VIE et STRUCTURE des océans

Admin-lane · le 18 juillet 2013

Les océans couvrent 70% de la surface de la Planète. Le moins qu'on puisse dire, c'est qu'il s'agit d'un élément important. L'océan est la grande fosse dans laquelle se retrouve, en bout de ligne, les matériaux qui ont été arrachés aux continents.

Ce dossier a été élaboré par Pierre André Bourque, professeur et chercheur à l'Université de Laval au Québec, pour Futura Sciences

Nasa

Dossier Futura Sciences 2004

Admin-lane · le 18 juillet 2013

Le relief des fonds océaniques est un héritage de la tectonique des plaques.

Voyons d'abord les grandes lignes du relief des fonds océaniques exprimé par la figure suivante.

Pierre André Bourque

Le plateau continental, correspondant à la marge de la croûte continentale, est de bathymétrie (profondeur d'eau) très faible comparativement au reste de l'océan, de zéro à moins de 200 mètres. Sa pente moyenne est très faible, 0° 7' seulement.

Le talus continental a une pente de l'ordre de 4° seulement, mais qu'on représente le plus souvent, dans notre iconographie habituelle, comme très abrupte. Par rapport au plateau continental, il s'agit néanmoins d'un changement de pente relativement brusque, créant une rupture de pente importante et marquée. Cette rupture se fait à une profondeur de 132 mètres en moyenne.

A la base du talus, il y a une sorte de bombement qu'on appelle le glacis continental. Toute cette zone qui va, du rivage jusqu'à la base du glacis, forme ce qu'on appelle la marge continentale.

Le bassin océanique proprement dit est formé de la plaine abyssale (4000 à 6000 mètres de profondeur) et la crête médio-océanique (2000 à 3000 mètres). Des fosses profondes caractérisent le pourtour du Pacifique (la fosse des Mariannes atteint les 11 033 mètres).

On comprend mieux l'origine de ces reliefs lorsqu'on sait comment se forme un océan. La topographie d'une marge continentale a hérité du processus de rifting, d'abord continental, puis océanique. Le plateau continental correspond à la croûte continentale, et la rupture de pente, à la terminaison de cette croûte.

La couverture sédimentaire vient adoucir les reliefs de la croûte. Le glacis correspond à l'empilement des sédiments à la base du talus. Dans la figure ci-dessus, il s'agit d'une marge océanique dite passive, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'activité tectonique significative: croûte océanique et croûte continentale font partie de la même plaque lithosphérique.

Dans la figure qui suit, la marge est dite active, à cause de la collision entre deux plaques. Les fosses profondes correspondent à des zones de subduction et constituent la frontière entre les deux plaques lithosphériques.

Pierre André Bourque

La formation d'un océan se déroule en quatre étapes

Pierre André Bourque

L'accumulation de chaleur sous une plaque continentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il s'ensuit des forces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence. Le magma viendra s'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental; les laves formeront des volcans ou s'écouleront le long des fissures.

Pierre André Bourque

La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en escalier, ce qui produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements de laves le long des fractures.

Pierre André Bourque

Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines envahissent la vallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent progressivement l'un de l'autre. Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique basaltique (croûte océanique) de part et d'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer linéaire.

Pierre André Bourque

L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un océan de type Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux continentaux correspondant à la marge de la croûte continentale.

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Admin-lane · le 18 juillet 2013

Dans son ensemble, la charge sédimentaire du littoral n'est qu'en transit; en bout de ligne, le gros des sédiments qui proviennent des continents vont se retrouver surtout sur le glacis aux pieds du talus.

Pierre André Bourque

Une partie de la charge sédimentaire du littoral est transportée vers le large (l'offshore), principalement par suspension. Il s'agit des sédiments à particules fines, soit les boues et les sables très fins. Occasionnellement, lors des grandes tempêtes par exemple, des sables un peu plus grossiers peuvent être amenés dans l'offshore. Mais, dans l'ensemble, l'offshore, et particulièrement la marge du plateau continental, se caractérisent par l'empilement de sédiments plutôt fins.

L'autre partie de la charge sédimentaire du littoral, soit les sédiments plus grossiers, sables et graviers, est apportée à la base du talus, sur le glacis continental.

Ces sédiments sont chenalisés dans les canyons sous-marins qui, à plusieurs endroits, entaillent le plateau continental. Ces canyons sont le plus souvent les vestiges d'une érosion qui s'est faite durant des périodes où le niveau des mers était beaucoup plus bas qu'aujourd'hui; certains prennent leur source tout près du littoral.

Les sédiments y sont transportés par divers mécanismes, tels les avalanches, le glissement en masse, les courants de turbidité, ou la simple reptation (un glissement très lent de la masse sédimentaire). Il se forme des cônes sédimentaires très volumineux à l'embouchure des canyons, de véritables deltas des grandes profondeurs.

A la marge du plateau continental, au voisinage de la rupture de pente et sur le talus, l'accumulation des matériaux crée des masses sédimentaires souvent en équilibre fragile et le moindre séisme ou simplement les effets de la surcharge contribuent à briser l'équilibre, amenant fréquemment des avalanches qui entraînent de grandes masses de sédiments qui se déposent sur le glacis et construisent ainsi ce dernier.

La sédimentation à la marge continentale est donc principalement terrigène, c'est-à-dire que les matériaux proviennent de l'érosion des continents. Mais l'océan contribue aussi à produire ses propres sédiments.

Le plancton est un des éléments essentiels des océans.

Pierre André Bourque

Le plancton constitue l'ensemble des micro-organismes qui vivent à la surface des océans, dans une couche qui fait jusqu'à plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur et qui dépasse même les 100 mètres par endroits ; c'est une véritable soupe organique.

Une grande proportion de ces micro-organismes possède un squelette minéralisé, soit en carbonate de calcium (CaCO3, le minéral calcite ou aragonite), comme par exemple les foraminifères ou certaines microalgues du nannoplancton, soit en silice (SiO2), comme les diatomées et les radiolaires. Après la mort d'un individu, son squelette devient une particule sédimentaire.

Il s'ensuit que la surface des océans produit une pluie continuelle de très fines particules. Cette pluie, composée de matières organiques non encore oxydées (M.O.), de CaCO3 (calcite et aragonite) et de silice (SiO2) produit une couche sédimentaire sur le plancher océanique.

Il existe une limite naturelle en milieu océanique qu'on appelle la CCD (carbonate compensation depth = niveau de compensation des carbonates) et qui a une influence importante sur la composition des sédiments des fonds océaniques. Le plancher océanique se trouve par endroits sous ce niveau, mais en d'autres endroits au-dessus de ce niveau.

En somme, le gros des sédiments au large des marges continentales est produit par l'océan lui-même, biologiquement ; ces sédiments forment, à la grandeur des plaines abyssales et des zones de dorsales, une couche composée d'un mélange de matières organiques, de silice et possiblement de carbonates, avec des proportions variables d'argiles et de poussières atmosphériques.

Au milieu des années 1970, une découverte étonnante, les sources hydrothermales des fonds océaniques, a mis en évidence un type très particulier de dépôts océaniques: des dépôts métallifères de sulfures massifs. Ces dépôts se font à la faveur d'un système hydrothermal aux dorsales médio-océaniques illustré par le schéma suivant:

Pierre André Bourque

Des sources hydrothermales jaillissent de grandes cheminées, les fumeurs noirs, sur les fonds océaniques. Elles proviennent du mélange de deux types de fluides:

- 1) les( fluides hydrothermaux magmatiques, issus des vapeurs d'eau qui s'échappent du magma qui cristallise; ces fluides hydrothermaux qui peuvent être chargés en métaux dissouts s'infiltrent dans les fractures de la croûte océanique et remontent vers la surface;

- 2) l'eau de mer qui s'infiltre aussi dans les fractures de la croûte; ces eaux marines ont des températures de l'ordre de 2°C, un pH marin légèrement alcalin de 7,8 et sont oxydantes; elles contiennent passablement d'ions sulfates (SO42-), mais sont très pauvres en métaux.

Le mélange se fait en grande profondeur (quelques milliers de mètres). C'est un mélange hydrothermal à 350°C, bien différent de l'eau marine, qui est craché par les sources des fonds océaniques. Il est éjecté avec des vitesses de 2 à 4 cm/sec; il est réducteur et son pH est acide(3,5); il contient de l'hydrogène sulfuré (H2S) et, surtout, il est très chargé en métaux tels que le fer, le manganèse, le zinc et le cuivre. C'est ce qui conduit à une accumulation de sulfures massifs métallifères.

Comme le montre le schéma qui suit, lorsque le mélange de la source hydrothermale rencontre l'eau marine riche en ions sulfates, il se forme d'abord un collet de sulfate de calcium (CaSO4; anhydrite) par précipitation chimique; puis à la faveur d'une réaction chimique entre ce sulfate de calcium et les ions métalliques de la solution chaude, le sulfate est remplacé par les sulfures de fer, de zinc et de cuivre.

Pierre André Bourque

La présence d'inclusions d'anhydrite persistant dans les sulfures métalliques témoignent de ce processus de remplacement.

Progressivement, se construit la cheminée par croissance de son collet de sulfate de calcium qui, exposée à la solution chaude métallifère, se transforme en sulfure métallique.

Il y a un autre aspect important relié à l'existence de ces sources hydrothermales. Ce système agit comme une pompe très efficace qui aspire l'eau de mer à travers la croûte océanique et la réinjecte dans le bassin océanique au niveau des sources. On évalue qu'il faut de 6 à 10 millions d'années (Ma) pour que tout le volume d'eau des océans passe à travers cette pompe; en d'autres termes, l'eau des océans est recyclée à chaque 6 ou 10 Ma.

A - Les courants de turbidité

Un mécanisme de transport et de sédimentation très important qui agit aux marges continentales, dans les canyons sous-marins, sur les deltas des grandes profondeurs ou sur le talus continental, est le courant de turbidité qui, d'un point de vue géologique, présente une fréquence élevée.

L'exemple du courant de turbidité qui a eu lieu le 18 novembre 1929 à la marge des Grands Bancs de Terreneuve est un bon exemple qui permet de mieux comprendre ce mécanisme de transport des matériaux. La vitesse et la progression de ce courant de turbidité ont été particulièrement bien documentées grâce à la rupture des cables télégraphiques sous-marins qui reposaient sur le fond. Un séisme dont l'épicentre se situait sur le talus continental au sud de Terreneuve a causé un gigantesque glissement de terrain qui a mis en suspension des tonnes de sédiments formant un courant dense (turbidité) qui s'est écoulé sur le fond marin et s'est étalé sur une distance de plus de 800 km sur la plaine abyssale de Sohm.

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Tous les câbles sous-marins dans le secteur du séisme ont été brisés instantanément. Les autres câbles, plus distants, ont été coupés à mesure qu'ils étaient fauchés par le courant de turbidité. La progression du courant est indiquée par l'heure à laquelle chaque câble a été brisé (pour le besoin de la démonstration, le temps 00h00 sur le schéma correspond au déclenchement du courant.

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La vitesse maximum du courant a été évaluée à 95 km/h. Environ 100 km3 de sédiments furent transportés et épandus sur une surface de 100.000 km2 en une seule couche de quelques centimètres d'épaisseur. Une telle couche s'appelle une turbidité. La répétition de tels événements durant la vie d'une marge continentale (plusieurs millions d'années) construit d'épaisses séquences sédimentaires contenant des milliers de turbidité.

Un tel mécanisme de sédimentation par courants de turbidité peut paraître, à l'échelle humaine, plutôt exceptionnel et peu significatif. Pourtant, il constitue un mécanisme très important qui a construit d'épaisses séquences sédimentaires anciennes.

Faisons un petit calcul simple pour nous en convaincre. Supposons que dans une région donnée, il ne se déclenche un courant de turbidité qu'à chaque siècle seulement et que chaque courant de turbidité dépose une couche (une turbidité) de 3 centimètres d'épaisseur en moyenne. Sur une période de 1 million d'années (Ma), il se sera déposé 300 mètres de sédiments.

Une marge continentale passive peut fonctionner pendant plusieurs millions d'années; par exemple, celle de l'Est de l'Amérique fonctionne depuis près de 170 Ma. On évalue que la marge passive de l'Océan Iapétus, soit cet océan dans lequel se sont déposés les sédiments qui forment aujourd'hui les Appalaches, a fonctionné pendant au moins 100 Ma. Au rythme postulé, il se serait déposé 30.000 mètres (30 kilomètres) de sédiments durant cette période de 100 Ma.

Evidemment, ce calcul est simpliste: la fréquence et l'épaisseur des turbidité peuvent être très variables ; les phénomènes de compactions des sédiments ne sont pas pris en compte, pas plus que la quantité des sédiments qui se déposent par suspension entre les coulées de turbidité. Il concrétise néanmoins l'ampleur du phénomène à l'échelle géologique.

Il n'est donc pas surprenant de constater que les sédiments de la marge de l'Océan Iapétus qui forment aujourd'hui les séquences rocheuses d'une grande partie de la rive du Bas St-Laurent-Gaspésie, de Québec à Cap-des-Rosiers, soient constituées d'épaisses séquences à turbidité qui se mesurent en plusieurs milliers de mètres d'épaisseur.

B - Le niveau de compensation des carbonates (CCD)

Il s'agit d'un niveau en milieu océanique, sous lequel le carbonate de calcium (CaCO3) se dissocie, c'est-à-dire que lorsque des particules de CaCO3, comme celles qui viennent du plancton, atteignent ce niveau, elles sont dissoutes et se retrouvent dans l'eau sous leur forme ionique Ca²⁺et HCO3-. Ce niveau est contrôlé par la température de l'eau. Il se situe à des profondeurs variables selon la latitude et la nature de la circulation océanique; aux tropiques, il se situe autour de 6000 mètres de profondeur.

