Élévation du niveau de la mer

Ce graphe présente l'évolution du niveau global (moyen) de l'océan de 1992 à 2014.

Les mesures du niveau de la mer à partir de 23 enregistrements de marégraphes dans des environnements géologiquement stables montrent une élévation d'environ 2 mm par an.

L’élévation du niveau de la mer actuelle est l'augmentation du niveau moyen des océans en cours depuis le début du XX^e siècle. C'est une conséquence du réchauffement climatique, il est principalement dû à la fonte des glaces terrestres et à la dilatation thermique des océans. Le niveau de la mer a augmenté de 0,16 m entre 1902 et 2015. L'élévation du niveau moyen de la mer s'accélère : entre 1901 et 1990 il a augmenté à une vitesse d'environ 1,4 mm/an pour passer à 3,6 mm/an entre 2006 et 2015.

D'après le rapport spéciale de 2019 du GIEC le niveau moyen de la mer augmentera d'ici à 2100 d'environ 0,43 m (vraisemblablement 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 (vraisemblablement entre 0,61 et 1,10 m) dans un scénario de forte émission de gaz à effet de serre (RCP8.5), voir jusqu'à 2,3 à 5,4 m en prenant en compte les incertitudes liés à la fonte de l'inlandsis de l'Antarctique.

Le phénomène d'augmentation du niveau de la mer est constaté de nombreuses fois à l'échelle des temps géologiques; il aboutit alors à une transgression marine. Le niveau de la mer s'est élevé d'environ 125 m depuis le pic de la dernière glaciation, il y a environ 20 000 ans, principalement jusqu'à 6 000 ans avant aujourd'hui (première partie de l'Holocène). Depuis 2 500 ans et jusqu'au début du XX^e siècle, le niveau marin a peu varié (de l'ordre de 0,1 mm/an).

Quelque 824 millions de personnes à l’horizon 2030, et 1,2 milliard en 2060, seraient menacées par la montée des eaux. Les cinq pays les plus menacés se situent tous en Asie : Chine, Inde, Bangladesh, Indonésie et Viêt Nam.

Mesure du niveau moyen de la mer

Niveau local, et niveau eustatique

Le niveau moyen de la mer sur l'ensemble de la Terre — niveau eustatique — peut être différent de son niveau moyen en un lieu donné — Niveau Moyen Local de la Mer (NMLM) —.

Pour une élévation moyenne, il existe des variations dans le temps et dans l'espace (ici aux États-Unis, notamment en raison respectivement des vents, courants, subsidences ou encore de la force de Coriolis).

Cycles de l'eau entre l'océan, l'atmosphère terrestre et les glaciers.

Le Niveau Moyen Local de la Mer (NMLM) est défini comme la hauteur de la mer par rapport à un point de référence sur terre, et en moyenne sur une période de temps suffisamment longue (un mois, une année) pour que la valeur soit indépendante des fluctuations causées par les vagues et les marées. On doit également ajuster les variations du NMLM pour prendre en compte les mouvements verticaux de la terre, qui peuvent être du même ordre (quelques mm/an) que les changements du niveau de la mer. Certains mouvements de la terre se produisent à cause d'un ajustement isostatique du manteau terrestre dû à la fonte des inlandsis à la fin de la dernière glaciation : en effet, le poids d'un inlandsis fait baisser la terre sous-jacente et quand la glace fond, la terre remonte ou « rebondit » (rebond post-glaciaire). La pression atmosphérique, les courants océaniques et la force de Coriolis ainsi que les changements de température des océans (et donc de volume) peuvent aussi affecter le NMLM.

Les variations « eustatiques » (par opposition aux variations locales) concernent l'altération du niveau global de la mer, tels que les changements de volume de l'eau des océans et les changements de volume des bassins océaniques.

Tous ces éléments, combinés, expliquent aussi que quand le niveau moyen d'un océan (Atlantique par exemple) augmente, la montée réelle ou apparente de la mer varie géographiquement. Un océan peut même s'élever globalement, avec un niveau de laisses de mer qui descendrait légèrement sur certains littoraux et augmenterait plus que la moyenne sur d'autres, même sur des zones proches comme les rivages anglais et continentaux qui lui font face.

Changements à court terme et périodiques

Le niveau local de la mer est affecté par des variations à cout terme (de quelques minutes à quelques mois).

Causes à court terme (périodiques)	Échelle de temps	Effet vertical (m)
Changements périodiques du niveau de la mer
Marées astronomiques diurnes et semidiurnes	12–24 h	0,2 à 16 m
Marées à longue période	> 14 j	< 0,01 m
Variations de la rotation de la Terre (oscillation de Chandler)	427–448 j
Fluctuations météorologiques et océanographiques
Pression atmosphérique	Quelques heures à quelques mois	–0,7 à 1,3 m
Vents (ondes de tempête)	1–5 jours	< 8 m
Évaporation et précipitations (peut suivre aussi des circuits à long terme)	Quelques jours à quelques semaines
Topographie de la surface de l'océan (changements dans la densité de l'eau et courants)	Quelques jours à quelques semaines ou sur échelles longues (modification du Gulf Stream par ex)	Jusqu'à 1 m pour les pas de temps « courts »
El Niño/ oscillation méridionale	6 mois tous les 5–10 ans	Jusqu'à 0,6 m
Variations saisonnières
Équilibre saisonnier de l'eau entre les océans (Atlantique, Pacifique, Indien)
Variations saisonnières dans les pentes de la surface de la mer
Trop-plein et crues des rivières/fleuves	2 mois	1 m
Changements de densité saisonnières de l'eau (température et salinité)	6 mois	0,2 m
Seiches
Seiches (vagues stagnantes)	Quelques minutes à quelques heures	Jusqu'à 2 m
Séismes
Tsunamis (vagues à longue période et catastrophiques)	Heures	Jusqu'à 10 m
Changement soudain du niveau des terres	Minutes	Jusqu'à 10 m

S'y ajoute un cycle plus long caractérisé par une période de 18,6 ans durant laquelle le niveau moyen des pleines mers augmente de 3 % par an durant 9 ans, puis diminue de 3 % durant 9 ans, et ainsi de suite.

Ce cycle exacerbe puis diminue les effets de l'élévation du niveau de la mer induite par le réchauffement climatique. Selon l'IRD, là où l'amplitude des marées est naturellement forte (ex : Baie du Mont Saint-Michel) ce cycle contribuera dans les années 2008-2015 proportionnellement plus à l'élévation du niveau de la pleine mer, ou des grandes marées hautes que le seul réchauffement climatique (jusqu'à + 50 cm, c'est-à-dire 20 fois l'expansion thermique des mers, consécutive au réchauffement climatique global). Inversement de 2015 à 2025 la phase décroissante de ce cycle devrait conduire à un ralentissement apparent du phénomène de montée de l'océan, et probablement de l'érosion du littoral qui lui est généralement lié.

Mesures des marégraphes

Marégraphe historique, Marseille

Les marégraphes mesurent directement le niveau de la mer, sur un axe fixé au sol. Mis au point historiquement pour affiner l'étude des marées, ils fournissent aussi des données sur l'évolution à long terme du niveau de la mer. Ces mesures doivent être mondiales et coordonnées car l'élévation des mers n'est pas géographiquement homogène, elle interagit avec d'autres évolutions (géotectoniques) et le réseau des marégraphes ne couvre qu'une petite partie de la planète.

Réseaux de marégraphes

Ces mesures et diverses modélisations visent à répondre au projet mondial de suivi lancé par l'UNESCO (Global Sea Level Observing System ou « GLOSS ») ainsi qu'à des enjeux de sécurité publique (prévention des risques) et de planification de l'aménagement du territoire et des littoraux en particulier dans les zones les plus exposées aux risques de submersion marine, aux ondes de tempête et aux tsunamis (en Europe principalement via le Centre Régional d'Alerte aux Tsunamis pour l'Atlantique Nord-Est et la Méditerranée ou CRATANEM coordonné par le Commissariat à l'énergie atomique, ou CEA/DASE)).

En 2009 une base de données mondiale, dénommée GESLA (Global Extreme Sea Level Analysis) a été lancée. Elle vise à rassembler des mesures faites au moins une fois par heure, c'est-à-dire assez fréquentes pour mieux décrire les variations de limite des hautes eaux lors de l'évolution des surcotes et tempêtes. Elle a déjà permis de montrer qu'en 40 ans (entre 1970 et 2010), l'ampleur et la fréquence des niveaux extrêmes de la mer ont augmenté dans le monde ; ainsi dans certaines régions du monde, la hauteur de ce qui constitue une inondation cinquantenaire a augmenté de plus de 10 cm par décennie.

Les Pays-Bas sont les plus concernés et le sujet fait partie des priorités nationales depuis plusieurs décennies. Un réseau s'organise peu à peu dans les années 2000.

En France, En 2010, le Réseau d'Observatoires du Niveau des Mers (RONIM) comptait 32 marégraphes. Il existe aussi le réseau d’Observation Subantarctique et Antarctique du niveau de la Mer, dont les données sont traitées par le Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS).

En mars 2015, un rapport d’expert fait le point sur les données historiques disponibles, soulignant que la hausse du niveau marin sera vraisemblablement la cause principale de l'aggravation de l'aléa de submersion marine ; des effets érosifs majeurs sont aussi attendus pour les prochaines décennies.

