l’océan, valeur cohérente avec les données Argo estimé ( 0,37 mm / an sur 2004-2008)

Le rebond isostatique, clé de l’énigme ?

Ces savants calculs empilent en réalité les incertitudes : l’élévation observée par les satellites est incertaine, la détermination de ses contributions ne l’est pas moins. S’agissant de GRACE, la principale incertitude réside dans la prise en compte du rebond isostatique post glaciaire (Global Isostatic Adjustment). Le rebond postglaciaire correspond au soulèvement des masses terrestres qui a suivi la dernière déglaciation : les roches terrestres comprimées sous le poids de la glace s’élèvent une fois libérées de leur charge de la glace. Le rebond isostatique, à l’oeuvre depuis la dernière déglaciation (20 000 ans) ne peut pas être « observé ». Il est calculé à l’aide de modèles avec un haut niveau d’incertitude. Deux scientifiques du LEGOS et du SHOM écrivent à ce sujet : « la détermination de ces mouvements doit se faire avec une précision dʼune fraction du signal recherché, qui est de lʼordre de quelques millimètres par an. A ce niveau de précision, les modèles de GIA présentent des limites qui sont associées aux incertitudes dans la connaissance des paramètres du modèle de Terre, par exemple le profil de viscosité dans le manteau ou bien lʼépaisseur de la lithosphère, mais aussi dans lʼhistoire de déglaciation. Par ailleurs, la question reste posée pour les nombreux autres processus à lʼorigine de mouvements verticaux du sol pour lesquels il nʼexiste pas de modèles de qualité suffisante[37]« . Les études varient de façon significative dans leurs estimations en fonction du choix du modèle choisi pour le GIA :

Des écarts importants selon le choix du modèle choisi pour le GIA.

Dans une publication déjà citée  [38] Eric Leuliette (NOAA) recense les corrections appliquées par différents auteurs : – Willis et al. (2008), Leuliette and Miller (2009) ont appliqué une correction de presque +1 mm/year correction sur la base du modèle développé par Paulson et al. (2007), – Cazenave et al. (2009) ont appliqué une correction of +2 mm/an sur la base d modèle Peltier (2004). – Récemment, Chambers et al. (2010) ont suggéré que le modèle Paulson et al. (2007) model était le plus approprié pour corriger les calculs de masse de l’océan issus de GRACE.

Les données brutes GRACE ne montrent pas d’augmentation de la masse de l’océan selon

Pour obtenir un changement de masse de l’océan leur permettant d’équilibrer le budget, Annie Cazenave et ses collègues du LEGOS ont appliqué aux données brutesde la masse de l’océan une correction GIA correction linéaire assez importante résultant des modèles GIA disponibles (selon les auteurs). Le graphique ci-dessous montre l’écart entre données brutes et données corrigées (sur la période 2003-2010). grace-masse-23-oceanique

Ocean mass change from GRACE over 2003–2008. The open circled curve is theraw time series. The black triangles curve corresponds to the GIA corrected time series.

En 2009 PELTIER spécialiste mondial du GIA note dans un article publié par Quaternary science review [39]que L’influence persistante de l’âge glaciaire du Quaternaire sur le niveau de la mer reste profonde et que la « fermeture » du budget nécessiterait un modèle précis de son impact. Peltier indique que les données brutes de masse ne marquent pas d’accroissement de masse, mais plutôt une diminution. [40] Selon lui, dans la mesure où les taux de perte de masse par les glaciers polaires et le gain de masse est fortement « contaminé » par le GIA, le succès dépendra aussi de la disponibilité d’un modèle GIA qui aura démontré sa précision. Dans Nature Geoscience (publication de 2010) [41] une équipe de chercheurs auraient trouvé qu’une mauvaise estimation de l’ajustement glaciaire isostatique a conduit à une surestimation (d’un facteur 2) de la fonte des glaces pendant la période 2002-2008. La partie Ouest de l’Alaska (Le Yukon), les parties périphériques du Groenland et la partie Ouest de l’Antarctique subissent des pertes de glace. Au contraire selon ces auteurs, la partie centrale du Groenland et le Kiss (en Antarctique) gagnent de la glace.

