Ce cours traite les causes des variations du niveau marin.

1. Les variations du niveau marin
Les causes

2. Niveau de le mer
il y a 9000 ans :
- 40 m
Tiré des conférences Rivages, 2000
CONSTATS

3. Tempéré
chaud
Tempéré chaud
Tropical
Aride
Reconstruction paléoclimatique
Il y a ~220 Ma : Trias : aucune calotte aux pôles
Le niveau de la mer : + 100 m / aujourd’hui

4. Variations globales versus
variations locales
Variations
globales
 CLIMAT +
GEODYNAMIQUE
Variations
locales
 Apports
sédimentaires et
tectonique locale
1 2
Variation absolue
Variation relative

5. 1 Les variations globales
 à l’échelle des temps géologiques

6. Variations
du
niveau
de
la
mer
(m)
Age (Millions d’années Ma)
Modèle 1
Modèle 2
Les variations de grande ampleur du niveau des océans
CYCLE DE 1er ORDRE : 400 - 200 Ma
Activité des dorsales et mouvements des continents
Glaciations

7. Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Exemple : Ouverture de
l’Atlantique + croissance des
dorsales du Jurassique au
Crétacé : +200 m en 150 Ma

8. Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Ouverture de l’Atlantique + croissance de la dorsale du Jurassique au Crétacé : +200 m en 150 Ma
Document JY Royer
Taux d'expansion des dorsales par le passé

9. Les variations de grande ampleur du niveau des océans
À volume d’océan constant, la surface des océans augmente
 Baisse du niveau de la mer
Surface du bassin
océanique
Les orogènes

10. Variations
du
niveau
de
la
mer
(m)
Age (Millions d’années Ma)
Modèle 1
Modèle 2
Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Glaciations
Collision
hercynienne
Collision
Alpes - Himalaya

11. Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Lien entre climat et
géodynamique globale en
rétroaction positive pour le
niveau marin?

12. 570 Ma
G
G
Première grande glaciation
GLACIATION GLOBALE DE LA TERRE
G
G
G
Les périodes glaciaires durables de grande ampleur
Pompe à CO2 ?
Pompe à CO2 ?
T° globale
Glaces aux
pôles
Glaces aux
pôles

13. ALTERATION CHIMIQUE des continents
(roches endogènes ou roches volcaniques)
Consommation de CO2 atmosphérique
Orogène
Silicates de Ca
(Pyroxène – Plagioclase)
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+ Ca2+
Carbonates
CaCO3
HCO3
-
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+
Ca2+ Ca2+
CO2
GLACES stockées sur les continents
Si volume des carbonates < volume de glaces : BAISSE du niveau marin

14. Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Variations dans le cycle de l’eau
STOCKAGE de l’eau sur les continents
Variation du niveau des océans max = 200 m
Antarctique : 29 millions de km3
Groenland : 2.5 millions de km3
autres glaciers : 0.2 millions de km3
VOLUME de glaciers continentaux actuels
Surface des océans = 357 Mkm²
Si tous les glaciers continentaux actuels fondaient, on aura
une élévation maximum du niveau marin de 30 M km3/ 357 Mkm² =
+80 m

15. Variations
du
niveau
de
la
mer
(m)
Age (Millions d’années Ma)
Modèle 1
Modèle 2
AUTRES VARIATIONS : pas vraiment de cycles définis
Precipitations carbonates, variations climatiques « durables »
…autres ???
Glaciations
?
Les variations de grande ampleur du niveau des océans
Rétroactions + / -

16. Estimations des volumes de roches carbonatées et de roches volcaniques produits depuis le cambrien,
d'après Aleksandr Borisovich Ronov, Source : La Terre Supplément APBG n°2 1997 p.151
En 50 Ma : dépôts de
50 x 0.5 MKm3 = 25 Mkm3
Sur Tectoglob : + 70 m
 Variations ponctuelles dans le temps sans
vraiment de cycles définis
Les variations de grande ampleur du niveau des océans

17. Logiciel pédagogique Capes SVT : TECTOGLOB
http://svt-capes.scola.ac-paris.fr/logiciels.php
Exemple : 30 Mkm3
Exemple : 25 Mkm3
Exemple : 20 km3 de dorsale / an créés
 Depuis 1 Ma : 20 km3

