Comprendre la mécanique des mers montantes

L'élévation du niveau de la mer est l'un des changements environnementaux qui se produisent au XXIe siècle. Elle ne se produit pas isolément. Un réseau de forces physiques et climatiques agit ensemble pour élever, réduire et remodeler les eaux côtières de la planète. Les courants océaniques déplacent la chaleur et la masse d'eau entre les régions. Le changement climatique modifie la température et la composition de l'atmosphère et des océans.

La ceinture de transport océanique mondial

Les courants océaniques fonctionnent comme un système circulatoire planétaire. Ils transportent l'eau chaude de l'équateur vers les pôles et retournent l'eau plus froide vers les tropiques. Cette circulation, souvent décrite comme la circulation thermohaline ou la bande transporteuse océanique globale, redistribue d'énormes quantités de chaleur et de sel dans les bassins océaniques.

Lorsque les courants changent de trajectoire ou ralentissent, l'eau s'accumule dans certaines régions et s'écoule loin des autres. Les scientifiques du climat ont observé que la circulation de renversements méridiens de l'Atlantique (AMOC), composante clé de la bande transporteuse mondiale, s'est affaiblie au cours des dernières décennies.

Le Gulf Stream fournit un exemple clair de cette dynamique. L'eau chaude se déplace vers le nord le long de la côte est des États-Unis avant de se tourner vers l'Europe. Si le Gulf Stream ralentit ou devient plus variable, les villes côtières de Miami à Boston pourraient voir une élévation accélérée du niveau de la mer indépendamment de la moyenne mondiale.

Modèles d'accumulation régionale

Les données satellitaires des trois dernières décennies montrent que l'élévation du niveau de la mer n'est pas uniforme, certaines régions, comme l'ouest du Pacifique et l'Atlantique Nord, ont connu des taux d'augmentation de deux à trois fois la moyenne mondiale, d'autres, y compris des parties de l'océan Sud, ont vu des augmentations plus lentes ou même des déclins temporaires, ces différences étant dues en grande partie à la redistribution de la masse d'eau par le changement des systèmes actuels.

L'oscillation El Niño-Sud (ENSO) joue également un rôle dans la variabilité à court terme du niveau de la mer. Lors d'événements El Niño, l'eau chaude se déplace vers l'est dans le Pacifique, augmentant temporairement le niveau de la mer le long de la côte ouest des Amériques. Les événements de La Niña produisent l'effet contraire.

Les changements climatiques en tant que moteur principal

Le changement climatique causé par l'homme a augmenté la température moyenne de la planète d'environ 1,2 °C au-dessus des niveaux préindustriels. Ce réchauffement accélère directement l'élévation du niveau de la mer par deux mécanismes primaires : expansion thermique et la fonte de la glace terrestre.

L'expansion thermique se produit parce que l'eau se réchauffe. Les océans du monde ont absorbé plus de 90 pour cent de l'excès de chaleur piégé par les gaz à effet de serre. Comme les couches supérieures de l'océan sont chaudes, elles occupent plus de volume. L'expansion thermique a contribué à elle seule environ un tiers à la moitié de l'élévation du niveau de la mer mondiale observée au cours des dernières décennies.

Le deuxième moteur majeur est la fonte des glaciers et des calottes glaciaires. Les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique contiennent suffisamment d'eau glacée pour élever le niveau de la mer mondiale d'environ 65 mètres si elles devaient fondre entièrement. Bien que la fonte complète prendrait des millénaires, les deux calottes glaciaires perdent de leur masse à des vitesses accélérées.

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) a apporté une contribution importante à la surveillance de ces changements par le biais de missions satellitaires telles que GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), qui mesurent avec une précision remarquable les changements de masse de glace et de masse océanique.

