Évolution du niveau marin

L'évolution, à plus ou moins long terme, du « niveau moyen » des mers fournit des informations fondamentales sur le rôle climatique des océans et leur circulation générale. Des études très actives pour tenter de détecter les tendances à long terme et de les relier au changement climatique sont menées par la communauté scientifique internationale. Il est généralement admis que le niveau global des océans s'élève d'environ 1mm à 2mm par an, mais les estimations du taux d'augmentation différent sensiblement suivant les auteurs. Cependant, les mesures des satellites Topex Poséidon et des Jasons donnent une élévation moyenne de l'ordre de 2mm/an entre 1993 et 2000. Mais cette élévation n'est pas uniforme sur l'ensemble de l'océan mondial : il existe des différences régionales de ± 20 mm/an.

La réponse à cette question d'élévation de niveau de la mer nécessite le positionnement des marégraphes dans un repère unique, l'ellipsoïde de référence par exemple. Aussi de plus en plus d'observatoires marégraphiques sont dotés de systèmes de positionnement géodésique faisant appel aux techniques spatiales.

En marégraphe, il est convenu d'appeler « niveau moyen » le résultat d'une opération sur les hauteurs mesurées tendant à éliminer la marée astronomie. Cet usage s'est imposé notamment pour la définition des différents niveaux moyens, dont le niveau moyen journalier. En période de la marée (T_M1 ≈ 2T_M2 ≈ 24,84 h), la simple moyenne sur 24 mesure horaires laisse un résidu contenant des composantes de marée très gênantes pour les études statistiques du niveau moyen journalier.

Observations marégraphiques

Pour les besoins de l'étude du climat, les observations marégraphiques de longue durée sont précieuses. L'évaluation de la tendance avec une bonne précision nécessite en effet des durées d'observations de l'ordre du siècle. Par exemple, avec près de 200 années de mesures à Brest, l'observatoire de marée a mis en évidence des fluctuations locales du niveau moyen annuel relativement importantes, pouvant atteindre ou dépasser ± 5 cm d'une année à l'autre. Il est donc difficile d'établir une tendance globale avec uniquement quelques années.

Dans la plupart des cas, les observations révèlent une augmentation moyenne de l'ordre de 1 à 2 mm/an, avec une dispersion autour de ces valeurs du même ordre que celle de Brest. Cependant, il existe des sites, notamment en Scandinavie, où la tendance est inverse.

Les observations marégraphiques disponibles ne constituent pas un bon paramètre de l'évolution globale en raison de la répartition très inhomogène des observatoires, situé en majorité dans les régions tempérées de l'hémisphère nord, et de la variabilité de la tendance d'un site à l'autre est imputable principalement à des mouvements verticaux de la croûte terrestre, que les marégraphes ne peuvent évidemment pas détecter (mesure du niveau relatif). Cependant, la mesure de ces mouvements tectoniques est actuellement possible grâce aux techniques spatiales qui permettent de situer les divers niveaux (marins ou terrestres) par rapport à un repère absolu.

Observations altimétriques

Les données acquise par de nombreux satellites, équipés de radars altimétriques donnant une précision quasi-centimétrique (particulièrement Topex-Poseidon depuis octobre 1992, puis Jason depuis 2003 et Jason 2 depuis 2008), indiquent une augmentation du niveau des océans du même ordre de grandeur que celles déjà annoncées ci-dessus. Cependant, à cause des fluctuations interannuelles, il est encore une fois nécessaire collecter de nombreuses années de données altimétriques afin de diminuer les incertitude des estimations.

Les données satellitales déjà acquises montrent une grande variabilité spatiale des tendances sur des durées de l'ordre de la décennie. Néanmoins, la fiabilité des radars altimétriques embarqué sur satellites a été démontrée et la qualité des données recueillies s'améliore au fil des années. Les systèmes opérationnels, tels que GPS et Doris permettent de rattacher les niveaux de référence des marégraphes dans l'ITRS.

Les projets liés au niveau marin

Le projet international Global Sea Level Observing System (GLOSS) tend à pallier les défauts du réseau traditionnel d'observation marégraphique en promouvant la mise en place d'un réseau de qualité à la fois global et régional. Près de 300 stations marégraphiques sont réparties dans le monde pour le suivi des évolutions du climat et du niveau marin avec une précision suposée centimétrique. Les observations sont référencées dans un système géodosique global et disponibles via Internet auprès de l'université d'Hawaï Sea Level Center, ou le Permanent Service for Mean Sea Level (PSMSL), ou le World Ocean Circulation Experiment (WOCE).