La CCD exerce donc une influence sur la composition des sédiments des fonds océaniques. Les couches supérieures de la surface océanique produisent une pluie de matériaux fins composés de matières organiques, de CaCO3, de SiO2, ainsi que d'une certaine quantité d'argiles décantées de la sédimentation terrigène et de poussières atmosphériques qui se déposent à la surface des océans.

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Durant la sédimentation de ce matériel, une partie de la matière organique est oxydée par l'oxygène libre de l'eau marine, mais une autre partie atteindra le fond sans être oxydée. Au-dessus du niveau de compensation des carbonates (CCD), les sédiments du fond océanique auront la même composition que la pluie originelle, moins une certaine quantité de matières organiques. Sous la CCD, les carbonates sont dissouts dans la colonne d'eau; il en découle qu'en général les particules d'aragonite et de calcite n'atteindront pas le fond.

C - Sources hydrothermales des fonds océaniques

Les années 1970 ont vu une découverte absolument étonnante dans le rift des dorsales océaniques: des sources chaudes (hydrothermales) qui déposent des métaux sous forme de sulfures massifs et qui alimentent une vie prolifique qu'on ne croyait pas possible à de telles profondeurs.

C'est là une découverte capitale qui est venue éclairer notre conception de la genèse des dépôts métalliques et bouleverser nos idées sur un certain nombre de certitudes en ce qui concerne la vie sur la planète et son apparition. Cette découverte s'est faite grâce aux progrès technologiques qui ont amené la mise au point des petits submersibles. Les forages océaniques du Glomar Chalenger avait bien ramené des dépôts métalliques au début des années 1970, mais on ne savait trop comment les expliquer.

La première expédition utilisant les submersibles a eu lieu en 1974 sur la dorsale médio-Atlantique, au sud-ouest des Açores; elle a été menée par une équipe franco-américaine qui a utilisé l'Alvin et la Cyana. On y a rapporté des dépôts métalliques par 2700 mètres de fond, mais encore là, la chose est demeurée incomprise.

Les premières véritables grandes découvertes ont eu lieu en 1977, sur la ride des Galapagos dans le Pacifique, puis en 1978 et 1979 sur la dorsale du Pacifique, à la hauteur de 21° Nord, au large du Mexique. On y a découvert de grandes cheminées qui crachaient des vapeurs noires, comme des hautes termitières percées de trous, des cheminées qui peuvent atteindre une vingtaine de mètres de hauteur. On les a baptisées les fumeurs noirs. Ces cheminées reflétaient la lumière du submersible comme si elles étaient composées de métaux. En fait, on s'est rendu compte qu'elles sont composées de sulfures massifs de fer, de zinc et de cuivre. L'eau qu'elles expulsent est à 350°C, de là leur nom de sources hydrothermales.

Ces sources, on les a d'abord trouvées dans le rift des dorsales, là où il y a du magmatisme de divergence. Ce magmatisme ne se fait pas de façon parfaitement continue; en fait, il y a alternance de périodes magmatiques où il y a intrusions et volcanisme (des périodes généralement courtes) et de périodes de repos où le magma refroidit et cristallise, causant le développement d'une fracturation poussée. C'est durant ces périodes de refroidissement, plus longues, que se forment les sources hydrothermales.

Ces cheminées ne sont pas isolées, mais, sur un site donné, on compte plusieurs cheminées, les unes actives, d'autres inopérantes (mortes). De plus, il n'y a pas que les sources à 350°C, c'est-à-dire les fumeurs noirs qui déposent des sulfures métalliques, mais il y a aussi des sources dites tièdes, à des températures de 15 à 20°C et des sources intermédiaires qui s'expriment sous la forme de fumeurs blancs riches en sulfate de calcium (CaSO4); ces deux derniers types de sources ne précipitent pas de sulfures métalliques. C'est que dans le cas des fumeurs noirs, le mélange des eaux marines et des fluides issues de la chambre magmatique se fait en grande profondeur, alors que dans les deux autres cas, le mélange se fait à des profondeurs plus faibles, entraînant une dilution plus importante des fluides magmatiques dans les eaux marines.

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Trois zones marines benthiques retiendront plus particulièrement notre attention, à cause de leur importance géologique:

- les plateaux continentaux calcaires,

- l'écosystème récifal corallien

- et les oasis des fonds océaniques.

A - Les plateaux continentaux calcaires

Au chapitre de la sédimentation en milieu marin, on a surtout insisté sur le fait que l'érosion des continents était le principal contributeur à la charge sédimentaire sur la marge continentale (charge terrigène). Mais cela n'est pas toujours vrai. Il arrive que la vie dans les océans soit si prolifique qu'en certains endroits elle contribue énormément à cette charge sédimentaire.

Ces endroits, ils sont vastes: ce sont les plateaux continentaux et les plates-formes insulaires qui se situent, en gros, entre les latitudes 30° N et 30° S (pour simplifier, disons les mers tropicales). Sur ces plateaux, la vie benthique (celle qui se trouve sur le fond des mers) est abondante, grâce à la combinaison de trois éléments essentiels à sa prolifération:

- une intensité d'illumination élevée parce qu'en milieu peu profond,

- une température chaude

- et une bonne oxygénation de l'eau grâce au brassage constant.

Un grand nombre d'organismes sécrètent un squelette calcaire (calcite ou aragonite) qui après la mort de l'organisme contribue à la charge sédimentaire sous forme de particules (charge allochimique). En fait, sur les plateaux des mers tropicales, ce sont essentiellement ces sédiments issus de la production biologique qui dominent. Les beaux sables blancs des plages tropicales en sont un bon exemple. On parle alors de plateaux ou de plates-formes calcaires.

Les taux de production des sédiments calcaires sont très élevés: on cite des chiffres de 1 m/millier d'années (Ka), ce qui est énorme à l'échelle géologique. (Le petit calcul fait plus haut sur les taux de sédimentation des turbidites indique un taux de 30 cm/Ka, 3 fois moins qu'ici). A titre de comparaison, le taux de sédimentation terrigène sur le delta du Mississipi est de l'ordre de 4 m/Ka, soit 4 fois plus que pour les calcaires. Mais il faut voir que l'accumulation sur un delta est localisée en un point et ne s'étend pas sur tout un plateau. On peut dire que de façon générale, le taux de la sédimentation calcaire contrôlée par la production biologique dépasse de beaucoup celui de la sédimentation terrigène. La vie produit donc une masse impressionnante de sédiments calcaires et il n'est pas surprenant que les séquences anciennes de roches sédimentaires soit si riches en calcaires.

B - L'écosystème récifal corallien

Si le gros de la biomasse océanique se situe au niveau du plancton, le maximum de la biodiversité se trouve au niveau des récifs coralliens (d'où l'importance de les protéger). En effet, on peut dire que le récif corallien est aujourd'hui le dépositaire et le ceuset de la plus grande biodiversité marine, au même titre que la forêt équatoriale l'est pour la biodiversité terrestre.

Le corail : Le grand responsable de la construction des récifs actuels est le corail. Celui-ci possède un squelette calcaire (aragonite) rigide, sécrété par une colonie de petites organismes (polypes) et est capable d'ériger une charpente solide et volumineuse.

Sur cette charpente vient se greffer toute une panoplie d'organismes diversifiés, animaux et végétaux, qui contribuent à construire et à grossir l'édifice; c'est un écosystème complexe, mais extrêmement bien réussi. Les coraux ne tolèrent ni l'eau froide, ni l'absence de lumière. Ils vont construire des récifs en eau chaude (plus de 18°C, préférablement au-dessus de 25°C) et en milieu peu profond à cause de l'abondance de lumière. C'est pourquoi on ne les retrouve que sur les plateaux continentaux et plates-formes insulaires de la zone tropicale. Les édifices coralliens s'élèvent à plusieurs mètres et même dizaines de mètres au-dessus du fond marin. Dans plusieurs cas, ils contrôlent la sédimentation.

L'écosystème récifal corallien est un système très dynamique: forces constructrices et forces destructrices s'y opposent. La croissance des coraux est rapide, amenant une croissance rapide de l'édifice. On cite des taux de 3 cm/année. Par contre, les forces destructrices (énergie des vagues, fluctuations du niveau des mers, changements de températures, prédation, activités anthropiques) peuvent aussi être très efficaces. Selon les forces dominantes, on assistera à la destruction ou à la croissance de l'édifice corallien.

En général, si les conditions qui ont amené l'implantation de l'écosystème sont maintenues sur une longue période et ne sont pas perturbées par des événements catastrophiques (comme des changements du niveau des mers reliés aux glaciations ou à la tectonique des plaques), le système récifal maintient une croissance rapide.

Cet écosystème qui repose principalement sur la bonne santé d'un seul élément, le corail, est aujourd'hui en danger.

Les récifs coralliens se retrouvent sur les plateaux continentaux calcaires ou les plates-formes insulaires en zone tropicale. Ils forment des barrières à la marge des plateaux continentaux, et on les appelle alors des barrières récifales, ou encore une frange autour des îles volcaniques, et on les appelle des récifs insulaires ou des atolls.

Lorsque les coraux s'implantent à la marge des plateaux continentaux, ils forment une barrière à l'énergie venant de la haute mer.

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Une des barrières récifales les mieux développées, et la plus longue, est la Grande Barrière d'Australie qui se situe à la marge nord-est de ce continent. Elle borde le plateau continental sur une distance de plus de 2000 km. Elle agit comme un amortisseur par rapport aux processus de la haute mer.

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Les vagues viennent se casser sur le récif. Les coraux devront y être robustes pour résister. Cet amortisseur crée, entre la barrière et la côte, une zone où l'énergie, le brassage, est plus faible: c'est le lagon. Il va s'y développer, entre autres, des récifs isolés où les formes plus fragiles pourront proliférer.

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La barrière de Belize, dans la mer des Caraibes est aussi une très belle barrière récifale. Elle s'étend de la Pointe du Yucatan, au nord, jusqu'au golfe du Honduras, au sud, une distance de plus de 600 km. Au niveau du Yucatan, le plateau continental est très étroit et la ceinture est très près de la côte; il s'agit alors de ce qu'on appelle un récif frangeant. Par contre au niveau du Bélize, la ceinture se situe de 20 à 30 km au large des côtes et forme une véritable barrière.

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Les constructions récifales coralliennes se retrouvent aussi à la marge des étroites plates-formes qui se développent autour des îles volcaniques des arcs océaniques, comme dans le cas des petites Antilles, ou des volcans de point chaud, comme ceux du Pacifique. Quand on parle de récifs coralliens, on évoque le plus souvent ces atolls de la Polynésie, avec de superbes lagons bleus, îles paradisiaques, palmiers, petites huttes de bambous, etc, etc. Ces atolls sont des récifs qui se sont développés après la formation de volcans de point chaud, à mesure que ceux-ci s'éloignent de leur source. Les schémas qui suivent expliquent la formation d'un atoll.

On sait que le plancher océanique s'abaisse progressivement par rapport au niveau marin à mesure que la plaque océanique qui le supporte s'éloigne de la dorsale qui la forme, à cause de son refroidissement progressif. Parce qu'il est transporté par une plaque océanique, un volcan de point chaud va aussi s'enfoncer progressivement à mesure de son éloignement du point chaud qui l'a formé. Il faut aussi tenir compte que le volume de la plaque ainsi que celui de l'appareil volcanique lorsque ces derniers sont à la hauteur du point chaud diminueront à mesure de l'éloignement du point chaud.

Lorsqu'un volcan de point chaud a percé la surface marine pour former une île en zone tropicale, les rives de cette île sont baignées par des eaux chaudes, bien illuminées et oxygénées.

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Durant la vie du volcan ou immédiatement après qu'il a cessé son activité, les coraux viennent coloniser les fonds peu profonds et construire tout autour de l'île une frange récifale: c'est le stade initial, le récif frangeant

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Avec le déplacement latéral de la plaque, il y a abaissement progressif de l'appareil volcanique par rapport au niveau marin. Si les coraux sont capables de maintenir un rythme de construction suffisant pour suivre le rythme de l'abaissement, la construction se fait verticalement et délimite peu à peu entre elle et la côte de l'île une zone lagunaire.

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A ce stade, il s'est développée une étroite plate-forme insulaire, avec sa petite barrière récifale et son lagon. Avec la poursuite de l'abaissement de la plaque océanique, le sommet du volcan en vient à être totalement submergé. La construction verticale de la marge récifale forme un anneau, avec au centre le fameux lagon bleu: c'est l'atoll.

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C - Les oasis des fonds océaniques

Pendant longtemps, en fait jusqu'à la découverte en 1977 des oasis des fonds océaniques associés aux sources hydrothermales, on avait la certitude tranquille que toute la chaîne de la vie sur terre dépendait entièrement de la photosynthèse. La découverte d'un peuplement animal très dense associée aux sources hydrothermales, par 2500 mètres de fond, en absence de toute lumière, avait de quoi bouleverser cette certitude.

Les découvertes se sont faites d'abord sur deux zones qui ont été étudiées en détails sur quatre sites pour chacune: sur la dorsale des Galapagos et sur la dorsale du Pacifique à 13° N. Ces sites présentaient une faune si riche qu'on leur a donné des noms évocateurs tels que le Jardin des Roses, le Banc des Moules, le Jardin du Paradis, le Menu Fretin, etc. On sait qu'il n'y a pas que des sources chaudes à 350°C comme celles qui forment les sulfuresmétallifères. Il y a aussi les sources tièdes, à 15 ou 20°C, et intermédiaires (jusqu'à 40°C); c'est principalement autour de ces sources que se retrouve le peuplement animal. En fait, on a réalisé que la température de l'eau dans les peuplements les plus denses ne dépasse pas les 15°C.