Limites des marégraphes

La couverture géographique des marégraphes, et surtout des plus anciens, est inhomogène. Très peu de jeux de données peuvent être utilisés pour des études sur plus de cinquante ans. En particulier, il existe un net déséquilibre entre les deux hémisphères : l'hémisphère nord possède environ 90% des marégraphes de la planètes, et nombre d'entre eux fournissent des enregistrements remontant au XIX^e siècle, les marégraphes de l'hémisphère sud sont à la fois moins nombreux et moins anciens..

Outre leur répartition géographique limitée, les marégraphes sont vulnérables aux mouvements verticaux du sol sur lequel ils sont construits. Il s'agit des phénomènes de subsidence (tassement vertical du sol), des mouvements tectoniques, et de l'affaissement ou du rebond du sol, lorsqu'il est confronté à un changement de la masse de sédiments ou de glace qu'il supporte. De nombreux travaux visent à quantifier et corriger ces sources de biais de mesure.

Mesures par satellite

Le satellite Jason-1

Les évaluations d'élévation du niveau de la mer par altimétrie de satellite donnent 3,1 +/- 0,4 mm/an pour la période 1993-2003 (Leuliette et al., 2004). Cela est supérieur à celles obtenues par les marégraphes. Il est peu clair de savoir si cela représente une augmentation pendant les dernières décennies : variabilité, réelles différences entre les satellites et marégraphes, ou problèmes de calibrage des satellites.

Depuis 1992, les programmes satellite TOPEX/Poseidon (T/P) et Jason-1 de la NASA et du CNES, fournissent des mesures du changement du niveau de la mer. Les données actuelles sont disponibles en ligne. Ces données montrent une augmentation moyenne du niveau de la mer de 2,8±0,4 mm/an. Cela inclut une augmentation apparente de 3,7±0,2 mm/an pendant la période de 1999 à 2004. Les satellites ERS-1 (17 juillet 1991-10 mars 2000), ERS-2 (21 avril 1995), et Envisat (1^er mars 2002) ont aussi des composants de calcul de surface de la mer mais d'usage limité pour la mesure du niveau global de la mer dû à une couverture moins détaillée.

• TOPEX/Poseidon ont commencé leurs séries de mesures en 1992, et la mission scientifique a été finie en octobre 2005.
• Jason-1, lancé le 7 décembre 2001, a ensuite repris la mission en suivant la même trace au sol.

Puisque de la variabilité significative à court terme du niveau de la mer peut se produire, extraire l'information moyenne globale de niveau de la mer est complexe. En outre, les données satellites ont une capacité d'enregistrement beaucoup plus courte que les marégraphes, qui se sont avérées réclamer des années d'opérations pour extraire des tendances.

Il y a là une gamme de distances qui s'appliquent :

• de 140 à 320 mm : augmentation du niveau de la mer dans la région du Pacifique de El Niño pendant la période 1997-1998.
• 140 mm : intervalle de variations typiques du niveau de la mer (±70 mm).
• 100 mm : précision de l'altimètre radar ERS-1 radar.
• 43 mm : précision des calculs de la hauteur de surface de l'océan avec T/P.
• de 30 à 40 mm : précision de l'altimètre radar de TOPEX et POSEIDON-1 qui mesure la distance à la surface de l'océan.
• de 20 à 30 mm : précision de la détermination de la hauteur de l'orbite du satellite T/P (amplitude de laser, effet Doppler, GPS).
• 20 mm : précision de l'altimètre radar de Jason-1 POSEIDON-2.
• de 7 à 14 mm : montée subite moyenne globale du niveau de la mer pendant la période 1997-1998 d'El Niño.
• quelques mm : précision de la mesure moyenne globale du niveau de la mer après avoir fait la moyenne de la couverture sur dix jours.
• 10 mm : stabilité des hauteurs orbitales de T/P sur 4 ans
• 2,8 ±0,4 mm : élévation globale annuelle moyenne du niveau de la mer depuis 1992 selon T/P.

Il y a apparemment un problème avec l'altimètre ERS-2. Des changements moyens de niveau de la mer ont été comparés entre les satellites, entre 60°N et 60°S, de mai 1995 à juin 1996 :

• -4,7 ±1,5 mm/an pour ERS-1
• -5,6 ±1,3 mm/an pour TOPEX
• +9,0 ±2,1 mm/an pour ERS-2

Les diverses lectures sont des variations courantes du niveau de la mer, pas du niveau global, et donc la comparaison s'applique seulement sur les différences entre les valeurs. Ces données sont centimétriques ; une transformation ultérieure est faite pour atteindre une résolution d'1 millimètre, résolution nécessaire pour les études moyennes du niveau marin.

Les comparaisons de T/P avec des données des marégraphes des îles du Pacifique prouvent que les déviations moyennes mensuelles ont une précision de 20 mm.

Les résultats satellites étant partiellement calibrés sur les résultats des marégraphes, ce ne sont pas des sources entièrement indépendantes.

Le fort El Niño de 1997-1998 « a imprimé une signature forte sur la hauteur de surface de la mer à mi-latitude du Pacifique oriental. Ce signal sera suivi à l'ouest pendant la décennie suivante comme manifestation orientale de la frontière des propagations de cet événement en direction de l'extension du Courant de Kuroshio ».

Autres satellites :

• Geosat Follow-On est une mission d'altimétrie de la Marine américaine qui a été lancée le 10 février 1998. Le 29 novembre 2000, la Marine a validé le satellite comme opérationnel. Pendant sa mission, le satellite sera maintenu dans l'orbite de la Mission Exacte de Répétition de GEOSAT (MER) (800 km d'altitude, 108 degrés d'inclinaison, 0,001 d'excentricité, et période de 100 minutes). Cette Orbite Exacte de Répétition de 17 jours (OER) suit la trace au sol de MER +-1 km. Comme pour le GEOSAT original MER, les données seront disponibles pour la science océanique par NOAA/NOS et NOAA/NESDIS. Altimètre de radar - à fréquence unique (13,5 gigahertz) avec 35 mm de précision sur la hauteur. Le récepteur du GPS n'est pas fonctionnel.
  • Geosat Follow-On @ NOAA/LSA
  • Navy Geosat Follow-On (GFO) altimetry mission
  • NASA WFF Geosat Follow-On

Autres analyses du niveau de la mer :

• Analyse du Niveau de la Mer à partir de l'altimétrie de ERS
• Produits altimétriques de la multimission Ssalto/Duacs : données courantes combinées de Topex/Poseidon, Geosat Follow On, Jason-1 et Envisat..

Évolution du niveau de la mer à l'échelle des temps géologiques

Changements du niveau de la mer depuis la fin de la dernière période glaciaire.

A l'échelle de la centaine de milliers d'années, le niveau de la mer a varié avec les glaciations. Il était proche de son niveau actuel durant les périodes interglaciaires et une centaine de mètres plus bas durant les périodes glaciaires.

Les variations du niveau de la mer aux échelles de temps géologiques sont désignées sous les termes de transgression marine (hausse du niveau) et régression marine (baisse du niveau).

Depuis le dernier maximum glaciaire in y a 20 000 ans le niveau de la mer a augmenté de plus de 125 m, en conséquence de la fonte des inlandsis d'Amérique du Nord et d'Eurasie. La vitesse d'élévation du niveau de la mer a alors variée de moins de 1 mm/an à plus de 40 mm/an. Une vitesse très rapide a eu lieux durant l'impulsion de fonte 1A il y a environ 14 600 ans, au cours de laquelle le niveau de la mer a augmenté de 20 m sur 500 ans (40 mm/an). L'élévation du niveau des océans commence ralentir il y a environ 8 200 ans (première partie de l'Holocène), et deviens très faible à partir de 6 700 ans. Le niveau de la mer n'est alors que d'environ 4 m en dessous du niveau actuelle. Il augmente encore légèrement jusqu'il y a 4 200 ans et est alors moins d'un 1 m sous le niveau du début de XX^e siècle. Le niveau de la mer est pratiquement constant au cours des derniers 4 200 ans (seconde moitiée de l'Holocène), jusqu'à la reprise contemporaine de de l'élévation qui commence au début de XX^e siècle. Durant cette période, la variation du niveau de la mer est de l'ordre de 0,1 mm/an.

Évolution récente du niveau de la mer

Niveau eustatique depuis 1993, données satellite NASA

L'évaluation de l'élévation du niveau eustatique se fait par synthèse des mesures des marégraphes et des satellites. Les données des satellites tendent à indiquer une accélération de l'élévation du niveau de la mer plus importantes que celles des marégraphes.

Le niveau de la mer a augmenté de 0,16 m (intervalle de confiance 0,12 à 0,21 m) entre 1902 et 2015.

Le rythme de hausse de niveau de la mer s'est accru depuis les années 1990. La mesure de l'accélération de la hausse du niveau de la mer est complexe, car les mesures, qu'elles soient issues des marégraphes ou des satellites, sont perturbées par de nombreux paramètres. Entre 1901 et 1990 le niveau de la mer a augmenté à une vitesse d'environ 1,4 mm/an. Selon la synthèse 2019 du GIEC, la vitesse d'augmentation du niveau de la mer était de 3,2 mm/an entre 1993 et 2015 et 3,6 mm/an entre 2006 et 2015.