Le projet SONEL vise à produire les séries de niveaux moyens et les solutions GPS nécessaires aux études sur l'évolution du niveau de la mer. Ce projet s'appuie sur la mise à disposition sur REFMAR des données actuelles et passées de hauteurs d'eau. Différents organismes portent ce projet, ce qui facilitera la diffusion des informations aujourd'hui lacunaires concernant les niveaux moyens journaliers, mensuels et annuels et les données GPS co-localisées associées.

ENSO est un acronyme composé des mots El Niño et Southern Oscillation (oscillation australe en français). C'est le phénomène climatique et océanographique reliant le phénomène El Niño et l'oscillation australe de la pression atmosphérique. El Niño (repectivement La Niña) est un phénomène climatique ayant pour origine une anomalie thermique des eaux équatoriales de surface (les premières dizaines de mètres) de l'Océan Pacifique et est caractérisé par une température anormalement élevée (respectivement basse) de ces eaux. Globalement, les conséquences maritimes et climatiques de El Niño et La Niña sont inverses l'une de l'autre mais la fréquence de ces deux phénomènes est différente. El Niño et La Niña provoquent des catastrophes naturelles (sécheresses, inondations, cyclones tropicaux) et affectent de manière non négligeable le niveau de la mer.

Des explications à propos de ces phénomènes sont données sur le site du SHOM mais concernant le niveau marin, nous pouvons résumer les trois situations comme suit :

• Conditions "normales" : la surface de la mer est plus élevée à l'ouest de l'Océan Pacifique.
• El Niño : la surface de la mer se redresse sur l'ensemble de l'Océan Pacifique pour se rapprocher de l'horizontale. Durant cette période, le niveau moyen de la mer est supérieur à la normale.
• La Niña : la surface de la mer est encore plus élevée à l'ouest de l'Océan Pacifique par rapport à la partie est. Lors de cet épisode, le niveau moyen de la mer est inférieur à la normale.

Les phénomènes El Niño et La Niña affectent principalement l'Océan Pacifique mais le niveau moyen des mers au niveau mondial est aussi influencé. Par exemple, en 2011-2012 le niveau marin moyen connaissait une fluctuation interannuelle négative autour de la tendance linéaire alors qu'en 2012, la fluctuation était positive. Or ces deux périodes correspondent respectivement à des épisodes La Niña et El Niño.

L'indice ENSO est un paramètre permettant de quantifier et d'estimer l'intensité des phénomènes El Niño et La Niña à partir de la valeur de six paramètres :

• la pression atmosphérique au niveau de la mer (P),
• la composante zonale du vent de surface (U),
• la composante méridienne du vent de surface (V),
• la température de surface de la mer (S),
• la température de l'air en surface (A),
• la couverture nuageuse (C).

Plus la valeur de l'indice est importante, plus l'épisode El Niño est puissant ; et à l'inverse, plus l'indice ENSO est négatif, plus le phénomène La Niña est marqué.

Les études de projets d'infrastructures portuaires, d'ouvrages côtiers ou de plates-formes pétrolières ont en commun le besoin de connaître le niveau maximum ou minimum susceptible d'être atteint par la mer sur de très longues durées (le siècle si possible). Les hauteurs atteintes par la marée étant considérées comme connues, il convient d'étudier dans ce cas la probabilité d'apparition de surcotes et de décotes. De telles études exigent de longues séries de mesures de bonne qualité.

Surcote / Décote et niveaux extrêmes

La surcote / décote instantanée est la différence, à un instant t, entre la hauteur d'eau observée et la hauteur d'eau prédite. Il s'agit d'une surcote quand cette différence est positive, décote quand elle est négative. L'origine de la surcote est principalement météorologique (passage de dépressions, d'anticyclones, variations de pression atmosphérique et vents) mais d'autres origines sont possibles (vagues, seiches, tsunamis...).

Pour étudier les surcotes/décotes extrêmes (les niveaux extrêmes), les variables appropriées sont la surcote de pleine mer et la décote de basse mer, et non la surcote/décote instantanées. Celles-ci s'affranchissent par définition des effets de déphasage entre l'observation et la prédiction.

D'autres précisions concernant l'utilisation des surcotes/décotes et de la cartographie pour déterminer la probabilité d'apparition de niveaux extrêmes sont disponibles sur le site du SHOM.

Le SHOM met à disposition une page consacrée aux évènements exceptionnels.