On y a découvert que la biomasse, c'est-à-dire la quantité de matière vivante par unité de volume, est de 10.000 à 100.000 fois plus grande sur ces sites que dans le milieu environnant. Cette biomasse est constituée de formes variées qui pour la plupart sont nouvelles pour la science.

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Parmi les espèces dominantes, il y a de grands vers tubicoles qu'on appelle Riftia, qui vivent dans un tube blanc nacré se terminant par un panache rouge et qui forment des buissons denses, hauts de 2 mètres; à lui seul, un individu de tour de taille de 4 à 5 centimètres peut atteindre 1,5 mètre de long. On y trouve aussi deux espèces de bivalves géants, sortes de moules ou de palourdes, des ophiures, des crabes, des petits gastéropodes, des vers serpulidés, des anémones de mer et des petits crustacées qui ressemblent à des homards.

Plutôt que d'utiliser la lumière comme source d'énergie première pour synthétiser des carbohydrates comme le font les végétaux (processus de la photosynthèse), il y a ici des bactéries qui tirent l'énergie d'un élément chimique très abondant dans le milieu des sources hydrothermales, le soufre. C'est le processus de la chimiosynthèse. Ces bactéries se retrouvent en symbiose dans les tissus des grands vers tubicoles. Dans une certaine mesure, les vers constituent donc le premier maillon de la chaîne alimentaire. On a découvert aussi, par la suite, que les grands bivalves possédaient eux aussi cette bactérie chimiotrope. Plus tard, on a découvert sur la dorsale de l'Atlantique, des sortes de petites crevettes aveugles qui couvrent de peuplements très denses les parois des cheminées et qui ont elles aussi ces bactéries chimiotropes comme symbions.

Depuis, on a découvert qu'il existe de tels oasis en-dehors des dorsales océaniques et qu'il y a plusieurs situations qui peuvent amener l'émission de fluides sur les planchers océaniques. On y a découvert que la chimiosynthèse ne se limite pas au soufre, car on trouve des faunes qui dépendent d'autres produits tels le méthane (CH4) et l'azote de l'ammoniaque (NH3).

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Les océans couvrent 70% de la surface de la planète et forment un réservoir énorme qui agit comme un régulateur très important. Nous examinerons trois aspects du rôle régulateur de l'océan.

L'océan régulateur des températures atmosphériques

Durant la période estivale, l'océan absorbe les fortes radiations solaires au niveau des zones équatoriales et tropicales, les stocke et redistribue ensuite cette chaleur grâce aux divers courants océaniques qui déplacent les masses d'eau chaude vers les hautes latitudes et les masses d'eau froide vers les zones équatoriales et tropicales où elles viennent se réchauffer.

Pierre André Bourque

Cet échange nord-sud a une forte influence sur les températures atmosphériques. On évalue que s'il n'y avait pas ce régulateur, le flux de chaleur des latitudes méridionales vers les hautes latitudes serait deux fois moindre, avec la conséquence que les contrastes entre les climats seraient encore plus accentués: il ferait plus froid aux pôles et plus chaud à l'équateur.

Les courants profonds ne sont pas directement influencés par le régime des vents, mais sont plutôt contrôlés par les changements de température et de salinité des masses d'eau. Les océanographes ont reconnu un cycle important de la circulation océanique à l'échelle de l'ensemble des océans et à une échelle de temps de l'ordre d'un millier d'années.

Pierre André Bourque

Il s'agit d'une boucle qui prend son origine dans l'Atlantique-Nord où les eaux froides (refroidies par les vents froids du Canada), salées, denses et bien oxygénées plongent vers les profondeurs, s'écoulent vers le sud sur les fonds océaniques tout au long de l'Atlantique, traversent l'Océan Indien, puis remontent vers le nord le long du Pacifique, pour refaire surface dans le Pacifique-Nord, froides et mal oxygénées.

Ces eaux se réchauffent et s'oxygènent tout au long de leur parcours en surface, du Pacifique à l'Atlantique, et, refroidies à nouveau dans l'Atlantique-Nord, plongent pour recommencer le cycle. Il faut environ 1000 ans pour un aller-retour. C'est l'océan global (selon Broeker, 1995, Scientific American, v. 273).

Atmosphère et océan forment un couple intimement lié. La circulation atmosphérique influence les courants marins et vice versa. Le meilleur exemple de cette relation intime est le phénomène El Niño, un sujet toujours d'actualité.

L'océan régulateur de sa propre salinité

Qui ne s'est pas demandé un jour pourquoi l'eau de la mer est salée alors que celle des lacs et rivières ne l'est pas ? L'eau marine contient en effet une quantité relativement importante de «sels» dissouts (et non uniquement du sel, NaCl). Les constituants primaires des sels marins sont, par ordre d'importance, les ions chlore Cl- (18,98 g/kg), sodium Na4^2- (2,65 g/kg), magésium Mg²⁺ (1,27 g/kg), calcium Ca²⁺ (0,40 g/kg) et potassium K+ (0,38 g/kg). Sauf pour le calcium dont la quantité peut varier d'un endroit à l'autre, la proportion entre chacun des ions est assez constante à la grandeur des océans. Avec d'autres ions en quantité moindre, ces principaux ions comptent pour 35 g/kg en moyenne dans les océans, qu'on exprime plus communément en pour-mille, soit 35‰, la salinité dite normale de l'océan. On a vu que ces ions peuvent se lier entre eux pour former les minéraux de la séquence évaporitique, la calcite (CaCO₃), le gypse(CaSO₄.nH₂O), la halite (NaCL, le sel de table) et la sylvite (KCl).

D'où viennent ces ions ? Tous ces ions proviennent de l'altération superficielle des roches. L'eau qui circule sur et dans les roches s'accapare les ions solubles et les transporte vers l'océan. On évalue que les rivières apportent entre 2,5 et 4 milliards de tonnes de sels dissouts dans les océans chaque année.

L'eau s'évapore à la surface des océans, laissant derrière les sels. Une partie de cette eau évaporée (eau pure, sans sel) retourne aux continents où elle ruisselle, altère les roches et rapporte à l'océan de nouveaux sels. À recevoir ainsi continuellement des ions, les océans deviendraient-ils progressivement de plus en plus salés ?

C'est ce qu'a cru un scientifique irlandais (John Joly) au début du 20ème siècle. Il faut savoir qu'à cette époque, la radioactivité qui aujourd'hui nous sert à dater les roches n'était pas connue (la méthode n'a été mise au point qu'au milieu du 20ème siècle) et que par conséquent l'âge de la Terre était on ne peut plus mal connu; on s'accrochait à l'âge de 100 Ma que Lord Kelvin avait «calculé» en 1866.

Cet irlandais s'est donc dit, à partir d'une vieille idée d'un astronome britannique (Sir Edmund Halley) du début du 18ème siècle, que si l'océan avait commencé à se «saler» au début de l'histoire de la Terre, il ne s'agissait que de diviser le volume total des sels de l'océan actuel par le volume apporté chaque année par les rivières pour connaître le nombre d'années qu'il a fallu pour apporter tout ce sel, donc l'âge de la Terre. Ses calculs l'ont amené à proposer un âge se situant entre 80 et 89 millions d'années, un âge plutôt «conservateur» par rapport à l'âge de 4,55 milliards d'années (4550 millions d'années) que l'on a déterminé par la méthode radiométrique.

En fait, si on reprenait les calculs de Joly avec les valeurs des volumes que l'on évalue beaucoup mieux aujourd'hui, on arriverait à un âge de ... 13 millions d'années!

Alors, force est de conclure que l'océan se débarasse annuellement d'une quantité de sel égale à celle que lui apportent les cours d'eau. Il faut donc des puits de sel.

Dans certaines régions côtières du Globe, l'évaporation importante contribue à précipiter les minéraux de la séquence évaporitique et à stocker ces sels dans les sédiments et roches sédimentaires.

Le captage de plusieurs ions par les organismes du plancton ou du benthos qui les utilisent pour former leur squelette ou leur coquille minéralisés (CaCO₃, SiO₂); après la mort de l'organisme, les restes minéralisés se déposent sur les fonds marins et sont incorporés dans les sédiments et les roches sédimentaires.

Les embruns marins sont constitués d'eau salée, puisqu'il ne s'agit pas d'évaporation mais carrément de fines gouttelettes transportées par les vents vers les zones côtières continentales.

À la surface des océans, de minuscules bulles d'air viennent éclater (comme à la surface de votre verre de pepsi ou de votre coupe de champagne, c'est selon vos habitudes de consommation) projetant de l'eau salée qui immédiatement s'évapore, laissant de minuscules cristaux de sels qui sont entraînés par les vents ascendants vers l'atmosphère et transportés vers les continents où ils vont se déposer avec les pluies.

En somme, la salinité actuelle des océans ne représente pas le résultat d'une accumulation progressive de sels, mais l'équilibre entre ce qui entre et ce qui sort de l'océan.

L'océan régulateur de l'oxygène atmosphérique

Un cycle géochimique essentiel à notre survie est en grande partie contrôlé par l'océan. Il s'agit du cycle de l'oxygène libre (O2). Si la vie a pu se maintenir et proliférer à la surface du globe, c'est qu'elle a inventé un mécanisme de défense contre ce poison violent pour elle qu'est l'oxygène. Ce mécanisme, c'est la respiration. En même temps qu'elle inventait ce mécanisme, elle en devenait dépendante.

L'oxygène est essentiellement un sous-produit de la photosynthèse, ce processus qui, à partir du CO2 et de l'eau, utilise l'énergie solaire, la lumière, pour fixer le carbone dans des carbohydrates (CH2O), la matière des premières cellules végétales, ou encore des formes très simples de bactéries. Cette réaction dégage de l'oxygène comme l'exprime l'équation au haut du schéma qui suit.

Pierre André Bourque

Au niveau des continents, la végétation, par exemple les grandes forêts, produit une certaine quantité d'oxygène grâce à l'activité de photosynthèse des végétaux. Une partie de cet oxygène est utilisée par les animaux pour respirer.

Une autre partie est utilisée pour oxyder la matière organique morte qui provient des végétaux et des animaux. L'excédant est libéré dans l'atmosphère. Le bilan net, sur plusieurs années, d'une forêt en équilibre est pratiquement nul. C'est-à-dire qu'elle consomme autant d'oxygène qu'elle en produit, ne fournissant aucune quantité significative d'oxygène à l'atmosphère.

C'est l'océan qui pratiquement à lui seul joue le rôle de régulateur de l'oxygène atmosphérique. Le plancton à la surface des océans constitue une biomasse énorme, beaucoup plus grande que la biomasse terrestre. La composante végétale du plancton, le phytoplancton, produit de l'oxygène grâce à la photosynthèse.

Comme sur les continents, cet oxygène est utilisé pour la respiration par la composante animale du plancton, le zooplancton, et par les autres animaux marins, ainsi que pour l'oxydation de la matière organique.

Cependant, une partie seulement de la matière organique est oxydée, l'autre partie se dépose au fond et est incorporée dans les sédiments où elle est gardée à l'abri de l'oxygène. Cette matière organique sera éventuellement ramenée à la surface sous forme de combustibles fossiles, pétrole et charbon, beaucoup plus tard dans le cycle géologique par les mouvements tectoniques, et elle sera oxydée.

Finalement, il y a une partie de l'oxygène océanique qui est libérée dans l'atmosphère. Il s'est établi, depuis le début du Paléozoïque, c'est-à-dire en gros depuis 550 Ma, un équilibre dans ce cycle qui maintient le taux d'oxygène dans l'atmosphère autour de 21%.

L'océan régulateur du gaz carbonique atmosphérique

L'océan est le régulateur d'un autre gaz atmosphérique important pour notre survie: le CO2. Ce dernier est le responsable de cet effet de serre qui a permis le maintien de la vie sur terre. Le CO2 est un gaz produit par l'oxydation des matières organiques, incluant la respiration des animaux et la combustion des pétroles et des charbons qui sont dérivés de la matière organique. Les volcans émettent aussi une certaine quantité de CO2 dans l'atmosphère. L'océan consomme une grande quantité de CO2, soit en le dissolvant dans l'eau, soit en l'utilisant pour la photosynthèse, soit en l'incorporant dans le CaCO3 pour la fabrication des coquilles des organismes.

FUTURA SCIENCES 2004

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Source d'alimentation pour des centaines de millions d'individus, axes privilégiés de communication et d'échanges commerciaux, les océans ont acquis cette dernière décennie une nouvelle image auprès des décideurs et du grand public: celle d'un maillon clé pour le maintien de la vie sur Terre, notamment du fait de son rôle dans la régulation du climat ...

Bien que de publication ancienne, vous allez vous apercevoir qu'hélas, les sujets sont toujours d'actualité. Nous avons pu voir ça et là quelques avancées, mais la problématique de préservation des océans et de leurs "habitants" est toujours la même... voire encore plus de dégradations...

FUTURA SCIENCES 2002

Admin-lane · le 19 juillet 2013

La Commission du Développement Durable des Nations Unies considérait ainsi, en 1999, que «les mers et les océans, (qui) s'étendent sur la majeure partie de la planète, sont indispensables à la vie, … (ils) déterminent les cycles climatiques et hydrologiques et fournissent des ressources sans lesquelles il est impossible d'assurer le bien être des générations présentes et futures et la prospérité économique, d'éliminer la pauvreté, d'assurer la sécurité alimentaire et de conserver la diversité biologique marine

Patrimoine commun de l'humanité, indispensable pour un développement durable, les océans se déprécient pourtant à un rythme inacceptable, amplement causé par nos activités humaines.