Contributions à l'élévation contemporaine du niveau de la mer

Principales contributions à l'élévation du niveau de la mer, 2006-2015

La hausse du niveau de la mer observée depuis la fin du XX^e siècle et anticipée dans le futur est, pour l'essentiel une conséquence du réchauffement climatique, donc l'étude ne peut être séparée de celui-ci. Selon la synthèse 2019 du GIEC, au cours de la période 2006-2015, le niveau de la mer a augmenté de 3,58 mm par an en moyenne, tandis que la somme des contributions estimées, synthétisées de nombreuses publications scientifiques, s'établissait 3 mm. Le figure ci-contre présente les principales contributions, que son la dilatation thermique de l'eau et la fonte des glaciers. La contribution e, négative, correspond au changement de la quantité d'eau stockée sur les continents à l'état liquides : lacs de retenues et nappes phréatiques.

Contribution des Glaciers et calottes glaciaires

Les barrières de glace, et les banquises flottant à la surface de la mer ne changent pas, quand elles fondent, le niveau de la mer. En effet, en vertu du principe d'Archimède, les glaces flottantes occupent sous la ligne de flottaison un volume identique à celui de la masse d'eau équivalente. C'est donc la fonte des masses de glace continentale, sous l'effet du réchauffement, qui est en cause, comme le note une étude de la NASA d'octobre 2015. Cela comprend les immenses inlandsis du Groenland et d'antarctique, ainsi que les glaciers de montagne qui, si ils représentent une masse d'eau bien moins, peuvent fondre plus rapidement.

Chaque année, l'équivalent d'environ 8 mm de hauteur d'eau dans les océans retombe sur l'Antarctique et sur les inlandsis du Groenland sous forme de chutes de neige. Donc si aucune glace ne retournait dans les océans, le niveau de la mer perdrait ces 8 mm par an. Bien que la même quantité d'eau, approximativement, retourne à l'océan sous forme d'icebergs et de fonte de la glace des côtes, les scientifiques ne savent pas laquelle de ces quantités d'eau - partant vers les pôles ou en revenant - est la plus grande. La différence entre la glace entrante et la glace sortante est appelée le bilan de masse et est importante car c'est elle qui cause les changements dans le niveau global de la mer.

Les scientifiques manquent d'information sur les stocks d'eau de la Terre et leur évolution. Entre 1910 et 1990, leurs changements ont contribué à –1,1 à +0,4 mm/an. Si tous les glaciers et les calottes glaciaires fondaient, l'élévation du niveau de la mer serait d'environ 0,5 m. La fonte de l'inlandsis du Groenland produirait 7,2 m d'élévation du niveau, et la fonte de l'inlandsis de l'Antarctique en produirait 61,1 m. L'effondrement du réservoir intérieur immobilisé de l'inlandsis de l'Antarctique Ouest augmenterait le niveau de 5 à 6 m.

Les changements de climat du XX^e siècle, à partir des modèles étudiés, contribueraient de –0,2 et 0,0 mm/an pour l'Antarctique (résultat de l'augmentation des précipitations) et de 0,0 à 0,1 mm/an pour le Groenland (du fait du changement aussi bien des précipitations que du trop-plein). Les estimations suggèrent que le Groenland et l'Antarctique ont contribué à une élévation de 0,0 à 0,5 mm/an pendant le XX^e siècle et que ce serait le résultat d'un ajustement à long terme depuis la fin de la dernière glaciation.

Glaciers continentaux

Les résultats de Dyurgerov montrent une nette augmentation de la contribution des glaciers de montagnes et des glaciers subpolaires à l'élévation du niveau de la mer depuis 1996 (0,5 mm/an) jusqu'en 1998 (2 mm/an) avec une moyenne d'environ 0,35 mm/an depuis 1960.

Arendt et al estime que la contribution des glaciers d'Alaska à l'élévation du niveau de la mer est de 0,14 ± 0,04 mm/an entre le milieu des années 1950 et le milieu des années 1990 avec une augmentation de 0,27 mm/an dans le milieu et la fin des années 1990. Récemment Berthier et al ont estimé à 0,12 ± 0,02 mm/an la contribution des glaciers à l'élévation du niveau de la mer entre 1962 et 2006.

Les glaciers sont sujets à des surtensions dans leur vitesse de mouvement, avec des fontes conséquentes quand ils atteignent les altitudes plus basses et/ou la mer. Les contributeurs à Ann. Glac. 36 (2003) ont énormément discuté au sujet de ce phénomène et il apparaît que cette avance lente et ce recul rapide persistent depuis le milieu de l'Holocène chez presque tous les glaciers de l'Alaska. Des rapports historiques d'apparition de surtensions dans les glaciers d'Islande remontent à plusieurs siècles. Par conséquent, le recul rapide peut avoir d'autres causes que l'augmentation du CO₂ dans l'atmosphère.^{[réf. nécessaire][pertinence contestée]}

Groenland

Krabill et al. estiment la contribution totale du Groenland à au moins 0,13 mm/an dans les années 1990. Joughin et al. ont mesuré un doublement de la vitesse de Jakobshavn Isbræ entre 1997 et 2003. Il s'agit du plus grand glacier d'exutoire du Groenland ; il draine à lui seul 6,5 % de l'inlandsis, et on pense qu'il est responsable de l'augmentation de la vitesse d'élévation du niveau de la mer de 0,06 mm/an, ou, grosso modo, de 4 % de l'augmentation de cette vitesse pendant le XX^e siècle. En 2004, Rignot et al. estimaient la contribution du sud-ouest du Groenland à 0,04±0,01 mm/an.

Rignot (en) et Kanagaratnam ont produit une étude complète et une carte des glaciers d'exutoire et des bassins du Groenland. Ils ont trouvé une accélération glaciaire considérable en dessous de 66° N en 1996 qui s'est propagée jusqu'à 70° N en 2005 ; et que la vitesse de pertes de l'inlandsis pendant cette décennie a augmenté de 90 à 200 km³/an ; cela correspond à une élévation du niveau de la mer de 0,25 à 0,55 mm/an supplémentaires.

En juillet 2005, il a été rapporté que le glacier Kangerdlugssuaq, sur la côte est du Groenland, se déplaçait vers la mer trois fois plus rapidement que dans la décennie précédente. Kangerdlugssuaq a environ 1 000 m d'épaisseur, 7,2 km de large, et draine environ 4 % de l'inlandsis du Groenland. Des mesures de Kangerdlugssuaq en 1988 et en 1996 l'ont montré se déplaçant à une vitesse entre 5 et 6 km/an. En 2005, il bougeait à 14 km/an.

D'après l'Évaluation de l'Impact du Climat de l'Arctique de 2004, les modèles climatiques prévoient que le réchauffement local au Groenland excédera 3 degrés Celsius pendant ce siècle. De même, les modèles d'inlandsis prévoient qu'un tel réchauffement amorcera le dégel à long terme de l'inlandsis, conduisant au dégel complet de l'inlandsis du Groenland sur plusieurs millénaires, d'où en résultera une élévation du niveau de la mer d'environ sept mètres.

En 2007 et 2008, l'accélération de la fonte des glaciers du Groenland s'est confirmée. Ce phénomène s'explique par les écoulements d'eau de fonte superficielle vers la base des glaciers. La couche d'eau infiltrée agissant comme lubrifiant, provoque l'accélération du déplacement du glacier. Des vitesses de 18 km/an ont été notées en 2008.

D'autre part, le Groenland central est sur une assise située en dessous du niveau océanique et par conséquent les eaux océaniques sont susceptibles de provoquer la fonte de l'inlandsis par sa base et d'aggraver le phénomène de lubrification et la déstabilisation des glaciers, voire leur fragmentation en iceberg.

Ce phénomène d'accélération, non pris en compte dans les études du GIEC de 2004, laisse craindre que la fonte des glaces du Groenland sera plus brutale que prévu avec comme conséquence un risque de montée du niveau des océans de plusieurs mètres d'ici la fin du XXI^e siècle.

Glace polaire

Le niveau de la mer augmentera si davantage de glace polaire fond. En comparaison avec les hauteurs des âges glaciaires, il reste aujourd'hui peu d'inlandsis continentaux à fondre. Si tout l'Antarctique fondait la mer monterait de plus de 60 mètres, et si c'était le Groenland, de plus de 7 mètres. Les petits glaciers et les calottes glaciaires contribueraient à environ 0,5 mètre (chiffre modeste mais ce dégel pourrait arriver relativement vite, avant 2100), tandis que la fonte du Groenland serait bien plus lente (peut-être 1 500 ans, pour le scenario le plus rapide) et l'Antarctique fondrait encore plus lentement. Cela ne présageait pas une fonte rapide des inlandsis les plus larges, mais si l’écoulement de glace (de la calotte glaciaire vers la mer) augmente, la fonte de glace immergée ou proche de la mer (source de calories) pourrait s'accélérer. Or au début du XXIème siècle, on observe au centre-ouest du Groenland une augmentation du flux d'eau s'écoulant sous la glace (en lubrifiant le mouvement des masses de glace vers la mer, où elles peuvent fondre plus facilement). « La quasi-coïncidence de l'accélération de la glace avec la durée de fonte en surface, suivie d'une décélération après la fin de la fonte, montre que le glissement glaciaire est renforcé par la migration rapide des eaux de fonte de la surface vers la roche sous-glaciaire ». En 2002, Rignot et Thomas montrent que les inlandsis de l'Antarctique Ouest et du Groenland perdent de la masse, alors que l'inlandsis de l'Antarctique Est semble en équilibre (son bilan de masse est cependant incertain, faute de données suffisantes). Kwok et Comiso signalent des anomalies de température et de pression autour de l'Antarctique Ouest et de l'autre côté de la Péninsule de l'Antarctique, corrélées avec le El Niño récent.