Conclusions

L’accélération de la montée du niveau de la mer a commencé au milieu du 19ème siècle, évoquant un rétablissement de sortie du petit âge glaciaire comme le pense AKASOFU. La montée moyenne des eaux recouvre une distribution géographique très complexe et hétérogène, où des zones de montée côtoient d’autres où le niveau des mers est descendu. Les mesures satellitaires comportent de nombreux biais (instrumentaux et environnementaux dont la correction est faite à l’aide de modèles : d’après le CNES la précision des mesures de Jason 2 est de 3,4 cm ; le taux annuel d’élévation du niveau de la mer est donnée en millimètre (+- 3mm/an) : comment arrive-t-on à exprimer en millimètres l’évolution d’un signal mesuré avec une précision de 2,4 cm ? Les mesures satellitaires sont validées à l’aide de marégraphes, l’un en Corse, l’autre en Californie. Selon la NASA[42]  » toute incohérence inattendue entre le satellite et les mesures à terre sont attribuées à une erreur dans les mesures satellitaires ». En tout état de cause, les premières observations des satellites sont récentes (1992) et de durée trop courte pour déterminer une tendance à long terme compte tenu de la variabilité temporelle (El Nino, cycle de 60 ans). Anny Cazenave et Benoît Meyssignac reconnaissent que « les tendances du niveau moyen des mers observées par altimétrie satellitaire reflètent des tendances temporaires. Sur des échelles de temps plus longues, ces tendances pourraient être différentes de ce qui a été observé au cours de la période d’observation altimétrique. »  [43] Il faut de très longues séries chronologiques (au moins 50 ans) avant de pouvoir déterminer la tendance du niveau de la mer dans une région donnée. L’obsession de rechercher les forçages anthropiques masqués dans les tendances à long terme de la variabilité naturelle conduit les scientifiques à vérifier le niveau d’élévation du niveau de la mer observé par ses 2 principales composantes (dilatation thermique et fonte des glaces). Ces contributions climatiques sont évaluées par des procédés techniques (Argo pour l’effet stérique, GRACE pour l’effet masse) ayant leurs propres marges d’incertitudes et dont l’historique des mesures est court (les balises ARGO ne sont déployées que depuis 2007, la mission GRACE a commencé en 2002). L’effet du rebond géostatique post glaciaire GIA (1 à 2 mm selon les modèles) ajoute un niveau d’incertitude égal au signal recherché. Aucun auteur ne parvient à équilibrer de façon convaincante le « budget » climatique ; il semble y avoir consensus sur une contribution majoritaire de la fonte des glaciers (par rapport à la contribution thermique). Le désaccord entre les auteurs traduit l’ignorance des causes exactes de la hausse du niveau de la mer, et de la part éventuelle à attribuer à l’effet de serre.

Bibliographie

GIEC Rapport AR5 (2013) Résumé pour décideurs Groupe 1 (page 9) The Puzzle of global sea level rise : Bruce C. Douglas and W. Richard Peltier Physicstoday-mars 2002 Jevrejeva,J. C. Moore,A. Grinsted,P. L. Woodworth : « Recent global sea level acceleration started over 200 years ago? » Geophysical research letter Wunsch :  « American Meteorogical society » : Decadal Trends in Sea Level Patterns: 1993–2004 Ablain, A. Cazenave, G. Valladeau, and S. Guinehut : A new assessment of the error budget of global mean sea level rate estimated by satellite altimetry over 1993–2008 Woodworth : Evidence for sea level acceleration 2008 Marine Geodesy 2010 : Estimating Mean Sea Level Change from theTOPEX and Jason Altimeter Missions – Marine Geodesy 2010 Survey in Geophysics Characterization of Global Mean Sea Level variations observed by topex/Poseidon using empirical orthogonal fonctions  (mai 1997) – Geophysical research letter : Improved determination of global mean sea level variations using TOPEX/POSEIDON altimeter data (juin 1997) Nils-Axel Mörner : Estimating future sea level changes from past records  in Global and planetary change (mai 2003) Commission Océanographique Intergouvernementale – UNESCO – 1985 Bruce C; Douglas and Richard W. Peltier THE PUZZLE OF GLOBAL SEA-LEVEL RISEPhysics today mars 2002 NOAA : The Budget of Recent Global Sea Level Rise 2005–2013 Legos : Evolution récente du niveau moyen de la mer depuis 2003 Cazenave et col : Sea level budget over 2003–2008: A reevaluation from GRACE space gravimetry, satellite altimetry and Argo » La montée du niveau des océans par marégraphe et géodésie spatiale : contributions françaises à une problématique mondiale (par Guy Wöppelmann (Université de la Rochelle), Laurent Testut LEGOS) et Ronan Créach (SHOM) Eric Leuliette (NOAA) Juin 2012 : The Budget of Recent Global Sea Level Rise 2005–2012 Peltier : Closure of the budget of global sea level rise over the GRACE era: the importance and magnitudes of the required corrections for global glacial isostatic adjustment  – Quaternary Science Reviews Xiaoping Wu et col : Simultaneous estimation of global present-day water transport and glacial isostatic adjustment (Nature Geoscience – 2010) Bilan du niveau des mers sur la période d’observations altimétriques (1993-2010)