Les zones côtières : Elles accueillent près de 3,4 milliards d'individus* (soit 66% de la population mondiale vivant à moins de 60 km d'une côte, les deux tiers des très grandes villes y étant situées). C'est 75% de la population mondiale qui pourraient y vivre en 2030. Ces régions sont souvent très dynamiques sur le plan économique (pêche, aquaculture, extraction de minerais, développement industriel, production d'énergie, tourisme, stockage des déchets ...), et attirent les flux de populations qui y affluent pour y trouver des moyens de subsistance (pêche, travail,..).

Pollution mortelle des océans et des mers (Extrait de Thalassa)

En contrepartie, leur environnement se dégrade, les sols s'érodent, et la croissance démographique s'accompagne souvent d'un détérioration des conditions de vie touchant en premier les plus pauvres (logement, assainissement,..). La qualité des zones côtières influe fortement sur 90% des activités piscicoles mondiales qui en dépendent. Ces zones accueillent des écosystèmes extrêmement précieux du point de vue de la biodiversité (mangroves, estuaires, récifs de coraux, littoraux, terrains marécageux...).

L'environnement marin : La santé de l'océan est très préoccupante, pour l'être humain et pour l'environnement. On estime ainsi que 700 millions de personnes dans le monde qui dépendent de la pêche pour vivre seront touchés par les conséquences sur l'homme d'une dégradation de la zone côtière. Quant aux conséquences de la simple baignade dans des mers polluées, elle entraînera, selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), près de 250 millions de gastro-entérites par an ainsi que des maladies respiratoires, alors qu'un baigneur sur 20 risquerait de tomber malade après avoir plongé dans la mer.

Pollution mortelle des mers et océans (suite)

La dégradation de l'environnement marin, comme des zones côtières adjacentes, est principalement causée par les activités humaines (pollution d'origine terrestre, activités de navigation et d'extraction de gaz et de pétrole en mer) mais aussi par des phénomènes non directement anthropiques, à savoir le réchauffement climatique et les catastrophes naturelles. On estime que 80% de la pollution marine est d'origine terrestre et que plus de 50% des écosystèmes côtiers de la planète subissent cette menace à un niveau plus ou moins fort.

Les ressources biologiques marines : Entre 1950 et 1980, la pêche industrielle et l'aquaculture ont progressé bien plus vite que la population mondiale. On assiste à un phénomène de "surpêche" : 60 % des pêcheries maritimes du monde sont exploitées au maximum de leur capacité ou au-delà (Fisheries Production and Trade, Annual Report: The State of Food and Agriculture FAO, 2001). Les stocks continuent de décroître et de nombreuses espèces sont menacées d'extinction, aussi bien dans les zones côtières qu'en haute mer, où la pêche hauturière est montrée du doigt. Si cette tendance se poursuit, la chaîne alimentaire (donc la sûreté alimentaire) risque d'être profondément bouleversée (Horizon 2015/30: World Fisheries).

Pollution mortelle des mers et océans (suite et fin)

Océans et changement climatique : Le réchauffement climatique pourrait entraîner une élévation du niveau de la mer de 20 à 50 centimètres d'ici 2050, entraînant l'inondation de zones habitables et de zones agricoles, à tel point que la FAO estime qu'en 2080, 22% des zones inondables dans le monde pourraient avoir disparu. A quoi s'ajouteraient des problèmes d'érosion des côtes et de destruction des structures portuaires, mais aussi une augmentation de l'eau salée sous terre, atteignant les nappes phréatiques d'eau douce des zones côtières, ce qui pourrait y entraîner des situations de pénurie d'eau.

Par ailleurs, la vie sur terre est fortement dépendante des courants marins : en 1997- 1998, selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), El Nino aurait touché plus de 60 pays, (ouragans, inondations, sécheresses, feux, bétail, pêcheries,..). Enfin, le réchauffement climatique pourrait être en partie responsable de la décoloration catastrophique de près de 50% des récifs coralliens de la planète (80% en Asie), qui affaiblit, voire détruit les récifs, où sont abrités plus du quart de toutes les espèces de poissons recensées.

Le devenir des petits Etats Insulaires : Les îles ont toujours évoqué l'image d'un paradis, mais aujourd'hui leurs lagons bleu azur, leurs récifs de coraux et leurs luxuriantes forêts tropicales sont de plus en plus menacés. En s'efforçant d'élever le niveau de vie de populations de plus en plus nombreuses et de survivre dans une économie mondiale complexe, les petits Etats insulaires sacrifient souvent un de leurs meilleurs atouts, leurs écosystèmes fragiles, notamment au tourisme. Un développement non durable, notamment l'exploitation à grande échelle des ressources marines et terrestres, menace donc, non seulement le gagne-pain de la population, mais aussi sa sûreté alimentaire, les îles elles-mêmes, et les cultures qu'elles rendent possibles. Cumulant les risques, les Etats insulaires devraient également se trouver très vulnérables face aux changements climatiques, à la variabilité climatologique et à l'élévation du niveau de la mer. Pour renverser cette tendance, ces îles ont besoin d'une aide spécifique de la communauté internationale.

* (estimation de l'époque)

FUTURA SCIENCES 2002

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Le cadre stratégique de l'action internationale relative aux mers et aux océans est constitué à la fois de la convention des Nations Unies sur le droit de la mer de 1982. Laquelle énonce les droits et obligations des Etats, et des engagements du Sommet de Rio de 1992, notamment le chapitre 17 de l'Agenda 21 de Rio, qui place le devenir des océans, des mers et leurs littoraux, et de leurs ressources comme enjeu de développement durable. Il souligne l'importance de les considérer et gérer comme un tout: «le milieu marin, y compris les océans et toutes les mers, et les zones côtières adjacentes …(constituent) un capital qui offre des possibilités de développement durable».

En 1996, l'Assemblée Générale des Nations Unies a d'ailleurs adopté en ce sens une résolution et un programme d'actions sur "les océans et le droit de la mer" montrant bien l'importance d'un traitement intégré des océans et du droit de la mer.

Les mers et océans en danger

Depuis, ces engagements de référence ont été précisés par de nombreux accords, principes et standards (décrits ci-dessous). Les travaux de la Commission du Développement Durable (CDD) des Nations Unies ont également permis de suivre les progrès accomplis au niveau mondial, 5 ans (rapport Océans et mers, 1997) et 7 ans après Rio (rapports Les océans et les mers, et Tendances de l'exécution nationale, 1999).

En ce qui concerne la prévention et la lutte contre la pollution marine causée par la navigation et ses activités connexes,

- la Convention internationale pour la prévention de la pollution des navires MARPOL (1973) (modifiée par le Protocole de 1998),
-la Convention Internationale sur la préparation, la lutte, la coopération en matière de pollution par les hydrocarbures (1990),
- et la Convention pour la prévention de la pollution des mers résultant de l'immersion des déchets et autres matières (Londres, 1972),

Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants marins. Le mot «océan» vient de la divinité Océan (en grec ancien Ὠκεανός / Ôkeanós), l'aîné des Titans dans la mythologie grecque.

constituent le cadre international d'action. Le Protocole à la Convention de Londres (signé en 1996) devrait de plus permettre de renforcer les règles internationales sur l'immersion des déchets grâce à des mesures de précaution et de prévention active et à l'application du principe pollueur – payeur : néanmoins, seuls 3 Etats y avait adhéré début 1999, sur les 26 nécessaires à son entrée en vigueur.

FUTURA SCIENCES 2002

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Depuis 1992, l'action internationale a portée sur les 7 champs d'action prioritaires préconisés par Action 21.

La gestion intégrée des zones côtières : Les stratégies sectorielles de développement des côtes n'ayant pas enrayé leur détérioration, l'adoption de démarches de gestion intégrée des zones côtières s'est avérée être une solution.

Nettoyage des côtes au Sénégal, journée de la mer 2012

Ces démarches globales et intégrées de planification des zones côtières procèdent par écosystème, et visent à améliorer la qualité de vie des populations qui dépendent des ressources côtières, tout en maintenant la diversité biologique et la productivité des écosystèmes. Cette démarche suppose la coopération des parties prenantes dont les intérêts peuvent être contradictoires : l'élimination de la pauvreté en est un objectif important.

Depuis 10 ans, la gestion intégrée des zones côtières, priorité internationale, a fait de grands progrès et concerne aujourd'hui nombre d'Etats côtiers, notamment les états insulaires. Des principes, normes, réseaux et lignes directrices ont été élaborés pour orienter ces démarches notamment par la FAO, le PNUD, l'UNESCO, l'UNU (Université des Nations Unies) et la Banque Mondiale. L'UNESCO a créé un centre d'échanges sur la gestion des zones côtières (International Oceanographic Organisation), et l'OMM coordonne un système mondial de bases de données sur la climatologie maritime notamment en zones côtières.

Sauvez les mers et océans ( la mort de la mer d'Andaman)

La Convention RAMSAR prépare quant à elle des lignes directrices afin d'intégrer les terrains marécageux dans la gestion des zones côtières. Nombres d'initiatives ont également été mises en œuvre pour la protection des récifs coralliens.

La Protection du milieu marin : Deux nouveaux concepts fondent les initiatives de la dernière décennie en faveur de la protection du milieu marin :

Aires marines protégées en mer de Wadden

- la prise de conscience de l'impératif d'adopter le principe de précaution en matière de protection du milieu marin (il a d'ailleurs été appliqué avec succès par certaines organisation de gestion des pêcheries régionales, et intégré dans la législation de divers pays) ;
- l'introduction d'une gestion par écosystème : indispensable dans une perspective de préservation de la biodiversité, elle s'est répandue dans nombre de projets concernant les grands écosystèmes marins et dans les financements du FEM.

L'adoption du Plan d'Action Mondial pour la Protection du milieu marin contre la pollution due aux activités terrestres (GPA), créé en 1995 par la Déclaration de Washington, est une étape clé de l'action internationale. Le Plan d'Action vise à prévenir, réduire et contrôler les activités terrestres qui seraient à l'origine de près de 80% des problèmes environnementaux des océans :

Vivre avec la mer de Planète Océan

- (a) en développant les évaluations scientifiques sur l'état des océans et zones côtières,
- (b) en mettant en œuvre un ‘plan stratégique d'action sur les eaux usées', source majeure de solution terrestre,
- (c) en aidant les Etats à mobiliser les ressources financières,
- et (d) en assistant l'exécution des programmes d'action régionaux, notamment en facilitant la collaboration entre Etats, ainsi que la coordination des initiatives.

Jean-Louis Etienne, médecin-explorateur, nous expose les conséquences de la pollution et des changements climatiques sur les océans.

Il reste aujourd'hui plusieurs défis urgents à relever, et principalement celui de "s'attaquer aux eaux usées et eaux d'égoûts", comme le constatèrent en 2001 les 108 pays signataires du Plan.

Un Système inter-institutionnel d'intervention d'urgence a été mis en place pour coordonner les interventions des agences des Nations Unies, dans le cas d'accidents, et les programmes de suivi. De nombreux pays ont engagé le renforcement de leurs capacités nationales à étudier le milieu marin, grâce au programme Formation–mer-côtes (14 centres de formation de par le monde) et la recherche a été consolidée notamment au travers du Laboratoire d'Etude du milieu marin de l'Agence internationale de l'Energie Atomique, et de l'UNU.

Les océans. Les océans, une force brutale qui sculpte les littoraux. Un réseau complexe de courants qui régularise les climats de la planète.

L'exploitation durable et la conservation des ressources biologiques marines : Ces dix dernières années furent marquées par des progrès importants en matière de gestion et de mise en valeur responsable des pêcheries. La FAO adopta en 1995 le Code de conduite pour une pêche responsable (dont l'importance fut réaffirmée par la Déclaration Interministérielle de Rome en 1999) qui conduisit de nombreux pays à modifier leur législation, et qui fut précisé par diverses Directives techniques.

La FAO fut également à l'origine de trois Plans d'Action Internationaux importants visant à l'amélioration de la gestion de la pêche aux requins, des prises d'oiseaux de mer par les palangriers, et de contrôle des capacités de pêche, ainsi que du Programme pour des moyens d'existence durables dans la pêche (PMEDP).

SOS océans en danger

Cependant l'entrée en vigueur des principaux accords internationaux est laborieuse: l'accord des Nations Unies de 1995 sur les stocks de poissons n'est entré en vigueur que le 11 décembre 2001, faute d'un nombre d'Etats signataires suffisants au préalable ; l'accord de la FAO de 1993 sur le respect par les navires de pêche en haute mer des mesures de conservation et de gestion.

La Méditerranée en danger

La principale menace sur les ressources biologiques marines reste aujourd'hui la pratique illégale de la pêche en haute mer, mais aussi dans les zones économiques exclusives : un Plan d'Action International en vue de son élimination a été adopté par le Comité des pêches de la FAO début 2001. Des principes directeurs pour le développement durable de l'aquaculture et des indicateurs de développement durable de la pêche ont été définis à l'issue d'une collaboration entre gouvernements, organisations non gouvernementales (ONG) et industrie de la pêche. Les organisations non gouvernementales ont également engagé des initiatives intéressantes (campagne du WWF, campagne de Greenpeace)

La campagne Océan de Greenpeace

Changement climatique et milieu marin : La décennie qui vient de s'écouler a vu l'humanité acquérir une compréhension toute nouvelle du rôle des océans dans l'évolution du climat mondial, grâce au développement de nouvelles technologies (de collecte de données, d'observation, de modélisation), à la mise en place du Programme d'échange international de données et d'informations océanographiques (IODE) de la Commission Océanographique Intergouvernementale (COI) de l' UNESCO (réseaux de 60 centres de par le monde), à la mise en place du Système mondial d'observation des océans, et depuis 1998, à l'étroite coopération qui s'est établie dans le cadre du Système Mondial d'observation, entre l'observation des océans, le Système Mondial d'Observation terrestre et le Système Mondial d'Observation du Climat.