En 2004, Rignot et al estimaient une contribution de 0,04±0,01 mm/an à l'élévation du niveau de la mer provenant du Sud-Est du Groenland. Dans la même année, Thomas et al. prouvent une contribution accélérée à l'élévation du niveau marin provenant de l'Antarctique Ouest : l'inlandsis de l'Antarctique Ouest du secteur de la mer d'Amundsen perd 250 kilomètres cubes de glace chaque année, 60% de plus que d'accumulation de précipitations dans les zones de captage. Ceci suffirait à élever le niveau marin de 0,24 mm/an. De plus, les vitesses de dilution des glaciers étudiés en 2002 et 2003 ont dépassé leur niveau des années 1990. Leur soubassements est en 2002 situé à plusieurs centaines de mètres plus en profondeur que lors des mesures précédentes, indiquant des voies d'évacuation d'une glace provenant de plus loin dans les terres du bassin subpolaire de Byrd. L'inertie thermique et la stabilité de l'inlandsis antarctique occidental semble donc moindre qu'on l'avait antérieurement supposé.

En 2005, on a signalé que de 1992 à 2003, l'Antarctique oriental s'était épaissi à une vitesse moyenne de 18 mm/an, tandis que l'Antarctique occidental s'amincissait de 9 mm/an, avec des précipitations accrues. Un tel gain suffirait à ralentir l'élévation du niveau de la mer de 0,12 ± 0,02 mm/an.

Effets de la limite des neiges éternelles et du pergélisol

La limite des neiges éternelles est l'altitude la plus basse où au moins 50 % de la surface est enneigée toute l'année. Cette altitude varie d'environ 5 500 mètres au-dessus du niveau de la mer (à l'équateur) jusqu'au niveau même de la mer à 65 degrés de latitude nord ou sud (selon les effets de l'amélioration régionale de la température). Le pergélisol existe à toutes les altitudes jusqu' au niveau de la mer, et même bien en dessous de ce niveau (quand on s'approche des pôles). L'épaisseur du pergélisol et des banquises, au Groenland, comme de en Antarctique leur confère une inertie thermique telle qu'ils ne peuvent rapidement fondre. Le Groenland culmine à 3 200 mètres. Sa température moyenne est en surface de moins 32 °C. Donc, même une augmentation projetée de 4 °C le laisse bien en dessous du point de fusion de la glace. Le numéro 28 de décembre 2004 de la revue Frozen Ground contient un plan très significatif des zones affectées du pergélisol de l'Arctique. La zone continue du pergélisol inclut tout le Groenland, le nord du Labrador, les Territoires du Nord-Ouest, le nord de Fairbanks en Alaska, et la plus grande partie du nord est de la Sibérie au nord de la Mongolie et du Kamtchatka. La glace continentale au-dessus du pergélisol a peu de chances de fondre très rapidement. Comme la plus grande partie des inlandsis du Groenland et de l'Antarctique s'étend au-dessus de la limite des neiges éternelles et/ou à la base de la zone du pergélisol, elles ne peuvent pas fondre en un temps beaucoup plus court que plusieurs millénaires ; donc il est peu probable qu'elles contribuent significativement à l'élévation du niveau de la mer dans le siècle qui vient.

Contribution de la dilatation thermique

(haut) Volume occupé par un kg d'eau entre 0 et 30°c. (bas) coefficient de dilatation thermique en ppm/K.

L’eau liquide se dilate à mesure qu’elle monte en température, son volume augmentant en même temps que sa température. Les océans absorbent 90 % de la chaleur supplémentaire due à l’effet de serre.

L'étude précise de ce phénomène nécessite la connaissance non seulement des températures en surface, mais aussi en grande profondeur. Les sondes de mesure - avant 2014 - n'enregistraient pas la température aux très grandes profondeurs (sous 6 000 m), la plupart des bouées ne descendant pas à moins de 2 000 m alors que la profondeur moyenne est de 3 800 m, avec des fosses à plus de 12 000 m. En 2014, des bouées dites Deep Argo ont commencé à faire des mesures à 6 000 m de fond.

Un phénomène lent

La température de l'océan évolue avec le climat, mais de façon différée : la chaleur ne se diffuse dans les profondeurs océaniques qu'à l'échelle des siècles. Par conséquent, l'élévation du niveau de la mer causé par la dilation thermique de l'eau est, elle aussi, très étalée dans le temps. La capacité thermique des océans est environ 1000 fois supérieure à celle de l'atmosphère, c'est à dire que la même quantité de chaleur qui élèverait d'un kelvin la température de l'atmosphère, l'élèverait que de 1 millikelvin celle des océans. Ainsi, une étude de 2017 étudie un scénario dans lequel les émissions de gaz à effet de serre s'arrêtent brutalement en 2050. La température moyenne de l'air cesse d'augmenter au même moment, en revanche, le niveau de la mer (plus exactement, la composante de sa variation dûe à la dilation thermique) ne cesse pas : la variation est de 30 cm avant 2050, et plus du double pendant les siècles suivant, l'équilibre n'étant pas atteint en 2800. Même dans des scénarios ou les gaz à effet de serre sont retirés de l'atmosphère (émissions négatives, captures), une partie de l'élévation est irréversible à l'échelle des siècles.

Contribution à l'élévation globale

Cette dilatation de l’eau est responsable selon une étude de la NASA publiée en 2015 d'une élévation de sept millimètres du niveau des océans entre 2003 et 2018.

Autres contributions

A coté de ces deux causes principales que sont la fonte des glaces et la dilation thermique, d'autres phénomènes, qui n'ont pas forcément de lien direct avec le réchauffement climatique, contribuent aussi à l'élévation des océans, comme l’exploitation des aquifères terrestres.

Contribution de l'exploitation des aquifères

De nombreux aquifères dans le monde sont exploités au-delà de leur capacité de renouvellement, ou ne se renouvellent pas du tout (eau fossile). Cette surexploitation des ressources d'eau souterraine contribue à l'élévation du niveau de la mer, en transférant de l'eau vers l'océan. Une étude de 2011 s'est attachée à quantifier cette contribution : il en ressort qu'au cours des années 2000 145 km³ d'eau ont ainsi été ajoutés annuellement à l'océan de cette façon, contribuant pour 13 % à la hausse observée du niveau des océans

Contribution de la sédimentation

L'érosion des sols contribue à l'élévation du niveau de la mer. Environ 60 milliards de tonnes de sols sont érodés par an, dont 25 milliards finissent par se sédimenter au fond des océans. L'espace ainsi occupé fait monter d'autant le niveau de la mer.

Contribution non-climatique des produits de combustion

La combustion de pétrole, de gaz naturel ou de charbon produit de l'eau et du dioxyde de carbone. Outre leur effet sur le climat, ces produits de combustion contribuent directement, par leur simple volume, à élever le niveau des océans. Cette eau nouvelle s'ajoute au cycle de l'eau, et environ 25% du CO₂ finit dissout dans les océans. Cette contribution est cependant minime: un article de 2014 estime que l'eau et le CO₂ produits ainsi font monter l'océan de 0.033 ±0.005 mm et 0.011±0.003 mm par an respectivement (en ordre de grandeur, 1% de l'élévation totale mesurée).

Contribution négative des retenues d'eau

La construction de barrages, avec la création de lacs de retenue, tend au contraire à faire baisser le niveau de la mer. Un article de 2008 estime ainsi qu'en 80 ans, les lacs de retenue créés dans le monde ont accumulé 10 800 km³ d'eau, faisant baisser le niveau de la mer de 30 mm au total.

Évaluation de l'évolution future du niveau de la mer

Troisième Rapport d'Évaluation du GIEC (2001)

Les résultats du chapitre sur le niveau de la mer du Troisième Rapport d'Évaluation du GIEC (TRE), publié en 2001,(auteurs John A. Church (en) et Jonathan M. Gregory (en)) sont donnés ci-dessous.

Facteurs de changement GIEC 1990-2100	Prédiction IS92a	Prédiction SRES
Expansion thermique	110 à 430 mm
Glaciers	10 à 230 mm (ou 50 à 110 mm)
Glaces du Groenland	–20 à 90 mm
Glaces de l'Antarctique	–170 à 20 mm
Stocks terrestres	-83 à 30 mm
Contributions actuelles des inlandsis en réponse au changement climatique passé	0 à 0,05 m
Décongélation du pergélisol	0 à 5 mm
Dépôts des sédiments	non spécifié
Élévation totale moyenne globale du niveau de la mer (résultats du GIEC, pas la somme des éléments ci-dessus)	110 à 770 mm	90 à 880 mm (valeur centrale de 480 mm)

La somme de ces composants indique une vitesse d'élévation du niveau eustatique de la mer (correspondant à un changement du volume de l'océan) depuis 1910 jusqu'en 1990 qui va de –0,8 à 2,2 mm/an, avec une valeur centrale de 0,7 mm/an. La borne supérieure est proche de la borne supérieure observée (2,0 mm/an), mais la valeur centrale est plus petite que celle observée (1,0 mm/an), c'est-à-dire que la somme des composants est biaisée vers le bas en comparaison avec les évaluations observationnelles. La somme des composants indique une accélération de seulement 0,2 (mm/an)/siècle, dans une fourchette de –1,1 à +0,7 mm/an/siècle, en accord avec la conclusion observationnelle de la non accélération de l'élévation du niveau de la mer pendant le XX^e siècle. La vitesse estimée de cette élévation du fait des changements climatiques anthropogéniques depuis 1910 jusqu'en 1990 (à partir d'études de modèles d'expansion thermale, de glaciers et des inlandsis) va de 0,3 à 0,8 mm/an. Il est très probable que le réchauffement du XX^e siècle contribue significativement à l'élévation observée, à travers l'expansion thermale de l'eau de la mer et la perte considérable des glaces des terres.