Dynamique des plaques de glace et boucles de rétroaction

Le comportement de la calotte glaciaire de l'Antarctique représente l'une des plus grandes incertitudes dans les projections du niveau de la mer. La calotte glaciaire repose sur le substrat rocheux qui se trouve sous le niveau de la mer dans de nombreuses régions. Les courants océaniques chauds peuvent fondre le dessous des plates-formes de glace flottantes, qui agissent comme des contreforts en arrière de la glace intérieure.

Les scientifiques qualifient ce processus d'instabilité de la calotte glaciaire marine. On l'a déjà observé dans la région de la mer d'Amundsen, dans l'Antarctique occidental, où les glaciers comme Thwaites et Pine Island reculent rapidement. Une fois ce processus commencé, il peut devenir autosuffisant parce que l'eau plus profonde et plus chaude atteint le front de glace alors que le glacier recule dans un bassin plus profond.

La fonte de la surface a augmenté de façon spectaculaire pendant les mois d'été. L'eau de fonte traverse les crevasses et les moules jusqu'à la base de la nappe glaciaire, lubrifiant le lit et accélérant le mouvement des glaciers vers la côte. L'obscurcissement de la surface de la glace en raison de la poussière et des algues réduit l'albédo, ce qui entraîne une absorption plus importante de l'énergie solaire et une intensification de la fonte.

Vulnérabilité et morphologie des côtes

Les côtes ne réagissent pas toutes de la même façon à l'élévation du niveau de la mer. Le caractère physique d'une côte détermine comment elle interagit avec l'élévation de l'eau. Certaines côtes subissent l'érosion et le recul, tandis que d'autres s'accumulent des sédiments et suivent le rythme de l'élévation du niveau de la mer.

La géologie joue un rôle fondamental. Les côtes rocheuses, comme celles qui se trouvent le long d'une grande partie du Nord-Ouest du Pacifique, résistent à l'érosion, mais ne fournissent pas de tampons naturels contre les inondations.

L'approvisionnement en sédiments[ détermine également la façon dont le littoral réagit.Les rivières livrent des sédiments à la côte, rebâtissent les plages et construisent des deltas.Les barrages et les dérivations de rivières ont réduit la livraison de sédiments dans de nombreuses zones côtières, ce qui les rend plus vulnérables.Le delta du Mississippi, par exemple, a perdu des milliers de kilomètres carrés de terres parce que l'élévation du niveau de la mer et de la subsidence ont dépassé les dépôts de sédiments.

Régions à faible lisibilité présentant les risques les plus élevés

Les côtes les plus vulnérables sont les deltas, les îles-barrières et les atolls. Ces milieux bas-liants sont souvent situés à moins d'un mètre au-dessus de la ligne à haut-liure. Même une légère augmentation du niveau de la mer se traduit directement par des inondations plus fréquentes et des inondations permanentes.

Le Bangladesh, le delta du Mékong et le delta du Nil sont parmi les régions les plus exposées, qui sont les régions qui soutiennent des populations denses, l'agriculture productive et les infrastructures vitales. Au Bangladesh seul, des dizaines de millions de personnes vivent dans la zone côtière.

Les petits États insulaires sont confrontés à un défi existentiel, les pays comme Kiribati, Tuvalu et les Maldives ayant une grande partie de leur territoire se trouvant à moins de deux mètres du niveau de la mer, et l ' élévation du niveau de la mer menace non seulement les infrastructures, mais aussi la souveraineté nationale, certains ayant commencé à planifier des retraites gérées ou à chercher des accords internationaux pour garantir des droits de réinstallation à leurs populations.

Facteurs composés dans les zones côtières

L'élévation du niveau de la mer n'agit pas seule, mais plusieurs facteurs supplémentaires en aggravent les effets le long des côtes.

Subsidence et motion foncière

Le niveau relatif de la mer est le changement du niveau d'eau mesuré par rapport à la surface terrestre. Si la terre coule, l'effet est le même que si la mer avait augmenté. Dans de nombreuses villes côtières, l'extraction des eaux souterraines, le retrait du pétrole et du gaz et le compactage des sédiments deltaïques font que la terre coule plus rapidement que le niveau de la mer augmente à l'échelle mondiale.