Dire que certains s'attribuent le droit de moissonner sur les mers ou océans... sources de toute vie

Petites zones insulaires : En 1994, 111 Gouvernements adoptaient la Déclaration et le Programme de la Barbade, qui établissaient des principes et des stratégies pour un développement qui protègerait l'environnement fragile des petits Etats insulaires. C'est l'Assemblée générale de l'ONU qui avait demandé la tenue de la Conférence de la Barbade sur recommandation du Sommet planète Terre. On estimait alors qu'il s'agirait là de la première mise à l'épreuve du partenariat mondial formé à Rio, en vertu duquel pays riches et pauvres convenaient de coopérer pour le développement durable. Le programme a permis la création de centres régionaux du développement durable dans les Etats Insulaires, d'un programme d'assistance technique à ceux-ci, et la mise sur pied d'un réseau d'information, afin de les accompagner dans les domaines suivants :

Coraux et fonds marins : L'île de Pemba, au large des côtes de Tanzanie, est connue pour être le premier centre mondial de la culture du giroflier. Mais ses fonds sous-marins abritent aussi l'un des écosystèmes les plus riches de la planète, et l'un des plus rares

- (a) changements climatiques et élévation du niveau des mers,
- (b) déchets toxiques et dangereux,
- (c) ressources côtières et marines,
- (d) ressources en eau douce et ressources foncières,
- (e) énergie
- et (f) tourisme.

La lutte contre les pollutions marines causées par la navigation : Les statistiques de l'Organisation Maritime Internationale (OMI) montrent que l'application des Conventions en vigueur en matière de lutte contre les pollutions marines causées par la navigation, a permis de réduire la pollution du milieu marin, en ce qui concerne les navires des Etats signataires.

La situation est toute autre pour les navires battant pavillons d'Etats non signataires des Conventions, et ce point est plus que préoccupant. En réponse aux préoccupations de développement durable, l'OMI élargit ses champs d'actions à de nouveaux domaines, tels que la pollution de l'atmosphère par les navires, la protection des zones maritimes particulièrement vulnérables, le transport maritime de combustibles irradiés.

Thalassa : un œil sous la mer, portrait de Christian Petron...

Le Comité de la Protection du milieu marin (CPMM), qui en a la charge, se confronte aux velléités de certains Etats de privilégier des cadres réglementaires nationaux ou régionaux (ex : gestion des exploitations pétrolières ou gazière en mer) aux conventions internationales, mais aussi à l'absence d'une capacité suffisante pour contrôler le respect des règles.

FUTURA SCIENCES 2002

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Gouvernance et gestion des océans et mers : La communauté internationale doit avoir un rôle et une responsabilité particuliers vis-à-vis du défi de la gestion et de la gouvernance des océans.

L'un des slogans proposé par l'Afrique du Sud pour le sommet de Johannesburg (2002)est d'ailleurs : "Une Planète, Un Océan".

Au contraire des sols, les océans sont gérés au niveau international, et notamment dans une perspective de développement durable, que depuis peu de temps (2002 sera le 20ème anniversaire de la Convention du Droit de la Mer, et le 10ème anniversaire de la Conférence de Rio). La gestion des océans se confronte à l'absence de mécanismes internationaux de vérification du respect des règles. Elle est aussi rendue difficile par la multiplicité des usages des océans (sécurité alimentaire, transports, santé, éducation, aménagement côtier, écosystème et biodiversité,…) et les conflits d'usages fréquents qui en découlent. Elle doit tenir compte des interractions entre problématiques locales (industrialisations et urbanisations des zones côtières, disparition de zones humides, …) et enjeux globaux (changements climatiques, ..). L'efficacité de la gestion des océans ne peut s'envisager qu'au travers de mécanismes forts de coopération entre les multiples secteurs et acteurs concernés, au niveau local, national, régional et international.

La nécessité d'une gestion des océans nécessairement intégrée et multisectorielle impose de ce fait:

- la participation de la société civile et des différentes parties prenantes (aux niveaux internationaux, nationaux et locaux) à la gestion des océans et des mers : la création en 1999, sur décision de l'Assemblée Générale des Nations Unies, d'un "‘processus consultatif officieux ouvert à tous" (en anglais "Open Ended Informal Consultative Process on Oceans and Seas" - ICP) incluant des membres de gouvernements et les diverses parties prenantes, en est une étape clé. (travaux 2001, travaux 2000)*

Faire comprendre aux enfants le fonctionnement des océans.

- d'instaurer la coordination et la coopération internationales nécessaires, notamment en confortant les travaux entre institutions des Nations Unies, et en poursuivant la mise en synergie des deux processus que sont la Convention du Droit de la Mer et le volet Océans et Mer d'Action 21. La mise en place d'un Sous Comité des océans et des zones côtières, au sein du Comité Administratif de Coordination (CAC) qui coordonne les travaux des diverses institutions des Nations Unies, en est une étape ; comme la création d'un groupe mixte d'experts chargé d'étudier les aspects scientifiques de la protection des océans, et parrainé par les 9 principales institutions onusiennes concernées (ONU, OMI, FAO, COI, UNESCO, OMM, OMS, AIEA, PNUE).

L'exigence de coordination devient urgente (plus de 10 ans après c'est tout aussi vrai). La prolifération d'accords internationaux, régionaux, et bilatéraux (comme en témoigne le registre FARISIS de la FAO) ne facilitent pas la cohérence.
La Conférence mondiale sur la situation des océans et des zones côtières qui a eu lieu en décembre 2001 à Paris, organisée par l'Unesco, fut l'occasion, 10 ans après la conférence de Rio, de rassembler plus de 400 membres de gouvernements et experts et d'envisager les moyens de répondre à ces défis.

Mobilisation pour un patrimoine commun de l'Humanité : Les océans sont un patrimoine commun de l'humanité dont le devenir dépendra de la capacité à élargir la mobilisation des parties prenantes, tout en mettant en oeuvre les mécanismes d'appropriation, de régulation et de contrôle adéquats, au niveau international, mais également régional, national et local.

L'exemple de la gestion des pêches en vue de la conservation des ressources biologiques marines est un exemple frappant : le secrétariat Général des Nations Unies, indiquait (en 1999, dans son rapport sur les océans et le droit de la mer) que, malgré l'adoption de nombreux accords, codes et principes, la gestion des pêches n'avait permis ni de stopper la surexploitation des stocks de poissons, ni de rendre la pêche économiquement durable. Il en attribuait la responsabilité à l'absence de volonté politique nécessaire pour procéder aux ajustements difficiles (droits d'accès aux ressources halieutiques et de pêche), au maintien de certaines subventions, à l'absence de contrôle des flottes de pêche dans les zones relevant de la juridiction nationale, à la résistance de l'industrie de pêche au changement ainsi qu'à la non participation aux décisions des communautés traditionnelles de pêcheurs.

La création d'aires protégées en haute mer, dans les eaux internationales, pourrait permettre une meilleure prise en compte de l'équilibre des écosystèmes par l'industrie de la pêche. Mais de nombreux Etats s'opposent à cette idée.

FUTURA SCIENCES 2002 (Ce dossier fait partie d'une série de dossiers publiés à l'occasion de la tenue, du 26 août au 4 septembre 2002, du sommet pour le développement durable de Johannesburg (Afrique du sud).

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Gouvernance et gestion des océans et mers : La communauté internationale doit avoir un rôle et une responsabilité particuliers vis-à-vis du défi de la gestion et de la gouvernance des océans.

L'un des slogans proposé par l'Afrique du Sud pour le sommet de Johannesburg (2002)est d'ailleurs : "Une Planète, Un Océan".

Gouvernance et gestion des océans pour le développement durable de l'Afrique

Au contraire des sols, les océans sont gérés au niveau international, et notamment dans une perspective de développement durable, que depuis peu de temps (2002 sera le 20ème anniversaire de la Convention du Droit de la Mer, et le 10ème anniversaire de la Conférence de Rio). La gestion des océans se confronte à l'absence de mécanismes internationaux de vérification du respect des règles. Elle est aussi rendue difficile par la multiplicité des usages des océans (sécurité alimentaire, transports, santé, éducation, aménagement côtier, écosystème et biodiversité,…) et les conflits d'usages fréquents qui en découlent. Elle doit tenir compte des interractions entre problématiques locales (industrialisations et urbanisations des zones côtières, disparition de zones humides, …) et enjeux globaux (changements climatiques, ..). L'efficacité de la gestion des océans ne peut s'envisager qu'au travers de mécanismes forts de coopération entre les multiples secteurs et acteurs concernés, au niveau local, national, régional et international.

Enjeux et perspectives du partage mondial des océans...

La nécessité d'une gestion des océans nécessairement intégrée et multisectorielle impose de ce fait:

- la participation de la société civile et des différentes parties prenantes (aux niveaux internationaux, nationaux et locaux) à la gestion des océans et des mers : la création en 1999, sur décision de l'Assemblée Générale des Nations Unies, d'un "‘processus consultatif officieux ouvert à tous" (en anglais "Open Ended Informal Consultative Process on Oceans and Seas" - ICP) incluant des membres de gouvernements et les diverses parties prenantes, en est une étape clé. (travaux 2001, travaux 2000)*

- d'instaurer la coordination et la coopération internationales nécessaires, notamment en confortant les travaux entre institutions des Nations Unies, et en poursuivant la mise en synergie des deux processus que sont la Convention du Droit de la Mer et le volet Océans et Mer d'Action 21. La mise en place d'un Sous Comité des océans et des zones côtières, au sein du Comité Administratif de Coordination (CAC) qui coordonne les travaux des diverses institutions des Nations Unies, en est une étape ; comme la création d'un groupe mixte d'experts chargé d'étudier les aspects scientifiques de la protection des océans, et parrainé par les 9 principales institutions onusiennes concernées (ONU, OMI, FAO, COI, UNESCO, OMM, OMS, AIEA, PNUE).

Impact de l'homme sur les océans (The Changing oceans expedition)

L'exigence de coordination devient urgente (plus de 10 ans après c'est tout aussi vrai). La prolifération d'accords internationaux, régionaux, et bilatéraux (comme en témoigne le registre FARISIS de la FAO) ne facilitent pas la cohérence.

La Conférence mondiale sur la situation des océans et des zones côtières qui a eu lieu en décembre 2001 à Paris, organisée par l'Unesco, fut l'occasion, 10 ans après la conférence de Rio, de rassembler plus de 400 membres de gouvernements et experts et d'envisager les moyens de répondre à ces défis.

Mobilisation pour un patrimoine commun de l'Humanité : Les océans sont un patrimoine commun de l'humanité dont le devenir dépendra de la capacité à élargir la mobilisation des parties prenantes, tout en mettant en oeuvre les mécanismes d'appropriation, de régulation et de contrôle adéquats, au niveau international, mais également régional, national et local.

Les gardiens des océans (Futuris) - L'écosystème des océans est menacé par l'activité humaine: surpêche, pollution, dégradation des littoraux, autant de problèmes qui mettent en danger des miliers d'espèces marines. Les scientifiques européens étudient les océans et leur population pour tenter d'apporter des solutions.

L'exemple de la gestion des pêches en vue de la conservation des ressources biologiques marines est un exemple frappant : le secrétariat Général des Nations Unies, indiquait (en 1999, dans son rapport sur les océans et le droit de la mer) que, malgré l'adoption de nombreux accords, codes et principes, la gestion des pêches n'avait permis ni de stopper la surexploitation des stocks de poissons, ni de rendre la pêche économiquement durable. Il en attribuait la responsabilité à l'absence de volonté politique nécessaire pour procéder aux ajustements difficiles (droits d'accès aux ressources halieutiques et de pêche), au maintien de certaines subventions, à l'absence de contrôle des flottes de pêche dans les zones relevant de la juridiction nationale, à la résistance de l'industrie de pêche au changement ainsi qu'à la non participation aux décisions des communautés traditionnelles de pêcheurs.

La création d'aires protégées en haute mer, dans les eaux internationales, pourrait permettre une meilleure prise en compte de l'équilibre des écosystèmes par l'industrie de la pêche. Mais de nombreux Etats s'opposent à cette idée.

FUTURA SCIENCES 2002 (Ce dossier fait partie d'une série de dossiers publiés à l'occasion de la tenue, du 26 août au 4 septembre 2002, du sommet pour le développement durable de Johannesburg (Afrique du sud).

Admin-lane · le 19 juillet 2013

La mesure du niveau de la mer et de ses variations permet de déterminer le niveau moyen de la mer qui est sans doute le meilleur indice que l’on puisse avoir du changement climatique. L'élévation du niveau de la mer est une préoccupation internationale depuis quelques années. Des moyens sont mis en place pour la mesurer, d'année en année, afin de prévenir des risques.