18. 1 Les variations globales
 à l’échelle des derniers Ma

19. Les variations des derniers Ma
Forage sédimentaire ODP 659 Volume
des
glaces
+
-
Source : Benjamin Levrard adapté de Tiedemman et al., 1994
Page : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-milankovitch-2005-09-27.xml#id2458662

20. Les variations glacio – eustatiques : cycles de haute fréquence
Les variations du dernier Ma
Jupiter
Niveau actuel
d18O haut
Glaces
d18O bas

21. Les variations glacio – eustatiques : cycles de haute fréquence
Les variations du dernier Ma

22. Variations du volume des glaciers continentaux
depuis 18 000 ans et avancée de la mer
À – 18 000 ans
+ 120 m

23. Peut-on appliquer les paramètres orbitaux
à l’échelle des temps géologiques ?
Ont-il existé ?
Peut-on les modéliser ?

24. Exemple : Hauterivien de Castellane (135 Ma)
(Photo : J-F Stephan)
Haut niveau marin

25. Variations
du
niveau
de
la
mer
(m)
Age (Millions d’années Ma)
Modèle 1
Modèle 2
Glaciations
23 Ma
Avant 23 Ma : simulations
astronomiques terrestres effectuées
(International Stratigraphic Chart)

26. Variations
du
niveau
de
la
mer
(m)
Age (Millions d’années Ma)
Modèle 1
Modèle 2
Glaciations
50 Ma
Les cycles de Milankovitch se modélisent mal…
et sont temporellement indétectables
Comportement chaotique des orbites des planètes
Erreur augmente d’un facteur 10 tous les 10 Ma
Variations
glacio-eustatiques
?

27. 1 Les variations globales
 à l’échelle de l’homme
(depuis 2 siècles)
Dilatation thermique
Couplage dynamique atmosphère/océan

28. Mesures des variations récentes du
niveau de la mer
- Marégraphes
-Brest (depuis 1810)
-Marseille (depuis 1887)
- Satellites altimétriques
Topex-Poséidon (depuis 1992)

29. élévation du niveau de la mer d’environ 1,5 à 2 mm par an
 +15 cm en 1 siècle
Les variations du dernier siècle
Après correction des variations saisonnières
CAUSE(S) ?

30. Les variations des dernières décennies
SST = Sea Surface T°C
MSL = Mean Sea Level
+ 10 cm + 0.4 °C
On connaît le coefficient de dilatation thermique des océans
= 2.6 x 10-4 °C-1
Si on considère que ce sont les eaux de surface qui se réchauffent (1 km = 105 cm)
105 x 2.6 x 10-4 x 0.4 = 10 cm d’élévation du niveau marin

31. Les variations des dernières décennies
SST = Sea Surface T°C
MSL = Mean Sea Level
+ 10 cm + 0.4 °C
DEPUIS le dernier siècle, c’est la dilatation thermique
des océans qui fait remonter le niveau marin
pour l’instant la fonte des glaciers n’a qu’un rôle négligeable
…et c’est surtout les glaciers de montagne qui reculent
(Groenland et Antarctique n’ont pas entamé leur fonte de manière significative)

32. CAUSES de l’augmentation de T° depuis les années 1990 ???
ACCUMULATION
d’origine
anthropique
de 4 GT de C
(15 GT de CO2)
dans
l’atmosphère

33. Logiciel pédagogique Capes SVT : TECTOGLOB
http://svt-capes.scola.ac-paris.fr/logiciels.php
Exemple :
Si on réchauffe les océans de 1°C sur 5000 m
 + 90 cm

34. Les prédictions d’élévation du niveau marin
Si prise en compte du début de la fonte
des glaces polaires continentales
+ dilatation
+ aérosols
+ rejets CO2 anthropique
Entre +15 cm et +95 cm
en 2100
Selon les scénarios IPCC
1 : idem
Contrôle GES
Energies non
combustibles
à partir de 2050