Index

[1] Professeur émérite de géophysique et chercheur à la Scripps Institution of Oceanography (Californie) – est un centre de recherche maritime Californie, il s’agit de l’un des plus anciens et des plus importants centres de recherche de son type au monde. Munk a reçu crafoord en 2010

[2] physicien professeur à l’Université de Toronto ; W.R. Peltier est un des spécialistes mondiaux du rebond post glacaire
[3] GIEC Rapport AR5 (2013) Résumé pour décideurs Groupe 1 (page 9)
[3b] Carl Wunsch, océanographe, Professeur émérite au MIT
[4] La communauté internationale se structure dans ce domaine autour du programme mondial GLOSS de la COI/Unesco initié en 1985  En France, lʼinfrastructure SONEL vise à acquérir, traiter, archiver et distribuer des données du niveau marin observées par marégraphes .
SONEL est actuellement alimenté en observations marégraphiques par deux partenaires responsables de réseaux français, le SHOM et le LEGOS, et en mesures GPS par plusieurs dizaines de partenaires responsables de réseaux structurés au sein du service international IGS, en particulier à travers le projet TIGA.
[5] avant 1992 : Seasat lancé en 1978 (sa mission a durée 108 jours), Géostat (1986 à 1990), ERS1 et ERS 2
[6] THE PUZZLE OF GLOBAL SEA-LEVEL RISE Bruce C. Douglas and W. Richard Peltier Physicstoday-mars 2002 (http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/55/3/10.1063/1.1472392)
[7] S. Jevrejeva,J. C. Moore,A. Grinsted,P. L. Woodworth : « Recent global sea level acceleration started over 200 years ago? » Geophysical research letter (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2008GL033611/abstract)
[8] Outre le l’université du Colorado, 3 institutions traitent les données satellitaires : AVISO (Archiving, Validation, and Interpretation of Satellite Oceanographic Data), organisme  français, issu du CNES, le CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) of Australia, la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).
[9] http://sealevel.colorado.edu/
[10] Envisat satellite de l’ESA qui a opéré de 2002 à 2012 – Envisat permet une couverture d’une large portion de l’océan arctique, ce que n’est pas le cas de Topex/Poseidon et Jason
[11] http://www.aviso.oceanobs.com/fileadmin/images/news/indic/msl/MSL_Serie_ALL_Global_IB_RWT_NoGIA_Adjust.gif
[12] Roger Pielke – Physics 2008
[13]Carl Wunsch :  « American Meteorogical society » : Decadal Trends in Sea Level Patterns: 1993–2004 (décembre (2007)
[14] http://ocean.mit.edu/~cwunsch/papersonline/Wunschetal_jclimate_2007_published.pdf (regional variations are much larger than the expected global-mean values, thus much easier to determine, and so the system is inherently noisy)
[15] Wunsch et al (2007) Journal of climate : « it remains possible that the database is insufficient to compute mean sea level trends with the accuracy necessary to discuss the impact of global warming-as disappointing as this conclusion may be
[16] M. Ablain, A. Cazenave, G. Valladeau, and S. Guinehut  : A new assessment of the error budget of global mean sea level rate estimated by satellite altimetry over 1993–2008 (http://www.ocean-sci.net/5/193/2009/os-5-193-2009.pdf
[17] http://sealevel.colorado.edu/content/2015rel2-gmsl-and-multivariate-enso-index
[18] http://sealevel.colorado.edu/content/there-60-year-oscillation-global-mean-sea-level
[19] Woodworth : Evidence for sea level acceleration 2008 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/joc.1771/epdf
[20] Jason product handbooks CNES – mai 2015http://www.aviso.altimetry.fr/fileadmin/documents/data/tools/hdbk_j2.pd
[21]« OSTM- jason 2 product handbook mai 2015 http://www.aviso.altimetry.fr/fileadmin/documents/data/tools/hdbk_j2.pdf
[22] http://www.aviso.oceanobs.com/fr/missions/missions-passees/index.html
[23] Jet Propulsion Laboratory de la NASA ( http://sealevel.jpl.nasa.gov/technology/)