Réchauffement climatique : quelles sont les conséquences sur le niveau de la mer ? Janne M, Flickr CC by-NC-SA 3.0

Comment évalue-t-on le niveau de la mer, comment mesure-t-on ses variations ? Quels sont les résultats des études menées sur la mesure de l'élévation du niveau des océans ? Ce dossier apporte les réponses à ces questions, au travers des mesures des variations de la fonte des glaciers, des eaux continentales, de la température de la surface des océans et des spécificités de la circulation océanique.

Ce dossier a été préparé par Bruno Voituriez, Océanographe, pour FUTURA SCIENCES le 16/5/2011

FUTURA SCIENCES Mai 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

La mesure du niveau de la mer et de ses variations permet de déterminer le niveau moyen de la mer qui est sans doute le meilleur indice que l’on puisse avoir du changement climatique.

On parle beaucoup de l'élévation du niveau des océans, due au réchauffement climatique, mais comment détermine-t-on ce niveau et comment peut-on mesurer ses variations ?

Les données satellitaires permettent d'évaluer l'élévation du niveau des océans. Aviso

L'ellipsoïde de référence : On détermine le niveau de la surface de la mer par rapport à une surface géométrique de référence proche de la surface de la Terre : c'est l'ellipsoïde de référence. Par rapport à celui-ci le niveau des océans intègre deux composantes : les variations du champ de pesanteur dont l'océan au repos est une surface équipotentielle (géoïde) et les mouvements dynamiques de l'océan qui induisent des variations de son niveau par rapport à ce géoïde.

Les satellites pour mesurer les variations du niveau des océans : Grâce aux satellites altimétriques on mesure les variations spatiales et temporelles du niveau des océans sur la quasi-totalité de leur surface. En prenant comme surface de référence le «géoïde» on en déduit les courants marins et leurs variations. En faisant la moyenne des mesures par rapport à l'ellipsoïde de référence on évalue le niveau moyen de l'océan qui est le meilleur indicateur du changement climatique puisqu'il intègre à la fois le réchauffement lui-même d'une part et les transferts d'eau douce vers l'océan venant de la fonte des calottes polaires et des glaciers et aussi de la variation des réservoirs continentaux que le changement climatique provoque d'autre part.

Les moyens satellitaires (altimétrie, géolocalisation et transmission de données, gravimétrie) permettent d'évaluer avec précision l'élévation du niveau moyen de l'océan et d'en faire un bilan en mesurant la contribution de chacune des composantes.

FUTURA SCIENCES 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

La mesure du niveau de la mer et de ses variations permet de déterminer le niveau moyen de la mer qui est sans doute le meilleur indice que l’on puisse avoir du changement climatique.

Pour parler du niveau de la mer et de ses variations il faut une référence géométrique fixe : c’est l’ellipsoïde de référence qui est au plus prés de la forme de la Terre.

Hauteur du géoïde en mètres par rapport à l’ellipsoïde de référence. Cnes, GRGS, CNRS

Par rapport à cette référence absolue le niveau des océans est la somme de deux composantes.

Par rapport à cette référence absolue le niveau des océans est la somme de deux composantes.

La surface des eaux tranquilles : La première représente la surface qui serait celle des océans en l’absence de tout mouvement, ce que naguère on appelait la «surface des eaux tranquilles» pour illustrer l’horizontale. C’est une surface équipotentielle du champ de pesanteur ou géoïde ; c'est-à-dire qu’en en tout point la force de pesanteur lui est perpendiculaire. Comme la Terre n’est pas homogène, la pesanteur à sa surface varie et la surface de l’océan, géoïde, épouse les variations spatiales du champ de pesanteur qui font du «géoïde» une sorte de patatoïde fait de creux et de bosses.

Ainsi par exemple entre l’océan Indien au sud de l’Inde et le Pacifique ouest du côté de l’Indonésie observe-t-on, par rapport à l’ellipsoïde de référence, une différence de niveau de la surface de l’océan-géoïde proche de 150 mètres.

La topographie dynamique de la surface de l’océan : La deuxième composante est due aux mouvements de l’océan et aux courants qui induisent par rapport à ce géoïde des variations du niveau de la mer : c’est ce que l’on appelle la topographie dynamique de la surface de l’océan dont, on déduit les courants marins.

Si l’on s’intéresse aux variations du niveau moyen des océans c’est l’ellipsoïde géométrique qu’il faut prendre comme référence ; si ce sont les courants et leurs variations (la dynamique) qui nous préoccupent c’est le géoïde la bonne référence.

Futura Sciences 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Depuis le lancement en 1992 du satellite Topex/Poseidon (Cnes/Nasa) suivi de Jason 1 en 2001 et Jason 2 en 2008, on mesure maintenant régulièrement et de manière continue sur la quasi-totalité de l’océan le niveau de la mer par altimétrie satellitaire avec une précision centimétrique.

Mesure du niveau de la mer par altimétrie satellitaire. Cnes

Qu'est-ce que l'altimétrie satellitaire ? Le principe en est simple. Le satellite dont on suit précisément l’orbite et dont on connaît donc l’altitude est muni d’un radar qui envoie un signal électromagnétique à la verticale qui se réfléchit à la surface de l’océan. Du temps de trajet aller-retour de l’onde, connaissant la vitesse de la lumière, on déduit la distance du satellite à l’océan donc le niveau de la surface de la mer par rapport à l’ellipsoïde ou au géoïde. L’orbite de cette série de satellites fait que la totalité de l’océan entre 66°N et 66°S est couverte en dix jours.

FUTURA SCIENCES 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Anticyclones, Gulf Stream, tourbillons... Les courants marins engendrent de nombreux phénomènes océaniques, que l'auteur nous propose de mieux comprendre.

Champ moyen de la pression atmosphérique en janvier et vents associés. The Atmosphere, Lutgens and Tarbuck, 8th edition, 2001

Circulation océanique et topographie de la surface des océans : C’est le vent qui est le moteur principal de la circulation océanique de surface. Aussi celle-ci est-elle une sorte de miroir de la circulation atmosphérique moyenne. Grâce aux bulletins de prévision météorologique à la télévision chacun est familiarisé avec la relation qui existe entre vents et champs de pression atmosphérique. Le vent tourne dans le sens des aiguilles d’une montre autour des zones de haute pression (anticyclones comme celui des Açores) et à l’inverse autour des zones dépressionnaires comme celle d’Islande.

Et si le Gulf Stream s'arrêtait ?

La topographie de la surface des océans (écart entre la surface de l’océan et le géoïde) est pour l’océan l’équivalent de la pression atmosphérique. Les points hauts de cette topographie sont des anticyclones océaniques autour desquels les courants entraînés par le vent tournent dans le sens des aiguilles d’une montre et inversement autour des points bas qui sont des dépressions océaniques.

Anomalies (écarts à la moyenne) de la topographie dynamique moyenne des océans (ref : géoïde) en centimètres et courants associés. Aviso

La figure ci-dessus représente la topographie moyenne de la surface
océanique et les courants moyens associés. Dans l’Atlantique nord entre le point le plus haut du côté des Bermudes (correspondant à l’anticyclone atmosphérique des Açores) et le point plus bas autour du Groenland (correspondant à la dépression d’Islande) il y a en moyenne une dénivellation de 1,5 mètre.

La salinité de l'eau est l'un des éléments essentiels dans l'étude des courants marins

Le Gulf Stream et le Kuro Shio : De même que dans l’atmosphère plus le gradient de pression est élevé et plus les vents sont forts, dans l’océan plus le « gradient » de la topographie est important plus les courants sont rapides. Ainsi en est-il à travers le Gulf Stream ou le Kuro Shio sur le bord ouest des océans Atlantique et Pacifique nord où la pente de la surface (par rapport au géoïde) est de 1 mètre pour 100 kilomètres. De la mesure altimétrique satellitaire on est donc en mesure de déduire les courants et de suivre leurs variations. Bien plus en assimilant les données altimétriques dans les modèles on sait maintenant prévoir l’océan global dans ses trois dimensions : température, salinité, courants. C’est ce que fait opérationnellement la société Mercator à Toulouse avec une maille de 1/12°.

Hauteurs de la surface de la mer dans l’Atlantique nord : prévision faite le 9 mars 2011 pour Le 22 mars 2011. Entre l’ «anticyclone» océanique centré sur les Bermudes et la « dépression » océanique au sud du Groenland la dénivellation est de 1,8 mètre.

Mercator-Océan

Courants associés à la topographie de la surface prévue de la figure ci-dessus en m/s. Mercator

Les deux figures ci-dessus représentent les prévisions de la hauteur de la surface et des courants associés faites le 9 mars pour le 22 mars 2011 dans l’Atlantique nord. La structure tourbillonnaire de l’océan y est patente notamment dans la région du Gulf Stream sur le bord ouest de l’anticyclone océanique où l’on remarque un entrelacs de tourbillons chauds anticycloniques (points hauts) en brun et de tourbillons cycloniques froids en jaune, vert ou bleu (points bas). Les courants marins qui ne sont pas de longs fleuves tranquilles (comme le montre la seconde figure ci-dessus), serpentent et zigzaguent autour de ces tourbillons (première figure ci-dessus) dans le sens des aiguilles d’une montre autour des tourbillons anticycloniques et en sens inverse autour des tourbillons cycloniques.

Le Gulf Stream le 15 avril 2011 tel que prévu un mois auparavant. US Naval Oceanographic Office

Dans le Gulf Stream en dépit de ces méandres tourbillonnaires qui font que parfois, à l’étonnement des navigateurs, le courant semble aller à contresens, le flux moyen vers le nord ouest est quand même de 140 millions de m3/s entre l’ "anticyclone océanique" centré sur les Bermudes et la «dépression océanique» du sud du Groenland.

Les courants marins

FUTURA SCIENCES 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

On entend souvent parler du niveau des océans, mais quels sont les éléments qui le déterminent ? Qu'est-ce qui fait son niveau moyen ?

Que représente le niveau moyen de l'océan ? ecolomania.com

La forme des bassins océaniques : Le niveau moyen des océans dépend de plusieurs éléments. C’est d’abord la forme du « récipient » qui le contient : la géométrie des bassins océaniques qui varie au cours du temps.

Le champ de pesanteur : C’est aussi le champ de pesanteur dont les variations peuvent induire des variations de la forme du géoïde et donc de celle de la surface de l’océan (par rapport à l’ellipsoïde de référence). C’est ensuite la masse océanique : la quantité d’eau contenue dans le récipient dépend des quantités échangées avec les autres réservoirs d’eau de la planète : les glaciers, les calottes polaires (Groenland, Antarctique) et les eaux continentales (rivières, lacs, eaux souterraines etc.).

La température de l'océan : C’est enfin la température de l’océan et dans une moindre mesure sa salinité qui déterminent son volume. L’augmentation en cours et à venir de la température de la Terre ne peut qu’induire une élévation de ce niveau puisqu’elle échauffe l’océan et fait fondre glaciers et calottes polaires. D’où la nécessité de la détecter et d’en suivre l’évolution de manière à en évaluer l’ampleur à venir.

Détecter, c'est-à-dire mesurer : il n’y a pas d’autres sources de connaissance. Les outils spatiaux permettent maintenant de mesurer les variations dans l’espace et dans le temps du niveau de la mer, les variations du contenu thermique des océans, celles de la masse des océans, des calottes polaires et des eaux continentales. On est donc en mesure de suivre l’évolution du niveau de la mer et de quantifier la part de chacune des composantes qui y contribuent.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Au sortir de la dernière période glaciaire, la fonte des calottes glaciaires nord américaines et européennes a provoqué une montée rapide du niveau des océans (~130 mètres). Il y correspond un transfert de charges : décharge sur les continents à la quelle répond une surrection des masses continentales et surcharge sur l’océan qui provoque une subsidencedes fonds marins.

Changement du géoïde (en mm/an) provoqué par l'actuel rebond isostatique. Ivins and James 2005(Antarctic Science)

Principe du rebond postglaciaire : Ces mouvements sont encore en cours aujourd’hui : surrection ici, subsidence ailleurs qui modifient la géométrie des bassins océaniques et auxquels correspondent aussi des modifications dans la répartition des masses et donc dans celle du champ de pesanteur et par conséquent dans la forme de la «surface-géoïde ». C’est ce que l’on appelle le rebond postglaciaire (glacial isostatic adjustment, GIA) qu’il faut prendre en compte dans le bilan global des composantes qui contribuent aux variations du niveau de la mer. À ce rebond postglaciaire (subsidence des fonds marins) correspond par exemple une diminution globale du niveau moyen de la mer de 0.3mm/an (augmentation du volume des bassins océaniques du fait de la subsidence induite par la surcharge océanique).

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

L'une des nombreuses conséquences imputées au réchauffement climatique est la hausse du niveau moyen de la mer. Quelles ont été les mesures du XXe à aujourd'hui, et que nous apprennent-elles ?

Élévation du niveau moyen de la mer au cours du XXe siècle en millimètres. Legos

Niveau des mers au XXe siècle : des mesures imprécises : Les marégraphes historiques, puits qui amortissaient les mouvements de la mer et filtraient la marée, mesurent localement les variations du niveau de la mer. Leur couverture géographique le long des côtes et dans les îles n’est pas optimale et liés à la côte ils enregistrent aussi les mouvements verticaux de la croûte terrestre, le rebond postglaciaire qui est modélisé mais aussi les mouvements induits par l’activité tectonique et le volcanisme que l’on ne sait pas corriger. Les études fondées sur ces observations s’accordent pour conclure à une élévation du niveau moyen de la mer de 1,8 mm/an au cours du XXe siècle.