Jakarta, Indonésie, est un exemple frappant : la ville a connu des taux de subsidence allant jusqu'à 10 à 15 centimètres par an dans certaines régions, entraînés en grande partie par un pompage excessif des eaux souterraines, ce qui a transformé l'élévation modérée du niveau de la mer en une crise d'inondations fréquentes et de pertes de terres.

De même, certaines parties de la côte du Golfe, dont la Nouvelle-Orléans et Houston, sont en train de sombrer en raison de l'extraction d'hydrocarbures et du compactage des sédiments.

Amplification des ondes de tempête

Les ouragans, les typhons et les cyclones extratropicaux poussent l'eau vers la côte alors qu'ils font des atterrissages. Une ouragan de cinq mètres qui arrive au-dessus d'un niveau de la mer qui est de 30 centimètres de plus qu'il y a un siècle inondera des zones qui auraient été sèches dans des conditions antérieures.

Les chercheurs de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ont élaboré des modèles d'inondation qui intègrent des projections d'élévation du niveau de la mer pour améliorer la prévision des ondes de tempête et la planification des urgences. L'Unité de surge de la NOAA fournit des cartes et des données détaillées qui aident les communautés côtières à se préparer à ces événements composés.

Intrusion de l'eau salée

Cette intrusion dans les eaux salées menace l'approvisionnement en eau douce pour l'agriculture, l'eau potable et l'utilisation industrielle. Dans le bassin du Delaware, l'eau salée a migré en amont au cours des dernières décennies, ce qui nécessite des ajustements aux opérations d'apport d'eau de Philadelphie.

Le processus est progressif mais cumulatif.Une fois que l'eau salée contamine un aquifère côtier, il est difficile et coûteux de renverser les dommages. La recharge de l'aquifère et l'amélioration de la gestion de l'eau douce peuvent aider à atténuer le problème, mais la montée des mers continuera de pousser l'interface entre l'eau douce et l'eau salée vers le sol.

Projections et incertitude

Le sixième rapport d'évaluation, publié en 2021 et mis à jour en 2023, prévoit une élévation moyenne du niveau de la mer de 0,3 à 1,0 mètre d'ici 2100 selon différents scénarios d'émission, qui tiennent compte de l'expansion thermique, de la fonte des glaciers et des contributions des calottes glaciaires, mais qui comportent une incertitude importante quant au comportement de la calotte glaciaire de l'Antarctique.

Certaines études suggèrent qu'un effondrement rapide de certaines parties de la nappe glaciaire de l'Antarctique occidental pourrait faire monter le niveau de la mer au-dessus de deux mètres d'ici la fin de ce siècle. Bien que cela représente un scénario à faible probabilité et à fort impact, il ne peut être rejeté compte tenu des preuves d'observations de l'accélération de la perte de glace.

Au-delà de 2100, les perspectives dépendent encore plus des émissions. Dans les scénarios à haut niveau d'émissions, le niveau de la mer devrait augmenter de plusieurs mètres d'ici 2300. Dans les scénarios à faible niveau d'émissions conformes aux objectifs de l'Accord de Paris, le taux d'augmentation pourrait ralentir de manière significative, bien que des siècles d'augmentation continue restent bloqués en raison de l'inertie du système climatique.

Adaptation le long de la côte

Les populations côtières et les gouvernements ne sont pas des acteurs passifs face à la montée des mers. Les stratégies d'adaptation vont des solutions techniques aux approches écosystémiques aux retraites gérées.

Infrastructures dures

Les Pays-Bas ont construit l'un des systèmes de défense côtière les plus étendus au monde, notamment les travaux Delta, une série de barrages, d'écluses, d'écluses et de barrières conçues pour protéger la région du delta de faible altitude. Le système est devenu un modèle pour d'autres pays confrontés à des menaces similaires.