Une perception commune est que la vitesse d'élévation du niveau de la mer aurait dû s'accélérer pendant la dernière moitié du XX^e siècle, mais les données des marégraphes ne montrent cependant pas d'accélération significative. Nous avons obtenu des évaluations basées sur le Modèle global du climat pour les éléments directement reliés au changement anthropogénique du climat pendant le XX^e siècle, c'est-à-dire l'expansion thermale, les inlandsis, les glaciers et les calottes glaciaires… L'élévation totale calculée indique une accélération de seulement 0,2 (mm/an)/siècle, avec une variation de -1,1 à +0.7 (mm/an)/siècle, en accord avec la conclusion observationnelle de non accélération de l'élévation du niveau de la mer pendant le XX^e siècle. La somme des éléments non reliés au récent changement climatique est de -1,1 à +0.9 mm/an (c'est-à-dire en excluant l'expansion thermale, les glaciers et les calottes glaciaires, ainsi que les changements des inlandsis dus au changement du climat du XX^e siècle). Cet intervalle est inférieur à la borne inférieure observée de l'élévation du niveau de la mer. Donc, il est très probable que ces éléments seuls sont une explication insuffisante, ce qui implique que le changement du climat du XX^e siècle a effectivement contribué à l'élévation du niveau de la mer du XX^e siècle

Incertitudes et critiques concernant les résultats du GIEC de 2001

L'enregistrement du niveau marin (+ 180 mm/siècle à partir du XIX^e siècle ne montre pas d'accélération mesurable au XIX^e siècle ni dans la première moitié du XX^e siècle. Le GIEC attribue environ 60 mm/siècle à la fonte des glaces et autres processus eustatiques, laissant un résidu de 120 mm à prendre en compte pour le XX^e siècle. Les températures globales des océans, selon Levitus et autres, sont en accord avec les modélisations couplées océan/atmosphère de l'effet de serre, avec un changement de 30 mm dû à la chaleur. La fonte des inlandsis polaires à la limite supérieure des évaluations du GIEC pourrait combler le vide, mais de sévères limites sont imposées par les perturbations observées de la rotation de la Terre. (Munk 2002)

En 2001, le Troisième Rapport d'Évaluation (TRE) du GIEC, conserve pour l'attribution des changements du niveau de la mer un grand vide inexpliqué entre les estimations directes et les estimations indirectes de l'élévation globale du niveau marin. La plupart des évaluations directes (marégraphes), donnaient 1,5-2,0 mm/an, tandis que les évaluations indirectes fondées sur les deux processus responsables de l'élévation du niveau de la mer, en l'occurrence le changement de volume et de masse, étaient très significativement en dessous de cet intervalle. Des évaluations de l'augmentation du volume due au réchauffement de l'océan donnaient une vitesse d'environ 0,5 mm/an et la vitesse due à l'augmentation de la masse, provenant principalement de la fonte de la glace continentale, était encore plus petite. Une étude a confirmé que les données des marégraphes étaient correctes, et a conclu qu'il devait y avoir une source continentale d'eau douce de 1,4 mm/an. (Miller 2004)

Selon Douglas (2002) : « Dans les douze dernières années, les valeurs publiées de l'élévation du niveau global de la mer du XX^e siècle étaient entre 1,0 et 2,4 mm/an. Dans son TRE, le GIEC examine longuement cette absence de consensus et prend soin de ne pas présenter de meilleure estimation de l'élévation du niveau global de la mer du XX^e siècle. Le panel présente à dessein un instantané des analyses publiées pendant la décennie précédente, et interprète le large intervalle des évaluations comme reflétant l'incertitude de nos connaissances sur l'élévation du niveau global de la mer. Nous ne sommes pas d'accord avec l'interprétation du GIEC. Selon nous, les valeurs qui sont très en deçà des 2 mm/an ne cadrent pas avec les observations régionales de l'élévation du niveau de la mer ni avec la réponse physique continue de la Terre depuis le plus récent épisode de déglaciation. »

Le El Niño puissant de 1997-1998 a causé des variations régionales et globales du niveau de la mer, dont une augmentation temporaire globale de peut-être 20 mm. L'examen du TRE du GIEC concernant les tendances données par les satellites est le suivant : « l'oscillation méridionale du puissant El Niño de 1997/98 pourrait biaiser les évaluations ci-dessus de l'élévation du niveau de la mer et aussi indiquer la difficulté de séparer les tendances à long terme de la variabilité climatique ».

Depuis la publication du troisième rapport du GIEC, des études de plus en plus nombreuses tendent à réviser à la hausse les prévisions, avec la prise en compte de nouveaux paramètres tels que :

• la dynamique d'écoulements de glacier au Groenland en accélérant la fonte ;
• le dégagement de méthane du permafrost de Sibérie ;
• la diminution de la fixation du carbone par les organismes marins ;
• la perte de carbone contenu dans les sols du fait de la déforestation et de l'épuisement des sols cultivés ;
• l'exploitation des schistes bitumineux et la non réduction de la consommation de charbon.

Des prévisions de 150 cm à 10 m d'élévation du niveau des mers pour la fin du XXI^e siècle sont avancées d'une façon non officielle par des organismes indépendants^{[De quoi ?]}.

Conséquences : une telle élévation causerait le déplacement de 600 millions à 2 milliards de personnes, avec un coût économique de dizaines de milliers de milliards de dollars.

Entre 2001 et 2015

• En 2001, le Troisième Rapport d'Évaluation du GIEC prédisait, tablant sur un scénario moyen, que le réchauffement climatique conduirait à une élévation du niveau de la mer de 9 à 88 cm en 2100 (pouvant se poursuivre ensuite). La courbe des émissions de CO₂ et d'élévation moyenne des mers ont continué à croître au XX^e siècle, mais sans accélération significative détectée de la vitesse d'élévation du niveau marin. Par la suite, J. A. Church et N. J. White ont trouvé une accélération de 0,013 ± 0,006 mm/an².
• En 2007 le GIEC, sans prendre en compte la fonte des glaces, faute de modèle prédictif satisfaisant indiquait une augmentation de 20 à 60 centimètres en 2100. Cependant, la même année, des scientifiques alertent sur une fonte plus rapide que prévu, ce qui sera confirmé en 2009, y compris pour l'antarctique.
• En 2011, un rapport sur la neige, l'eau, la glace et le permafrost dans l'arctique publiée par l'Arctic Monitoring and Assessment Programme (l'AMAP, un programme consacré à la surveillance de l’Arctique par le Canada, le Danemark, les États-Unis, la Finlande, l'Islande, la Norvège, la Russie et la Suède) sur la base de données de terrain récoltées en arctique (quadruplement de la régression des glaciers groenlandais entre 2004 et 2009 par rapport à 1995-2000 ; diminution de l'inlandsis groenlandais passée de 50 gigatonnes/an entre 1995 et 2000 à plus de 200 gigatonnes entre 2004 et 2008) conclut que le GIEC sous-estimait la gravité de la fonte de l'Arctique. Selon l'AMAP, au rythme des années 1995-2000, l'augmentation des mers à cause de la fonte de l'Arctique atteindrait plutôt de 60 cm à 1,60 m d’ici 2100.
• De plus, dans la revue Science en mai 2011, des climatologues comme Stefan Rahmstorf constataient que les courbes de température et du niveau marin continuaient à suivre les hautes et très hautes limites des projections du GIEC 2001, c'est-à-dire le scenario le plus pessimiste, cependant la durée étudiée (environ 15 ans) ne permet pas de différencier une tendance à long terme de la variabilité naturelle du climat.
• Peu après (en mai 2011), Jim Hansen (NASA) estimait que l'approche semi-empirique de Rahmstorf sous-estime elle-même encore le phénomène, car dans les interglaciaires précédent des traces de montées de plusieurs mètres par siècle ont été enregistrées par la géologie. Si la vitesse de fonte de pôle nord était stabilisée, c'est une élévation marine d'environ 5 m qu'il faut attendre en 2100. Il estime aussi que plus on attend pour réduire les émissions de CO₂, bien pire sera la situation en 2100, et que les scientifiques s'autocensurent, parce qu'ils n'ont pas encore toutes les preuves.