[24] Estimating Mean Sea Level Change from theTOPEX and Jason Altimeter Missions – Marine Geodesy 2010 (http://www.science.earthjay.com/instruction/CR_eureka/2014_spring/FNR_66/activities/activity_08/nerem_etal_2010_SLR_topex_jason.pdf)
[25] http://www.aviso.altimetry.fr/fileadmin/documents/OSTST/2010/oral/19_Tuesday/Tuesday_afternoon/faugere.pdf
[26] Survey in Geophysics Characterization of Global Mean Sea Level variations observed by topex/Poseidon using empirical orthogonal fonctions  (mai 1997) – (http://link.springer.com/article/10.1023%2FA%3A1006596211926#page-2)
[27] Geophysical research letter : Improved determination of global mean sea level variations using TOPEX/POSEIDON altimeter data (juin 1997) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/97GL01288/full
[28] [28] Nils-Axel Mörner : Estimating future sea level changes from past records  in Global and planetary change (mai 2003)
[29] http://www.john-daly.com/ges/msl-rept.htm
[30] Commission Océanographique Intergouvernementale – UNESCO – 1985
[31] Bruce C; Douglas and Richard W. Peltier THE PUZZLE OF GLOBAL SEA-LEVEL RISEPhysics today mars 2002
[32] [32] http://www.legos.obs-mip.fr/produits/grand-public/les-principaux-produits/grace
[33] (http://www.star.nesdis.noaa.gov/sod/lsa/SeaLevelRise/documents/NOAA_NESDIS_Sea_Level_Rise_Budget_Report_2012.pdf)
[34] http://www.star.nesdis.noaa.gov/sod/lsa/SeaLevelRise/documents/NOAA_NESDIS_Sea_Level_Rise_Budget_Report_2014.pdf
[35] [35] Evolution récente du niveau moyen de la mer depuis 2003 (http://www.legos.obs-mip.fr/recherches/equipes/gohs/resultats/niveau-de-la-mer/causes-echelle-globale/evolution-recente-du-niveau-moyen-de-la-mer-depuis-2003)
[36] Sea level budget over 2003–2008: A reevaluation from GRACE space gravimetry, satellite altimetry and Argo » http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818108001343
[37] LA MONTÉE DU NIVEAU DES OCÉANS PAR MARÉGRAPHIE ET GÉODÉSIE SPATIALE : CONTRIBUTIONS FRANÇAISES Á UNE PROBLÉMATIQUE MONDIALE (par Guy Wöppelmann (Université de la Rochelle), Laurent Testut LEGOS) et Ronan Créach (SHOM)
(http://www.shom.fr/fileadmin/SHOM/PDF/02-Produits/Annales_hydrographiques/Annales/AH777/14-niveau-des-oceans__14-1_.pdf)
[38] The Budget of Recent Global Sea Level Rise 2005–2012 (Eric Leuliette Juin 2012) http://www.star.nesdis.noaa.gov/sod/lsa/SeaLevelRise/documents/NOAA_NESDIS_Sea_Level_Rise_Budget_Report_2014.pdf
[39] Peltier Closure of the budget of global sea level rise over the GRACE era: the importance and magnitudes of the required corrections for global glacial isostatic adjustment  – Quaternary Science Reviews http://www.atmosp.physics.utoronto.ca/~peltier/pubs_recent/Peltier,%20W.R.Closure%20of%20the%20budget%20of%20global%20sea%20level%20rise%20over%20the%20GRACE%20era,%20Quat.%20Sci.%20Rev.,%20do.10.1016j.quascirev.2009.04.004,2009.pdf
[40] Insofar as the raw data is concerned, when the integral is performed over the entire area of the global ocean, not only is there no increase of mass inferred to be occurring but the amount of mass contained within these basins is actually inferred to be decreasing!
[41] Simultaneous estimation of global present-day water transport and glacial isostatic adjustment
http://www.nature.com/ngeo/journal/v3/n9/full/ngeo938.html
[42] Jet Propulsion Laboratory de la NASA ( http://sealevel.jpl.nasa.gov/technology/)
[43] Bilan du niveau des mers sur la période d’observations altimétriques (1993-2010) http://www.aviso.altimetry.fr/fr/donnees/produits/produits-indicateurs-oceaniques/niveau-moyen-des-mers/questions-scientifiques.html
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2 commentaires pour L’élévation du niveau de la mer : une énigme ?

  1. simple-touriste dit :

    « commencé au milieu, »
    de quoi?

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