Aux États-Unis, le U.S. Army Corps of Engineers a élaboré un plan de plusieurs milliards de dollars pour construire un système de barrière contre les ondes de tempête autour de New York et du nord du New Jersey. L'étude du port et des affluents de New York-New Jersey examine les options pour protéger la région contre les effets combinés de l'élévation du niveau de la mer et des ondes de tempête.

Les barrières fixes peuvent devenir obsolètes si le niveau de la mer dépasse les paramètres de conception. Le maintien de ces systèmes au cours des décennies nécessite une volonté politique soutenue et des ressources financières.

Solutions basées sur la nature

Les terres humides, les mangroves, les herbiers marins et les récifs d'huîtres peuvent absorber l'énergie des vagues, piéger les sédiments et suivre l'élévation progressive du niveau de la mer si l'on leur donne suffisamment de place pour migrer à l'intérieur des terres.

Les gestionnaires des côtes ont commencé à mettre en oeuvre des projets qui combinent des approches techniques et naturelles. Les rives vivantes utilisent des plantes et des structures indigènes comme les bûches de coir et les sacs à coquilles d'huîtres pour stabiliser la côte tout en préservant la fonction écologique.

Dans les zones côtières densément développées, la migration des terres humides et des mangroves est bloquée par les bâtiments et les routes. Dans ces cas, il peut être nécessaire d'éliminer les barrières côtières ou de créer des zones de transition pour permettre aux écosystèmes de se déplacer vers l'intérieur. Le Programme de résilience côtière de Conservation de la nature fournit des outils et des études de cas pour intégrer l'adaptation écosystémique à la planification côtière.

Retraite gérée

Dans certains endroits, la réponse la plus réaliste à l'élévation du niveau de la mer est la réinstallation stratégique. La retraite gérée consiste à déplacer les personnes, les bâtiments et les infrastructures des zones côtières les plus vulnérables avant qu'elles ne deviennent inhabitables.

Aux États-Unis, la Federal Emergency Management Agency (FEMA) a financé des rachats de propriétés sujettes aux inondations dans des endroits comme Staten Island, New York et Harris County, Texas. Au Royaume-Uni, le concept de remaniement de l'habitat du littoral et du littoral a été mis en oeuvre dans des zones où le maintien des défenses maritimes n'est plus économiquement viable. Le remaniement de la côte au site de remaniement de la gestion de Medmerry dans le sud-ouest du Sussex a créé un nouvel habitat intertidal tout en améliorant la protection contre les inondations pour les communautés intérieures.

La retraite gérée soulève des questions difficiles sur l'équité, les droits de propriété et l'identité de la collectivité. Les collectivités à faible revenu et les collectivités de couleur sont souvent confrontées aux plus grands risques d'inondation et ont les ressources les plus limitées pour déménager.

L'avenir connecté des côtes

Les courants océaniques déterminent où s'accumule l'eau. Le changement climatique stimule le réchauffement et la fonte de la glace qui augmentent le volume de l'océan. La morphologie côtière façonne la façon dont les eaux montantes interagissent avec la terre. Ces éléments travaillent ensemble pour créer les modèles de risque et de vulnérabilité auxquels les communautés côtières sont confrontées aujourd'hui et seront confrontées dans les décennies à venir.

Les données recueillies par des organismes comme la NASA, la NOAA et l'USGS constituent une base pour une action éclairée. Les mesures par satellite, les relevés des marégraphes et les modèles climatiques convergent sur une trajectoire claire : le niveau de la mer continuera d'augmenter tant que les températures mondiales demeureront élevées.

Les pays côtiers doivent se préparer à un éventail d'avenirs possibles.Les investissements dans la surveillance et la recherche demeurent essentiels pour réduire l'incertitude et orienter la planification.Il est tout aussi important de reconnaître que les processus physiques reliant les courants, le climat et les côtes ne sont pas des concepts théoriques.