D4 Mesure du niveau de la mer

Topique

La mesure du niveau de la mer combine deux sources de données complémentaires : les marégraphes côtiers, qui fournissent un enregistrement local à très long terme, et l’altimétrie satellitaire, qui offre une couverture mondiale. Les marégraphes sont des instruments utilisés depuis plus de 150 ans, mesurant soit la pression totale de l’eau sur le capteur lui-même, soit la hauteur de la surface de la mer. Un réseau mondial de référence comprend près de 300 stations de ce type, réparties le long des côtes du monde entier. L’analyse harmonique des données de niveau de la mer produites par ces marégraphes permet de séparer le signal de marée – la somme de plusieurs composantes astronomiques parfaitement prévisibles – du résidu non lié à la marée, qui capture à la fois la variabilité météorologique et les tendances à long terme. Cette séparation permet d’utiliser un seul enregistrement marégraphique pour prédire la marée du lendemain et mesurer le changement climatique au cours des prochaines décennies.

L’altimétrie satellitaire, quant à elle, mesure la distance entre le satellite et la surface de l’océan avec une précision de un à deux centimètres, grâce à un altimètre radar qui émet des impulsions dans la bande Ku, à une fréquence proche de 13,6 gigahertz. La différence entre l'orbite du satellite, connue avec une grande précision par rapport à un ellipsoïde de référence géocentrique, et la distance mesurée à la surface permet de calculer le niveau de la mer en tout point. Avant d'obtenir ce résultat final, plusieurs effets doivent cependant être corrigés : le délai introduit par les électrons libres dans l'ionosphère, celui introduit par la vapeur d'eau et l'air sec dans la troposphère, et l'effet de l'état de la mer lui-même sur le signal réfléchi. En combinant les données de satellites successifs, avec un chevauchement de plusieurs années entre chaque satellite, on construit une série continue et uniforme de données sur le niveau de la mer, s'étendant de 1993 à nos jours.

La séparation entre le signal de marée et le résidu mentionné précédemment est en réalité au cœur de cette mesure : l'analyse harmonique ajuste un ensemble de composantes d'amplitude et de phase fixes à la série observée, chacune étant associée à un cycle astronomique distinct. Ce qui reste après soustraction des composantes de la marée est le résidu, et c'est ce résidu qui nous permet de distinguer la variabilité météorologique due aux basses pressions et au vent, la variabilité saisonnière, la variabilité interannuelle associée à El Niño-Oscillation australe et à l'Oscillation multidécennale atlantique, ainsi que les tendances à long terme du niveau de la mer.

Sur la plupart des côtes du monde, on observe généralement une nette prédominance de deux composantes : la composante lunaire semi-diurne principale et la composante solaire semi-diurne principale, dont les amplitudes et les phases sont très bien déterminées après seulement un ou deux ans d'enregistrement continu. Il est ainsi pratiquement possible de prédire la marée sur n'importe quelle côte avec un temps d'observation préalable très court. Ainsi, du marégraphe qui enregistre le littoral depuis plus d'un siècle au satellite qui mesure la même hauteur depuis l'espace, en passant par l'analyse harmonique qui sépare la marée prévisible du reste, la mesure du niveau de la mer finit par reconstituer, par des méthodes très différentes, la même hauteur de mer qui monte et descend pour des raisons à la fois astronomiques, météorologiques et climatiques.

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