• Pour l'instant l'arctique fond plus vite que l'antarctique. Les glaciers continentaux pourraient apporter assez d'eau pour faire monter les mers d'environ 40 cm. La fonte du Groenland apporterait assez d'eau pour élever la mer de 6 à 8 mètres (tout en privant les terres d'eau douce). L'Antarctique-Ouest (qui s'érode aussi) contient assez d'eau pour une élévation de 5-6 m, alors que l'Antarctique-Est s'il fondait élèverait la mer de 70 mètres supplémentaire. Les modèles ne permettent pas encore de prédire à quelle vitesse et dans quelle proportion ces fontes se feront. Les courbes ont été relativement linéaires au XX^e siècle, mais des effets d'albédo et de libération massive de méthane pourraient accélérer le réchauffement, et donc la montée des mers.
• Enfin, les prédictions régionales sont rendues difficiles par le caractère non uniforme de l'élévation marine (détails ci-dessous). Certaines régions subissent une élévation plus importante que la moyenne (souvent, plus que deux fois la moyenne), et d'autres une chute. Les modèles divergent encore quant aux probabilités de changement du niveau marin.
• En 2015, des océanographes américains (Carling Hay & al.) publient dans la revue Nature un article laissant penser que la hausse du niveau marin pourrait être plus rapide que celle annoncée par le dernier rapport du GIEC. Selon eux, si l'on se base sur les mesures satellitaires (plus globales et plus précises) et sur une analyse statistique des données de 622 marégraphes en s'appuyant sur la méthode du Filtre de Kalman (méthode estimant les états d'un système dynamique à partir de série de mesures incomplètes ou bruitées) ; vers 2100, le niveau marin n'aura pas augmenté de 40 à 60 cm, mais plutôt d'un mètre.

2016 : publication de données et de modèles plus précis

En février 2016, quatre études nouvelles publiées (dans PNAS) aboutissent à des estimations pour 2100 proches de celles du GIEC ; elles confirment que les calottes glaciaires semblent « vulnérables à des changements relativement faibles de CO2 ». Ces études se basent sur jusqu'à 6 millions d'années de données climatiques réunies sur 24 sites (à partir des foraminifères fossiles notamment) pour affiner les modélisations des interactions entre climat, glaces polaires et océans. Selon ces données :

• la montée de la mer a, au XX^e siècle, été « plus rapide que tout ce que nous avons vu dans les deux millénaires précédents » (il ne s'agit pas ici de modèles, mais de données) ;
• des hausses et baisses spectaculaires du niveau marin peuvent advenir plus rapidement que ce qu'on pensait jusqu'alors ;
• Dans les 3 derniers millénaires, de faibles variations de température moyenne ont entraîné des changements mesurables du niveau des mers (une baisse planétaire de 0,2 °C entre 1000 et 1400 C.E., a par exemple diminué le niveau marin moyen d'environ 8 cm, mais il a grimpé de 14 cm environ durant le XX^e siècle et au moins la moitié de cette hausse ne peut s'expliquer que par des causes humaines. Si cette tendance se poursuit, la mer montera de 0,24 à 1,3 mètre durant le XXI^e siècle ;
• L'étude d'un forage de 1,1 km de profondeur fait en Antarctique, « éclaire le flux et le reflux des calottes glaciaires du continent en remontant bien plus loin dans le passé » (jusqu'à il y a entre −14 et −20 millions d'années), quand le taux de CO2 de l'air a légèrement dépassé les taux actuels. Les micro-fossiles de ce carottage confirment que le volume des calottes glaciaires a été corrélé avec les changements du taux de CO₂ atmosphérique. Quand le CO₂ était au plus bas, les calottes glaciaires s'étendaient si loin dans l'océan arctique qu'elles en ont localement creusé le fond marin. Au contraire quand le CO₂ était au plus haut, les glaces se sont retirées assez loin pour que des pétoncles et du pollen de plantes côtière soient retrouvés dans le sédiment carotté (ceci correspond à des époques où le taux de CO₂ était probablement d'un peu plus 500 ppm, soit environ 100 ppm de plus qu'aujourd'hui).

Ces résultats ont été mis en ligne avec une nouvelle simulation informatique présentant la manière dont la calottes antarctique grandit ou se réduit, qui pourrait résoudre les problèmes contrariants les modèles semi-empiriques précédents (qui ne s'étaient pas montré rétroactivement capable d'expliquer les événements géologiques enregistrés dans les carottes de sédiments antarctiques). Ce modèle, comme les études du GIEC, invite à penser que le niveau marin va continue à s'élever, et plus vite que ne le prévoyaient les modèles précédents.

2018 : nouvelles prévisions

En 2018, une étude satellitaire menée sur 25 ans par l'Académie Américaine des Sciences (PNAS) estime que la montée des eaux s'accélère et que "Le niveau des océans pourrait grimper de plus de 60 centimètres d'ici 2100"

2019 : une étude inquiétante

L’océan continue à se réchauffer, atteignant un niveau sans précédent depuis le début des mesures, en forte hausse par rapport à 2018 (pourtant déjà une année record). En moyenne mondiale, l'anomalie de température de surface de la mer (SSTA) pour 2019 était la seconde plus haute jamais enregistrée (uniquement dépassée l'année record El Niño de 2016). 2019 est la 8ème année consécutive durant laquelle le niveau moyen mondial de la mer a augmenté par rapport à l'année précédente, atteignant un nouveau record : 87,6 mm au-dessus de la moyenne de 1993 (et culminant mi-2019).

Une étude (2019) publiée par la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) révèle la conséquence de la fonte des glaces sur le niveau de la mer. Les scientifiques estiment que le niveau de la mer pourrait grimper jusqu'à 2,4 mètres d'ici la fin du siècle, faisant disparaître alors de nombreuses îles du pacifique. Cette étude inquiétante est toutefois réalisée avec l'aide d'experts et un changement de méthode de travail et se base sur trois mécanismes physiques que sont l'accumulation des précipitations neigeuses, l'écoulement des glaces et le ruissellement de surface affectant le Groenland.

2019 : Rapport spécial du GIEC sur les océans et la cryosphère dans un monde dont le climat change

D'après le rapport spéciale du GIEC de 2019 le niveau moyen de la mer augmentera d'ici à 2100 d'environ 0,43 m (intervalle de confiance 0,29 à 0,59 m) dans un scénario de faible émission de gaz à effet de serre (RCP2.6) et d'environ 0,84 m (intervalle de confiance 0,61 à 1,10 m) dans un scénario de forte émission de gaz à effet de serre (RCP8.5). Ce rapport souligne qu'il existe des fortes incertitude quant à la vitesse de fonte de l'inlandsis de l'Antarctique et que sa contribution pourrait être sous estimée dans les intervalles de confiance. La contribution de l'Antarctique pourrait conduire à une hausse du niveau des mers de 2,3 à 5,4 m d'ici 2100 pour le scénario RCP8.5.

Prévisions à très long terme

Si les résultats sont souvent présentés à l'échelle du siècle, la montée des eaux ne s'arrêtera pas en 2100. Selon le P^r Kenneth G. Miller (Université de Rutgers), si l'on compare la situation de la terre du XXI^e siècle à celle du Pliocène (période marquée par une eustasie importante), ce sont 12 à 22 m de hauteur d’eaux marines qui auront recouvert les terres les plus basses au tout début du prochain millénaire, si la température moyenne de la terre n'augmente effectivement pas de plus de 2 °C (scenario bas retenu par la communauté internationale). À cause de la fonte des glaces et de l’expansion thermique des mers, les océans engloutiraient alors les terres aujourd’hui (2010) occupées par environ 70 % de la population humaine. Il se base notamment sur des données paléoenvironnementales collectées en Virginie, dans l'Océan Pacifique et en Nouvelle-Zélande (Le taux de CO₂ atmosphérique actuel (2012) tend à s’approcher de celui du Pliocène (- 3 millions d’années), Or il était à cette époque associé à un climat moyen plus chaud de 2 °C, et à un niveau marin plus élevé de 12 à 22 mètres qu'aujourd'hui.
« Cette montée des océans inondera les côtes du monde entier et affectera environ 70 % de la population mondiale » dit H. Richard Lane (Directeur de programme à la division Géologie de la National Science Foundation, qui finance cette recherche). Shanghai, Le Caire, Londres ou La Nouvelle-Orléans seraient alors totalement englouties sous les eaux, et le Bangladesh, le Cambodge ou les Pays-Bas, une grande partie de la Belgique et du nord de la France effacée des cartes. La réalisation de ce scénario (qui, avec + 2 °C n'est pas le plus alarmant) obligerait l’humanité à densifier ses populations sur des territoires toujours plus petits.

Effets et enjeux de l'élévation du niveau de la mer

Zones à risques de submersion, pour l'Europe

Sur la base des projections rappelées ci-dessus, le rapport TRE du GIEC (IPCC TAR) WG II note qu'on peut s'attendre à ce que le changement actuel et futur du climat ait divers impacts sur les systèmes côtiers ; incluant une érosion côtière accélérée, une exacerbation de l'occurrence et de l'ampleur des inondations, des invasions marines dues aux tempêtes, l'inhibition de processus de production élémentaires, des changements dans les caractéristiques et dans la qualité de l'eau de surface et des eaux souterraines (salinisation), davantage de pertes de propriétés et d'habitats littoraux, des pertes de ressources et de valeurs culturelles et sociales, déclin de la qualité du sol et de l'eau, pertes économiques (agriculture, aquaculture, tourisme, loisirs) et liées et les services de transports (les littoraux sont souvent bordés d'infrastructures importantes ou vitales pour les transports nationaux). Des pertes potentielles de vie font partie des impacts cités par le GIEC.