Les mesures par satellites : Les mesures du niveau de la mer faites avec précision et de manière ininterrompue par les satellites altimétriques depuis 1992 (Topex/Poseidon opérationnel de 1992 à 2006 et ses successeurs toujours en activité, Jason 1 - 2001 et Jason - 2008) font apparaître une élévation moyenne du niveau de la mer de 3,3 mm/an (qui inclut le rebond postglaciaire de 0,3 mm/an) de 1993 jusqu’à maintenant.

Élévation du niveau moyen de la mer depuis le lancement du satellite Topex/Poseidon en centimètres. Aviso

Une élévation irrégulière du niveau des mers : Cette accélération est attribuée au changement climatique induit par l’accroissement dans l’atmosphère des gaz à effet de serre conséquence des activités humaines. On constate que cette élévation ne se fait pas à un rythme constant. Le contraire eut d’ailleurs été étonnant compte tenu de la complexité du système. Ainsi note-t-on un «accident» notable en 1997-1998 que l’on relie à l’ampleur de l’alternance Niño/Niña caractéristique de cette période qui modifie considérablement la répartition du contenu thermique océanique et du régime des pluies dans le Pacifique équatorial. On s’est aussi beaucoup ému de constater qu’entre 2003/2004 et 2008 la montée du niveau de la mer semblait marquer le pas : 2,6 mm/an seulement contre 3,3 mm/an entre 1993 et 2003. D’autant que parallèlement l’augmentation du contenu thermique des couches supérieures (700 m) de l’océan diminuait fortement (cf. infra).

Certains y ont vu aussitôt des raisons de remettre en cause la réalité du réchauffement global. L’évolution ultérieure (2008-2010) montre que la progression du niveau de la mer a repris à son rythme d’avant 2003 sans que l’on puisse conclure autre chose que le niveau de la mer, comme les autres paramètres climatiques, est soumis à une variabilité pluriannuelle et décennale qu’il importe d’analyser en liaison avec ces autres paramètres.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

On ne peut évaluer l'élévation du niveau de la mer sans considérer la température des océans, une donnée essentielle.

C'est via l’atmosphère dans lequel il vit que l’Homme ressent toute la saveur des variations climatiques (température, précipitations). Depuis le début du XXe siècle la température moyenne de l’air à la surface de la Terre a augmenté de 0,8° C : c’est l’effet le plus visible du changement climatique et le plus sensible pour l’Humanité.

Évolution de la température de puis 1880. (Nasa/Giss)

Comparativement l’élévation de 0,04° C des couches superficielles de l’océan (moyenne sur 700 mètres) peut à première vue sembler dérisoire mais compte tenu des différences de chaleur spécifique entre l’atmosphère et l’océan c’est pourtant ce dernier qui se taille la part du lion. L’océan a absorbé près de 85 % du réchauffement induit par le forçage radiatif dû aux gaz à effet de serre anthropiques soit vingt fois plus que l’atmosphère. Il y correspond nécessairement une augmentation du niveau de la mer.

Les données in situ disponibles de profil de température en fonction de la profondeur depuis les années 1950 sont assez disparates ; elles ont été obtenues avec des bathythermographes mécaniques et «expandables» le long des routes des navires et avec des sondes CTD (Conductivity Temperature Depth) lors des campagnes océanographiques. Cette hétérogénéité et les incertitudes sur les calibrations rendent difficile le traitement de ces données. Récemment une réévaluation complète en a été faite qui permet d’accorder du crédit aux évaluations faites des variations du contenu thermique des couches superficielles (700 mètres) de l’océan.

Le programme Argo pour l'étude de la température des océans : Le programme Argo lancé en 2000 qui s’est donné pour objectif le déploiement de 3.000 flotteurs-profileurs dans l’ensemble de l’océan permet de combler une lacune des mesures traditionnelles : un sous-échantillonnage de grandes parties de l’océan du fait de la distribution géographique très parcellaire des mesures.

Chaque flotteur dérive en profondeur et remonte en surface tous les dix jours en mesurant la température et la salinité le long de la colonne d’eau sur 2.000 mètres. En surface il transmet par satellite sa position et les données recueillies puis replonge pour une nouvelle étape de dix jours. L’objectif de 3.000 flotteurs du programme a été atteint en octobre 2007. Chaque année environ 100.000 sondages sont effectués dans tout l’océan. On dispose ainsi d’un système d’observation de l’océan rendu possible par les moyens spatiaux de localisation et de transmission de données comme Argo. En février 2011, 3.214 flotteurs fournis par environ 25 pays étaient en service.

La répartition des flotteurs Argo dans l’océan mondial en février 2011. Argo Project

Les résultats des données : La courbe d’évolution du contenu thermique des 700 premiers mètres de l’océan de 1955 à 2009 et l'expansion thermique correspondante est donnée ci-dessous.

Évolution du contenu thermique des 700 premiers mètres de l’océan et « expansion » correspondante. Levitus et al. 2009 GRL (Geophysical Research Letter)

La croissance n’est pas régulière et la température de l’air comme le contenu thermique de l’océan présentent un minimum marqué dans les années 1960-1970. C’est l’indication qu’il y a une variabilité climatique pluriannuelle couplant l’atmosphère et l’océan (cf. la page sur les variations du niveau de la mer selon les régions) et l’atmosphère. À partir de 1969, à quelques variations interannuelles près, l’augmentation du contenu thermique est continue. Elle va s’accélérant nettement de 1993 à 2003 (1.6mm/an) et faiblit beaucoup ensuite (comme le niveau de la mer lui-même) ensuite de 2003 à 2008 avec 0,6 mm/an.

Cet affaiblissement récent de la pente de la courbe de l’expansion thermique est probablement le reflet d’une variabilité naturelle à court terme dont le premier graphique présenté montre qu’il y eut de nombreux exemples dans le passé. On ne peut encore dire si la reprise de l’élévation du niveau de la mer au rythme proche de 3 mm/an (2008-2010) s’accompagne aussi d’une nouvelle augmentation du contenu thermique des couches superficielles de l’océan.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Les mesures depuis l’espace des variations de la gravité avec le système Grace (Gravity Recovery and Climate Experiment) lancé en mars 2002 apportent une nouvelle évaluation indépendante des transferts de masse d’eau. Mesure des variations de la masse océanique, mesures des variations de masse des calottes glaciaires, mesure des variations des eaux continentales.

Le système de satellites Grace : gravity recovery and climate experiment. Grace project

Principe du système Grace : Le système est constitué de deux satellites qui sur une même orbite, à 550 kilomètres d’altitude, se suivent à une distance de 220 kilomètres. Ils sont munis d’un instrument qui mesure les variations de la distance qui les sépare à moins de dix micromètres. Lorsque le satellite de tête arrive au-dessus d’une zone où la gravité croît sa vitesse augmente et donc aussi sa distance au satellite qui le suit. De cette augmentation de distance (accélération) on déduit la variation correspondante du champ de gravité. Les satellites Grace effectuent une couverture globale de la Terre en un mois.

Grace, une précision étonnante : C’est la première fois que l’on cartographie ainsi avec précision la valeur du champ de gravité sur tout le globe dans un temps aussi court. La partie constante de ce champ porte les signatures des structures tectoniques telles les dorsales océaniques, monts sous-marin, zones de subduction dont la connaissance se trouve ainsi grandement améliorée. Les variations temporelles sont, elles, le signe de transfert de masses. Exemple spectaculaire : Grace a pu mesurer la modification apportée au champ de gravité par le tremblement de Terre d’Indonésie qui provoqua le tsunami du 26 décembre 2004. Et pourtant la variation d’accélération correspondante n’est que de 20 nanomètres(milliardièmes de m/s2)

FUTURA SCIENCES 2011

Admin-lane · le 19 juillet 2013

Ce sont les techniques de télédétection (aéroportées ou satellitaires) qui ont permis depuis une vingtaine d’années d’avoir un nouveau regard sur les variations de masse des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique.

L’altimétrie satellitaire sur orbite polaire (ERS-1/2, Envisat), les altimètres laser aéroportés ou spatiaux (IceSat depuis 2003) permettent un suivi de l’évolution du niveau des calottes polaires et donc de leur volume.

Quelle est la part de la fonte des calottes glaciaires dans l'élévation du niveau de la mer ? DR

Les techniques d'étude des variations des calottes polaires : L’interférométrie appliquée aux radars à ouverture synthétique embarqués sur satellite (ERS1/2…) fournit des mesures de l’écoulement des glaciers et donc de leur décharge dans l’océan pour peu que l’on connaisse l’épaisseur du glacier. On arrive ainsi à estimer le bilan net de masse des calottes polaires. Le satellite gravimétrique Grace fait de son côté depuis 2003 la mesure directe du bilan de masse total des calottes glaciaires arctique et antarctique.

Les résultats obtenus : Chacune des techniques a ses propres incertitudes : les mesures de Grace par exemple doivent être corrigées du GIA ; correction particulièrement sensible pour l’Antarctique où le signal «GIA» est du même ordre de grandeur que celui de la variation de masse glaciaire. Néanmoins les résultats obtenus s’accordent assez bien et montrent très clairement une accélération de la perte de masse des calottes polaires durant la dernière décennie.

Accélération qui fait que la contribution de la fonte des calottes polaires à l’élévation du niveau de la mer est de plus en plus importante.

Accélération qui fait aussi que le GIEC dans son quatrième rapport (2007) prévient que la contribution des calottes polaires aux scénarios d’élévation du niveau de la mer qu’il projette à l’horizon 2100 (entre 18 et 51 cm) pourrait être beaucoup plus importante (jusqu'à 1 mètre) en cas d’accélération de l’écoulement vers la mer des glaciers, comme les observations récentes le montrent.

Causes proposées et bilan des observations: Deux processus sont invoqués.

Évolution des calottes polaires (Antarctique et Groenland) depuis 2003 déduite de Grace (en gigatonnes). Velicogna 2009 GRL( Geophysical Research Letter)

D’abord la «lubrification» du soubassement rocheux du fait de l’infiltration de l’eau fondue en surface en été via les crevasses. C’est surtout semble-t-il valable pour le Groenland. Ensuite la «cassure» de l’extrémité flottante des glaciers sur l’océan (ice shelf) qui favorise leur écoulement. Cassure due à la fragilisation de l’ ice shelf» au contact d’une eau de mer qui s’échauffe provoquant une fonte du glacier à sa base et la cassure qui libère de la place pour l’écoulement du glacier en amont.

Le bilan est le suivant : de 1993 à 2003 la contribution totale des calottes polaires à l’élévation du niveau de la mer était de 0,4 mm/an (à égalité 0,2 pour le Groenland et l’Antarctique) soit à peu près 13 % du total. Elle a plus que doublé par la suite : 1,1 mm/an (0,4 pour le Groenland, 0,7 pour l’Antarctique) de 2003 à 2009 soit alors 40 % du total (2,6 mm/an). Parallèlement, on l’a vu l’expansion thermique chutait de 1,6 mm/an (près de la moitié du total) à 0,6 mm/an, soit 15 % seulement du total.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Les glaciers continentaux sont évidemment sensibles aux variations climatiques et singulièrement à l’évolution en cours du climat.

Évolution de la masse des glaciers continentaux 1980-2007 exprimée en équivalent millimètres d’eau sur la totalité de leur surface. En rouge les trente glaciers de référence. (WGMS, Zurich)

Leroy Ladurie s’est largement servi des archives historiques concernant les glaciers alpins dans son Histoire du Climat depuis l’an mil. Y apparaît une avancée spectaculaire des glaciers pendant le petit âge glaciaire, sans doute la plus importante à l’échelle de notre cycle interglaciaire, suivie d’une non moins spectaculaire régression depuis le milieu du XIXe siècle.

Les variations de masse des glaciers : Ces glaciers sont répartis à travers le monde et aucun n’est à nul autre vraiment semblable. Aussi est-il difficile de faire un bilan global de la masse de ces glaciers qui représentent 0,2 % du volume des glaces continentales soit un potentiel d’élévation du niveau de l’océan de 25 centimètres. Les estimations du bilan de masse combinent des mesures in situ (accumulation annuelle de neige et pertes par fonte) et des techniques géodésiques (altimétrie et modèles numériques de terrain) et elles se font glacier par glacier. On dispose d’informations sur quelque 100.000 glaciers à travers le monde rassemblées au «World Glacier Monitoring Service» (WGMS) à Zurich.

Seule une centaine d’entre eux fournissent chaque année des informations sur leur bilan de masse. Sur cette centaine le WGMS a établi une liste de trente glaciers de référence représentatifs des chaînes de montagne du monde dont on peut faire chaque année le bilan de masse avec l’idée que les autres glaciers de la région dont les observations sont beaucoup plus réduites ont une évolution comparable.

Et cela depuis 1980. Il en résulte que si la plupart des glaciers perdent régulièrement de la masse cela n’est pas le cas des glaciers scandinaves qui ont tendance à progresser depuis 1989 du fait de l’accroissement, dû au changement climatique, des précipitations hivernales. Mais globalement la décroissance est inexorable et s’accélère. Dans son quatrième rapport le GIEC évaluait à 0,8 mm/an la contribution des glaciers continentaux à l’élévation du niveau de la mer entre 1993 et 2003. Les évaluations les plus récentes la donnent maintenant à 1,2 mm/an entre 2003 et 2009.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Les eaux continentales (qui ici n’incluent pas les calottes polaires et glaciers) participent au cycle de l’eau planétaire et sont à ce titre actrices de la machine climatique. Elles sont constamment échangées avec l’atmosphère et l’océan (évaporation, transpiration, ruissellement). Comme les autres acteurs du système climatique elles sont donc soumises aux variations climatiques qui peuvent en affecter la quantité et à ce titre peuvent contribuer aux variations du niveau de la mer.