35. 1 Les variations globales
 à l’échelle de l’homme
(depuis 2 siècles)
Dilatation thermique
Couplage dynamique atmosphère/océan
le cas du phénomène El Nino

36. Phénomène naturel, cyclique
Causes : couplage vents / océan
1998

37. Élévation importante en 1997-1999
Élévation continue en 2001 jusqu'en 2003 (Océan Antarctique)
ANOMALIE SSH : 1992 à 2003

39. Les variations locales
2

40. Les variations locales
RECUL du LITTORAL AVANCE du LITTORAL
2
LES CAUSES TECTONIQUES

41. Relation eustatisme / tectonique : variations relatives du niveau de la mer

42. Exemple : étagement des terrasse dans les environs de Nice
Photographie de la terrasse de la Lanterne, à Nice
Age = d’environ 2 millions d’années.
C’est la plus ancienne des terrasses du Var, située à 150 m d’altitude.
Lorsque le niveau de la mer baisse, les fleuves incisent leurs vallées près de
leurs embouchures. Au contraire, quand ce niveau monte, la basse vallée est
ennoyée et remblayée par des sédiments. Dans notre région, le soulèvement
des Alpes donne lieu à un étagement de « terrasses » alluviales, les plus
hautes étant les plus anciennes.

43. Les variations locales
RECUL du LITTORAL
Ensablement
LES CAUSES de la dynamique sédimentaire
La progression des
prés salés au XXe
siècle dans la Baie
du Mont-St-Michel en
dépit d'une élévation
du niveau de la mer
déséquilibre entre les apports sédimentaires et la force érosive des
vagues  un ensablement du littoral

44. BILAN des causes de
variations globales du
niveau marin

45. CLIMAT: T° atmosphérique
Forçages internes Forçage externe
FONTE des glaces
sur les continents
NIVEAU DE LA MER
Cycles astronomiques
Océanisation Orogenèse Volcanisme
+
indirect
- + - + -
+
+ +
DILATATION thermique PRECIPITATION
de carbonates
Max : 200 m
Max : m
Max : 100 m
Max : 400 m
Anthropisation
+

46. Forçage tectonique Forçage sédimentaire
NIVEAU DE LA MER
Soulèvement Subsidence
+
-
Apport sédimentaire
>
érosion
+
-
Apport sédimentaire
<
érosion
À l’échelle locale : variation relative
Erosion littorale

47. … pour finir rapidement
Quelles conséquences sur la
remontée du niveau marin en
cours et à venir ?
EROSION LITTORALE

48. Les falaises montrent de manière
spectaculaire la puissance d’érosion
des côtes par la mer. Celle-ci sape
le pied des falaises, qui finissent par
s’écrouler.
Ces reculs sont irréguliers et
résultent souvent de la conjonction
de fortes tempêtes et de
précipitations importantes : la
circulation de l’eau de pluie dans
des roches fracturées contribue en
effet à fragiliser les roches
exposées aux assauts de la mer.
La falaise située au sud d’Etretat, dans le pays de Caux, un
jour de tempête.
La vitesse de recul dépend de la résistance des roches à l’érosion. Ainsi, les
falaises de craie friable du pays de Caux reculent de 30 cm/an en moyenne.
LE LITTORAL RECULE : érosion des falaises

49. Hétérogénéités lithologiques + ruissellement diffus + vagues

50. Action des vagues + Hétérogénéités + processus gravitaires

51. Pouvoir érosif des vagues sur les falaises
1969 1987
RAPIDE !!!!

52. IMPACT des années El Nino sur les côtes américaines
Côte Ouest USA
Plage
Maisons
Littoral
Recul de 20 m

53. Les tempêtes d’hiver entraînent les
galets vers le large.
Le Paillon ne compense plus ces
pertes par des apports nouveaux.
Chaque année, environ 20 000 m3 de
galets doivent être répandus sur la
plage pour assurer son
rechargement.
Littoral de NICE : bel exemple d’un rivage en recul
EROSION + DEFICIT FLUVIATILE

54. Origine de certains documents
Conférences Rivages – 2000
Conférence « érosion littorale » par Sébastien Migeon, 2006
Conférence de Pierre Thomas en avril 2006 à Nice – ENS Lyon