Les modèles projettent des différences régionales et locales importantes dans les changements relatifs du niveau marin. Les impacts varieront aussi selon les capacités de résilience écologique des écosystèmes et donc selon les zones biogéographiques et leur état de santé (Alors que l'objectif de bon état écologique et physico-chimique des masses d'eau, poursuivi par la directive cadre européenne sur l'eau semble ne pas pouvoir être partout atteint en 2015 comme prévu (au rythme des progrès actuels). Des changements floristiques, fauniques, trophiques et de biomasse sont déjà observés, mais dont les causes sont difficiles à démêler (le réchauffement ou des perturbations induites par la surpêche sont probablement aussi en cause).
La biodiversité et biomasse de la zone intertidale moyenne et basse (là où elle est la plus riche) pourraient être affectées si l'eau monte trop rapidement.

Cas des littoraux

Ils sont plus ou moins exposés, selon leur altitude ou leur degré de poldérisation, mais aussi selon la nature des substrats, leur orientation, le climat local, leur position dans un détroit, etc. Les données statistiques prospectives sur les impacts sur l'Homme de l'élévation des mers sont rares, mais certaines données paléoclimatiques et sur les paléopaysages peuvent renseigner sur la manière dont ils ont été affectés lors des avancées marines précédentes.

Une étude rappelait en 2007 que 634 millions de personnes vivent près des côtes et à moins de 10 mètres au-dessus du niveau marin. Et deux tiers des villes de plus de cinq millions d'habitants sont situées dans des secteurs côtiers de basses terres. Ce sont dans de nombreux pays les littoraux qui s'urbanisent le plus vite et qui sont le plus touchés par la périurbanisation, dont en France, selon l'Observatoire du littoral de l'Institut français de l'environnement.

Une grande partie des usines chimiques, des raffineries, des grands ports stratégiques, des centrales électriques, notamment nucléaires les plus puissantes y sont construites. Ce sont aussi sur des atolls vulnérables à la submersion qu'on a fait de nombreux essais nucléaires (Moruroa, îles Marshall, dont l'atoll d'Eniwetok…).

Un enjeu important de protection de la nature existe aussi, car ce sont sur les littoraux qu'ont subsisté de nombreux milieux naturels précieux et menacés (par exemple coûteusement achetés par le Conservatoire du littoral en France) ; Ils abritent une partie importante des réserves naturelles et de la biodiversité mondiale. De nombreux récifs et mangroves risquent de ne pas pouvoir croître assez vite pour s'adapter à une montée de l'eau, surtout si celle-ci devient plus turbide et polluée en raison d'une augmentation de l'érosion, ce qui semble être déjà le cas. Toutes ces ressources sont menacées par la montée des océans.

Dans le monde, de nombreuses régions littorales ont commencé à consolider ou rehausser leurs digues, à redimensionner leurs systèmes d'écluses ou de protection, sans néanmoins qu'il y ait de consensus sur la hauteur du risque à envisager ou sur les dates butoirs.

Ce n'est pas la hauteur moyenne, mais les maxima qu'il faut prendre en compte, ce qui nécessite d'intégrer les combinaisons possibles de facteurs d'exacerbation que sont les tempêtes, les dépressions et les crues, voire le risque de tsunami. La Flandre belge a par exemple décidé de maintenant prendre en compte le risque de surcote lié à une tempête « millénaire » dans son plan de protection des côtes mis en place par l’État et les dix communes côtières concernées. En effet, sans renforcement des digues et du cordon dunaire sur au moins 1/3 du littoral belge, selon les modélisations, presque toute la côte et les villes des zones arrière dunaires et de polders seraient inondées, jusqu'à Bruges.

Cas des îles

L'atoll de Baa aux Maldives.

Le GIEC a suggéré que les deltas et les petits États insulaires pourraient être particulièrement vulnérables à la montée des mers. Des phénomènes de compensation isostatique pourraient toucher la Baltique et certaines îles. L'élévation relative du niveau marin pourra être exacerbée par des affaissements ou pertes substantielles de terres dans certains deltas. À ce jour, les changements de niveau marin n'ont pas encore causé de graves pertes environnementales, humanitaires, ou économiques dans les petits États insulaires. L'enfoncement d'une partie des terres des nations insulaires des Tuvalu avait d'abord été attribué à la seule montée de la mer, mais des articles ont ensuite suggéré que des pertes importantes de terre résultaient de l'érosion induite par les cyclones Gavin, Hina, et Keli de 1997. Les îles en question n'étaient pas peuplées. Reuters cite d'autres îles Pacifiques qui font face à un risque grave, dont l'île de Tegua dans Vanuatu. l'Agence affirme que les données de Vanuatu ne montrent aucune élévation nette du niveau de la mer, et ne sont pas corroborées par des données de mesure de marée. Les données de mesure de marée de Vanuatu montrent une élévation nette d'environ 50 millimètres de 1994 à 2004. La régression linéaire de cet enchaînement à court terme suggère une vitesse d'élévation d'environ 7 mm/an, bien qu'il y ait une variabilité considérable et qu'il soit difficile d'évaluer la menace exacte qui pèse sur les îles en utilisant un enchaînement à si court terme.

Pour éviter un afflux supplémentaire de réfugiés climatiques, diverses options ont été proposées pour aider les nations insulaires à s'adapter à l'élévation du niveau marin et à des tempêtes plus fréquentes ou plus graves.

Intrusion d'eau salée dans les aquifères côtiers

Certains aquifères côtiers communiquent avec l'océan, ce qui est matérialisé par l'existence d'exsurgences sous-marines. Lorsque le niveau de l'aquifère baisse (surexploitation), le risque est l'intrusion d'eau de mer, augmentant la salinité de l'aquifère, et rendant potentiellement son eau inutilisable. L'élévation du niveau de la mer augmente ce risque. Il est mal connu et doit être évalué au cas par cas. C'est un risque potentiellement considérable, car il peut concerner les aquifères qui alimentent en eau douce des régions côtières très peuplées.

Cas des polders

Les zones de polders comptent parmi les plus vulnérables. Dans certains cas (Pays-Bas), des polders sont rendus à la mer ou vont l'être. En cas de recul des nappes d'eau douce, l'avancée d'un « biseau salé » sous une digue ou un cordon dunaire est possible. Les régions de polders et de marais sont particulièrement exposées par leur altitude très voisine du niveau moyen de la mer. Si l’augmentation de la profondeur à l’extérieur des digues n’est pas compensée par une sédimentation équivalente, elle provoque une diminution de la réfraction des vagues, d'où une énergie plus grande libérée sur le littoral et une vulnérabilité accrue des ouvrages de défense contre la mer. Par ailleurs, la plus grande profondeur peut entraîner une modification de direction des courants, ce qui soumet le tapis végétal à une plus longue durée de submersion et à une salinité plus élevée, causant son appauvrissement. En plein essor depuis les années 1980, de nouvelles formes de gestion du littoral axées sur la dépoldérisation développent une politique défensive face à la mer. Ce mouvement consiste à rendre à la mer les étendues de terre qui avaient été gagnées sur l’eau. La dépoldérisation permet de se défendre contre la mer sans dommages environnementaux. Elle participe même à reconstituer des milieux naturels. Dépoldériser entraîne une modification du milieu par resalinisation de celui-ci et permet la reconstitution d’un écosystème maritime composé de slikke et de schorre. Sa végétation halophile dense et épaisse est un frein pour la pénétration de la mer puisqu’elle contribue à l’accumulation des sédiments.

Les aménagements humains pour protéger l'habitat de la mer impactent les prix et le consentement à payer ; ainsi les prix des loyers semblent évoluer selon le niveau de sécurité ressentie lié à la présence de digues.

Conséquences sociales : migrations et conflits

Les conséquences de l'élévation du niveau de la mer sont nombreuses sur différents plans (social, environnemental, économique, etc.). Sur le plan social, les impacts peuvent varier de pays à pays.

Les populations exposées à un niveau de la mer élevé qui submerge les côtes habitées sont obligées de migrer pour échapper à leur position vulnérable. Au Bangladesh, deux types de migrations peuvent être mises en évidence : premièrement, la migration interne qui pousse les habitants ruraux à se déplacer vers la région urbaine et deuxièmement, la migration internationale qui a surtout lieu vers l'Inde. The State of Environmental Migration 2011 a publié un tableau concernant la présence des migrants bangladais dans différents états indiens :

États	West Bengal	Assam	Bihar	Delhi	Tripura	Rajasthan	Maharashtra
Nombres en millions	5,4	4	0,5	1,5	0,8	0,5	0,5

Au Nigeria, la migration de la population se limite au déplacement interne, population composée de personnes déplacées à l’intérieur de leur propre pays qui ont été forcées à fuir leur lieu de résidence habituel, notamment en raison de catastrophes naturelles, et qui n’ont pas franchi les frontières internationalement reconnues d’un État. Mais le changement climatique est vécu de manière très différente selon les régions et les catégories sociales concernées, car la vulnérabilité à l’égard de l’environnement est le résultat des facteurs socio-économiques et géographiques spécifiques qui façonnent chaque société. C’est ainsi que certains pays, pourtant très exposés à l’élévation de la mer, parviennent à développer des programmes et infrastructures de défense efficace face à la menace des eaux. Se situant dans la partie du monde où les ressources financières sont les plus élevées, les Pays-Bas ont développé depuis la fin du XX^e siècle différentes techniques de protection devant cet enjeu climatique majeur. Aujourd’hui, la population néerlandaise n’est plus en permanence directement menacée par les inondations susceptibles de provoquer des migrations.