Les activités humaines affectent également le stockage des eaux continentales dans les sols, réservoirs et aquifères : barrages, pompage de l’eau, irrigation, urbanisation, déforestation, agriculture etc. Elles ont aussi un impact possible sur le niveau de la mer dans un sens ou dans l’autre. On ne dispose pas, pour les dernières décennies, d’observations globales permettant d’estimer les variations des eaux continentales. Les modèles climatiques récemment développés permettent de calculer le bilan des échanges d’eau et d’énergie à la surface de la Terre et d’en déduire les variations dans le stockage des eaux continentales en fonction des paramètres atmosphériques près de la surface (température, précipitations, humidité, vent).

Évaluation par Grace des variations des masses d'eaux continentales (exprimées en millimètres) entre février 2003 et février 2006. DR

En analysant de nouveau les données atmosphériques de 1950 à 2000 il ne se dégage aucune tendance climatique à long terme mais de grandes variations interannuelles et décennales. On a montré que l’anomalie positive de niveau de la mer de 1997/1998 déjà signalée sur la courbe d’évolution du niveau de la mer depuis 1992 était une illustration de la variabilité interannuelle : elle correspond au phénomène El Niño particulièrement vigoureux de ces années là associé à un transfert important, via les précipitations, d’eaux continentales vers l’océan dans les régions tropicales.

Pompage d'eau et barrages : les effets des activités humaines : Les interventions humaines peuvent avoir des effets contradictoires qu’il est difficile d’évaluer. D’un côté le pompage d’eau souterraine pour les besoins de l’agriculture et de l’industrie et les usages domestiques qui se traduit par une perte d’eau et donc une élévation du niveau de la mer ; de l’autre la construction de nombreux barrages sur les cinquante dernières années qui au contraire retiennent l’eau et a plutôt tendance à faire baisser le niveau de la mer. Des études récentes concluent à un match quasi-nul pour ces deux tendances au cours des décennies passées mais avec des valeurs relativement élevées : + 0,55 à 0,64 pour la hausse contre -0,55 à la baisse.

Le satellite Grace mesure les variations temporelles des quantités d’eau à la verticale (eaux de surface, humidité des sols, eaux souterraines) sans discriminer les contributions des réservoirs individuels ni distinguer la part climatique de celle attribuable directement aux activités humaines. D'après les résultats de Grace, une étude portant sur la période 2003-2006 concluait à une contribution positive inférieure à 0,2 mm/an à l’élévation du niveau de la mer. Une étude ultérieure portant sur la période 2002-2008 concluait à une contribution négative voisine de -0,2 mm/an confirmant ainsi que la variabilité climatique interannuelle est le signal dominant (qui est faible en tout état de cause) pour les eaux continentales.

Conclusion des données sur les eaux continentales : Trois conclusions s’imposent :

- les eaux continentales ont été de peu de poids dans l’évolution à long terme du niveau de la mer au cours des dernières décennies ;
- la variabilité climatique aux échelles pluriannuelles et décennales est importante ;
- les activités humaines induisent à long terme de grands changements dans l’hydrologie continentale même si, rapportés au niveau de la mer les effets pour l’instant s’annulent ce qui ne sera pas forcément le cas à l’avenir.

On ne peut donc discerner à l’heure actuelle aucune tendance à long terme dans les variations des eaux continentales.

Pour l’avenir, la construction de barrages décroissant nettement et le pompage d’eau continuant à un rythme soutenu, on peut s’attendre à une contribution positive au niveau de la mer.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Après évaluation des différentes variations qui peuvent influencer le niveau de la mer, un bilan a été établi.

Élévation du niveau de la mer : quel est le bilan final des observations ? ecolomania.com

Bilan global du niveau de la mer : 1993-2009 (mm/an)

Mesure altimétrique directe : …………………………3,3 mm/an +/-0.5
Composante thermique : ...........................1,1 mm/an
Glaciers :…………………...................................1,0
Calottes polaires :………….............................0,8
Eaux continentales : ………...........................0,1
Total des contributions :…………………………………3 mm/an

On voit qu’entre la mesure directe altimétrique et la somme de l’évaluation de chacune des composantes l’écart est très faible et reste dans la marge d’incertitude.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Les variations de la quantité d’eau dans l’océan, donc de la masse océanique induisent une variation du champ de gravité que le satellite Grace mesure directement. Aux données brutes de Grace il faut cependant apporter une correction de rebond postglaciaire (GIA).

Dans le cas de la mesure altimétrique du niveau de la mer, la correction de GIA, on l’a vu, est essentiellement géométrique : il s’agit de la forme et du volume des bassins océaniques. Dans le cas de la gravité c’est plus complexe puisque le GIA provoque une diminution séculaire du champ de gravité (diminution de masse) sur l’océan que l’on doit donc ajouter aux données brutes de Grace qui incluent les deux composantes : variations de la gravité dues au GIA et variations de la masse océanique.

Évaluation par Grace de la variation de la masse océanique entre 2003 et 2008 : mesures brutes en bas et après correction de GIA en haut. DR

La correction de GIA détermine l'élévation du niveau de la mer : C’est une correction linéaire importante que l’on tire de la modélisation du GIA. Suivant les auteurs elle varie de 1 à 2 mm/an en équivalent au niveau de la mer dépendant des hypothèses introduites dans le modèle. Les mesures brutes de Grace en 2003-2009 donnent une légère décroissance du niveau de la mer : -0,12 mm/an. Ce qui se transforme en une augmentation de 0,9 à 1,9mm/an suivant que l’on prend une correction de GIA de 1 ou 2 mm/an. Autrement dit dans ce cas, c’est la correction de GIA qui détermine la valeur de l’élévation correspondante du niveau de la mer.

Cette mesure est à comparer à l’évaluation des variations de la masse océanique déduite de la différence entre la mesure altimétrique du niveau de la mer et l’expansion thermique entre 2003 et 2009 : 2,6-0,6= 2 mm/an. Avantage donc à une correction de GIA de 2 mm/an qui aboutit à partir des données Grace à une estimation assez voisine de 1,9 mm/an. Il est critique de mieux évaluer la valeur du GIA de manière à disposer avec Grace (et on l’espère, ses successeurs) d’une évaluation directe et indépendante du bilan de masse de l’océan à comparer aux bilans des glaces et eaux continentales.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

Alors que la fonte des glaciers s’est accélérée, il peut sembler surprenant que l’expansion thermique des océans ait marqué une pause aussi sensible entre 2003 et 2008. En tirer la conclusion que le réchauffement planétaire lui-même s’essouffle serait une erreur, bien que nous ne soyons pas encore en mesure d’en expliquer clairement la cause.

Variations spatiales de l’élévation du niveau de la mer 1992-2008 en mm/an, altimétrie (en haut) et variations spatiales de la part due au contenu thermique (en bas) en mm/an également. Legos

L’obsession du réchauffement global ne doit pas occulter la variabilité climatique «naturelle» aux échelles temporelles pluriannuelles et décennales comme on l’a vu pour la mesure altimétrique et les composantes stériques et eaux continentales, ni les variations spatiales qui leur sont vraisemblablement liées. Ne considérer que des valeurs globales moyennes peut faire oublier que l’élévation du niveau de l’océan et les variations de son contenu thermique ne se font pas de manière homogène. Loin de là. Si les mesures altimétriques faites depuis 1992 (Topex/Poseidon) montrent que le niveau de la mer s’est élevé en moyenne de 3,3 mm/an, elles montrent aussi que cette valeur varie d’une région à l’autre.

Des variations hétérogènes selon les régions : Ainsi entre 1992 et 2010 on observe une augmentation de l’ordre de 10 mm/an dans l’ouest du Pacifique tropical mais une baisse à peu près équivalente du côté des Aléoutiennes, et sur les côtes américaines du Pacifique.

Dans l’Atlantique on note aussi un contraste marqué entre la mer du Labrador d’une part et juste au sud dans la région du Gulf Stream d’autre part. Il y a pour la même période une grande similitude avec les variations de l’expansion thermique (déduite des mesures in situ) qui est donc manifestement le signal dominant. Or sur une période plus longue (1955-2003) on observe une situation très différente quasiment inverse dans ces deux régions : là où l’expansion thermique était maximale dans le Pacifique intertropical ouest on observe maintenant une diminution significative ; de même dans l’Atlantique nord la situation s’inverse-t-elle entre la région du Gulf Stream et celle de la mer du Labrador.

Variations spatiales du signal altimétrique dû à l’expansion thermique pour les périodes 1955-2003 et 1993-2008 (en mm/an). Legos

Exemple de la NAO et du Gulf Stream : Cela traduit incontestablement le poids très fort des variabilités pluriannuelles qui comme on l’a déjà évoqué avec El Niño/Niña de 1997 et 1998, ont un impact sur les variations moyennes du niveau de la mer.

Par exemple : la «NAO» (North Atlantic Oscillation) et le Gulf Stream. La NAO est une oscillation que l’on caractérise par la différence de pression atmosphérique entre l’anticyclone des Açores et les basses pressions d’Islande. Plus cette différence est élevée (anomalie positive de l’indice NAO) et plus le régime des vents d’ouest est fort aux latitudes tempérées assurant à l’Europe de l’ouest des hivers doux et humides et réciproquement. Si la NAO variait d’année en année de manière aléatoire tout cela n’aurait pas beaucoup d’importance : l’océan n’aurait guère le temps d’enregistrer de manière durable les perturbations d’une année que l’année suivante viendrait effacer. Il ne s’agirait que d’un bruit de fond sans conséquence à moyen et long terme. Mais il n’en est pas ainsi !

Et c’est bien pourquoi on parle d’oscillation : les anomalies ont une certaine durée comme on le voit sur la figure de l’évolution de l’indice de NAO depuis le millieu du XIXe siècle.

Indice de NAO (différence de pression atmosphérique entre Açores et Islande) de 1860 à 2003. NCAR

Les périodes d’anomalie positive ou négative de la NAO ont une certaine pérennité de plusieurs années qui ont un impact sur le climat : par exemple, à la forte négativité de l’indice NAO dans les années 1960-1970 correspond un minimum à la fois de la température de l’atmosphère et du contenu thermique de l’océan.

Le transport du Gulf Stream déduit de la différence d’énergie potentielle entre les Bermudes (point haut) et la mer du Labrador (point bas) est corrélé, avec un retard de quelques mois, aux variations de la NAO : à indice élevé correspond une intensification du Gulf Stream et réciproquement. Il en est évidemment de même des transports de chaleur océanique et donc du contenu thermique océanique de l’Atlantique nord… D’où l’impact probable sur la répartition du contenu thermique océanique et le signal altimétrique.

Autre exemple dans le Pacifique : une oscillation analogue PDO (Pacific Decadal Oscillation) témoigne des variations des conditions thermiques océaniques du Pacifique nord sur des périodes de vingt à trente ans dont la signature ressemble beaucoup à l’alternance observée dans le signal altimétrique entre l’est et l’ouest du Pacifique (voir les deux premiers graphiques de la page).

Ces oscillations, d’El Niño à la NAO, à la PDO et d’autres encore se chevauchent et interagissent. Elles induisent des fluctuations de la distribution géographique du contenu thermique de l’océan, des fluctuations climatiques (précipitations, évaporation, ruissellement), des modifications de la circulation océanique qui toutes ont leur signature dans le signal altimétrique et sa répartition géographique sans que l’on puisse encore démêler complètement l’écheveau.

Représentation 3D des anomalies du géoïde terrestre. Nasa

À cela, pour être complet, il faut ajouter pour l’avenir plus lointain l’impact des transferts de masse, notamment la diminution des calottes polaires voire, par exemple, la disparition de la calotte ouest de l’Antarctique particulièrement menacée parce que s’étendant en mer, sur le champ de pesanteur et donc sur le géoïde, surface équipotentielle du champ de gravité qui coïncide avec le niveau moyen de la surface de l’océan au repos. À nouvelle répartition des masses, la déformation du géoïde et donc de la surface de l’océan qui indépendamment des variations climatiques s’élèvera ici, baissera ailleurs, au gré des variations du géoïde.

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Admin-lane · le 19 juillet 2013

La mer, incontestablement et inexorablement, monte… Elle le fait à un rythme variable aux échelles pluriannuelles et décennales qui intègrent les réponses propres des différentes composantes qui y contribuent au réchauffement global d’une part et à toutes les échelles de variation climatique d’autre part…

Le niveau de la mer doit être mesuré en continu. Janne M, Flickr CC by-NC-SA 3.0

Continuer l'observation des variations sur notre planète : Ce rythme risque de s’accroître compte tenu de l’accélération du mouvement vers la mer des glaciers qui bordent les calottes polaires et dont les processus sont encore mal pris en compte dans les modèles. Avec à l’horizon 2100 une perspective d’élévation du niveau moyen des océans qui pourrait atteindre 1 mètre, perspective nettement supérieure à la projection la plus pessimiste du quatrième rapport du Giec qui était de 51 centimètres.

Nous disposons des moyens techniques opérationnels d’observation pour en suivre le mouvement, en déterminer et quantifier les différentes contributions, comprendre les mécanismes qui les relient et donc améliorer et alimenter les modèles prévisionnels d’évolution du climat. Il faut assurer leur pérennité.

À développement durable… système durable d’observation de la planète Terre pour comprendre et prévoir l’évolution de notre biosphère. Ainsi à défaut, le cas échéant, d’avoir pris les mesures nécessaires en temps utile pour s’assurer dans l’avenir un confort climatique, l’Homme aura au moins la consolation de comprendre le pourquoi des désagréments auxquels il sera exposé.

Faire comprendre aux enfants le fonctionnement des océans.

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