Le phénomène des migrations climatiques est susceptible de causer des conflits dans les régions déjà sensibles de la planète. Ainsi, au Bangladesh, des conflits externes ont explosé à cause de la migration élevée vers l'Inde qui aggrave la concurrence pour l’accaparement de ressources déjà rares. Cette concurrence entraîne le déclenchement de tensions ethniques à la frontière et à l’intérieur des terres.

Adaptations et contre-mesures

Cartographie des zones touchées selon le niveau

Carte des territoires qui seraient submergés en cas d'élévation de la mer de 6 m

La montée de la mer aura des impacts différents et ne se fera pas à la même vitesse partout. De plus, au fur et à mesure de la submersion, l'érosion et de nouveaux cordons dunaires pourront modifier le trait de côte. Cartographier le futur trait de côte et son évolution relève encore du domaine de la prospective et de ses incertitudes.

Enfin, de nombreuses méthodes et représentations visuelles du risque de submersion existent à ce jour (voir John C. Kostelnick, Dave McDermott, Rex J. Rowley, Cartographic methods for visualizing sea level rise) ; leur précision dépend de celle du modèle numérique de terrain, mais pas uniquement (il faut notamment tenir compte des rééquilibrages eustatiques et isostatiques). Il existe des sites (par exemple Flood Maps) calculant en ligne dans le monde, mais assez grossièrement, les zones submergées en fonction la hauteur de la mer selon le MNT (modèle numérique de terrain).

Mesures d'adaptation

Certains pays (Allemagne, Belgique, Danemark, Pays-Bas, Royaume-Uni) ont produit des plans préparant le pays à limiter les risques et/ou à s'y adapter.

L'Union européenne a produit une directive sur les inondations, incluant la préparation à l'aléa submersion marine (« inondations par la mer des zones côtières »).

Propositions de géo-ingénieurie

Différentes propositions ont été formulées en matière de géo-ingénieurie : d'un part, celles visant à ralentir, de façon générale, le réchauffement climatique, d'autre part, celles visant à agir directement sur le niveau de la mer.

Géo-ingénierie sur le climat

De nombreuses idées visant à freiner le réchauffement climatique par une intervention humaine ont été proposées : ensemencement des océans, action sur l'albedo, réflecteurs solaires en orbite, aérosols, etc.

Action sur les glaciers ==

Partant du constant qu'une partie importante de l'élévation du niveau de la mer prévue dans les prochaines décennies vient d'un petit nombre de glaciers bien localisés, plusieurs auteurs ont proposé d'entreprendre des travaux à grande échelle pour ralentir leur fissuration et leur glissement vers la mer, et pour stabiliser ou augmenter leur masse.

Une famille de propositions se base sur l'idée d'augmenter l'albédo de la surface de la neige ou de la glace, afin de ralentir sa fonte, et de permettre éventuellement ne accumulation d'une année sur l'autre. Une petite expérimentation a été menée sur un lac du Minnesota en 2016 : la fonte de la couche de glace a été ralentie par l'utilisation de microbilles de verre. Dans les Alpes Italiennes, des bâches blanches sont installées chaque été depuis 2008 sur le glacier de Presena, à la fois pour augmenter l'albédo pour pour réduire les échanges thermiques avec l'air ambiant. Il a aussi été proposé de retirer la surface "sale" (débris naturelle ou pollution) de certains glaciers (éventuellement pour en faire des talus freinant l'érosion éolienne), ou de la recouvrir d'une couche de neige.

Une autre piste proposée est d'appliquer le principe ensemencement des nuages au dessus des zones les plus froids du Groenland et d'Antarctique, afin d'y augmenter les précipitations et donc l'accumulation de glace, renforçant certains glaciers. Diverses solutions ont été proposées pour freiner mécaniquement le glissement des glaciers vers la mer : construction d'ancrages en béton, utilisation de chaines ou de cables d'acier, murs s'opposant au vêlage.

Enfin, d'autres propositions consistent à cibler la couche d'eau liquide séparant les glaciers des substrat rocheux, par exemple en pompant l'eau via un forage, ou en la réfrigérant sur place.

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Sea level rise » (voir la liste des auteurs).

Annexes

Législation

• Directive  2007/60/CE du Parlement et du Conseil relative à l’évaluation et à la gestion des risques d’inondation, 32007L0060, adoptée le 23 octobre 2007, JO du 6 novembre 2007, p. 27-34, entrée en vigueur le 26 novembre 2007 [consulter en ligne, notice bibliographique]
  

Articles connexes

• Acidification des océans
• Enjeux du réchauffement climatique
• Eustatisme
• Évènement de Heinrich
• Marégraphe
• Modélisation des glaciers
• Niveau de la mer
• Paléoclimatologie
• Réchauffement climatique
• Recul des glaciers depuis 1850
• Submersion marine
• Risques d'effondrements environnementaux et sociétaux
• Transgression marine

Liens externes

• « Montée des océans : les littoraux en danger », La Méthode scientifique, France Culture, 24 avril 2019
• « Réseaux de référence des observations marégraphiques (REFMAR) »
• « SONEL »
• « Évolution du niveau des mers »
• Virginie Blanchette-Séguin, « «Élévation du niveau de la mer et frontières maritimes: les États possèdent-ils des droits acquis sur leur territoire submergé?» », Revue québécoise de droit international, Numéro 26.2 – 2013, 1 octobre 2014,
• Thierry Priou, « Le niveau de la mer monte-t-il ? », 2015 (consulté le 20 août 2018)
• (en) « Sea Level Changes in the Past, Present and in the Near-Future Global Aspects Observations versus Models », IGCP Project No. 437 Puglia 2003 - Final Conference (consulté le 10 février 2005)
• (en) « Sea Level Changes: The Maldives Project Freed From Condemnation to become Flooded », IGCP Project No. 437 Puglia 2003 - Final Conference (consulté le 10 février 2005)
• (en) Providing new homes for climate exiles Sujatha Byravan et Sudhir Chella Rajan, 2006
• (en) New perspectives for the future of the Maldives Nils-Axel Mörner, Michael Tooley, Göran Possnert, 2004
• (en) « Physical Agents of Land Loss: Relative Sea Level », An Overview of Coastal Land Loss: With Emphasis on the Southeastern United States (consulté le 14 février 2005)
• (en) Changes in the Earth's shorelines during the past 20 kyr caused by the deglaciation of the Late Pleistocene ice sheets, du Service Permanent pour le Niveau Moyen de la Mer
• (en) Includes picture of sea level for past 20 kyr based on barbados coral record
• (en) Global sea level change: Determination and interpretation
• (en) Sea level rise FAQ (1997)
• (en) The Global Sea Level Observing System (GLOSS)
• (en) The GLOSS Station Handbook
• (en) « Sea Level Rise Reports », site Web du US Environmental Protection Agency
• (en) Sea level rise - How much and how fast will sea level rise over the coming centuries? Past
• (en) Sea level rise - How much and how fast will sea level rise over the coming centuries? Present

Modélisations

• Exemple de simulateur, ici proposé par la revue National Geographic (en) ;
• Autre simulateur, basé sur le modèle numérique de terrain (MNT) (fr)
• Interactive sea level map (en)
• Simulation de la montée de la mer, avec relief simulé par la couleur (globalwarmingart)
• Modélisation et visualisation des courants de l'océan mondial, par la NASA ; l'une des incertitudes des modèles géoclimatiques porte sur la manière dont les courants marins (Gulf Stream notamment) vont réagir aux changements de température et salinité de l'océan et aux changements de forme des littoraux liés à la montée de la mer.
• Autre simulateur

Bibliographie

• Barroca B & Hubert G (2008) Urbaniser les zones inondables, est-ce concevable ?, Développement durable et territoires, Dossier 11 : Catastrophes et Territoires
• Carling C. Hay, Eric Morrow, Robert E. Kopp & Jerry X (2015) Mitrovica (2015) Probabilistic reanalysis of twentieth-century sea-level rise, Nature, Letter, mis en ligne 14 janvier 2015 ; doi:10.1038/nature14093 PDF, 12 pages
• Conseil général de Charentes maritime (2007), Diagnostic des digues maçonnées « extérieures » de l’île de Ré, Phase 5 : Hiérarchisation des risques liés à la rupture et/ou au dysfonctionnement des digues, p. 29
• Lauriane Paul (2011) des critères de l’acceptation du risque de submersion marine par la population ; Application sur l’île de Ré à la suite de la tempête Xynthia, projet de fin d'étude 2010-2011, sous la direction de Marc-André PHILIPPE, SCD, Université de Tours, PDF, 75p
• Ganier E. & Surville F. (2010), La tempête Xynthia face à l’histoire, submersion et tsunamis sur les littoraux français du Moyen Âge à nos jours ; L’exemple du littoral aunisien et de ses prolongements d’entre Loire et Gironde, La Croît Vif, 174 p.
• Laurent Labeyrie (2015), Submersion. Comment gérer la montée du niveau des mers, Éditions Odile Jacob, 176 p.
• OCDE (2019), Hausse du niveau des mers : Les approches des pays de l'OCDE face aux risques côtiers, Éditions OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264312999-fr. existe aussi en anglais (résumé)