Chaque été, vous descendez le rivage, mais ces derniers temps, vous avez commencé à remarquer que la plage semble plus étroite à chaque visite. Est-ce que le niveau de la mer monte ou est-ce que le sable est juste emporté? En parlant du niveau de la mer, vous entendez constamment qu’il monte chaque année – mais comment cela est-il mesuré exactement? Après tout, vous ne pouvez pas utiliser exactement une règle. En fait, il existe un certain nombre de systèmes intelligents en place qui peuvent mesurer avec précision le niveau mondial de la mer jusqu’à moins d’un pouce et demi.

Non seulement les vagues ondulent toujours à la surface de l’océan, mais les marées entrent et sortent périodiquement, ce qui rend toute mesure instantanée unique du niveau de la mer désespérément inexacte. Même si vous prévoyez de prendre des centaines ou des milliers de mesures au cours de semaines ou de mois, il est toujours difficile de prendre les mesures individuelles. Choisissez une belle pierre stable dans le surf, marquez une ligne dessus et revenez toutes les heures pendant deux semaines pour y tenir un ruban à mesurer. Au mieux, vous aurez moins de six pouces à chaque lecture, peu importe ce que vous serez mouillé, et au pire, la pierre bougera et vous obtiendrez un cahier humide rempli de chiffres inutiles. Voyons donc comment les pros le font.

Règles coûteuses

Il s’avère que mesurer le niveau de la mer avec une règle n’est pas si loin – mais les océanographes professionnels en ont de très beaux appelés marégraphes, qui vivent dans des maisons de marée bien nommées. Le marégraphe le plus simple est un long tube posé dans l’eau, ancré en place. Le tube a de petites ouvertures sous le niveau de l’eau qui permettent à l’eau d’entrer et de sortir. Également appelé puits de tranquillisation, cet appareil fait la moyenne des petits mouvements et des vagues, ce qui permet une mesure beaucoup plus calme et précise par rapport à une série de graduations à l’intérieur du tube.

Une maison de marée à l’ancienne, gracieuseté de la NOAA

Bien sûr, effectuer manuellement toutes ces mesures est un travail fastidieux, et il existe aujourd’hui des méthodes informatisées pour enregistrer les niveaux de marée. Même ainsi, certaines maisons de marée avaient des systèmes d’enregistrement automatisés dès 1830. Ces systèmes consistaient en un flotteur dans le puits de tranquillisation, qui déplaçait un «stylo» au moyen d’une corde et d’une poulie. Toutes les six minutes, le stylo marquait le niveau de la marée sur papier, à la manière d’un vieux sismomètre.

Au fil des ans, le puits de tranquillisation a évolué pour devenir le tube de sondage – plutôt qu’un flotteur sur une corde, le tube de sondage envoie une impulsion audio dans le tube et mesure le temps qu’il faut à l’impulsion pour rebondir sur la surface de l’eau et revenir à un capteur. Récemment, la NOAA a développé un nouveau système qui utilise un radar à micro-ondes pour mesurer le niveau d’eau. Les capteurs à micro-ondes n’ont pas besoin d’un puits de tranquillisation – ils peuvent être montés sur une structure située au-dessus de l’eau. C’est un énorme avantage, car l’entretien du capteur est beaucoup plus facile si vous n’avez pas besoin d’enfiler une combinaison et un réservoir d’air. Dans les années à venir, la NOAA prévoit de faire passer ses stations de mesure acoustique à cette nouvelle technologie micro-ondes.

Donc, si vous pouvez mesurer le niveau de la mer sans jamais toucher l’eau, à quelle distance pouvez-vous mesurer exactement?

Envoyez les satellites

En fin de compte, vous pouvez prendre des mesures d’assez loin – à environ 830 miles, pour être exact.

Gracieuseté de la NASA / JPL

En 1992, une fusée Ariane 4 est sortie du Centre Spatial Guyanais pour mettre en orbite le satellite TOPEX / Poséidon. Le satellite transportait une gamme impressionnante d’instruments, dont deux altimètres radar, un radiomètre à micro-ondes, des récepteurs GPS et un réseau de rétroréflecteurs laser. Le système GPS a été en mesure de localiser l’emplacement du satellite à moins d’un pouce et a été le premier système à démontrer que les satellites GPS pouvaient être utilisés pour localiser un autre vaisseau spatial plutôt que seulement des cibles terrestres.

Le système TOPEX / Poséidon était révolutionnaire pour un certain nombre de raisons. Non seulement il a pu mesurer le niveau de la mer avec une précision incroyable (1,5 pouces), mais c’était la première mission à cartographier les marées de la terre. Il a cartographié les courants à travers l’océan et recueilli des données précieuses qui ont amélioré notre compréhension du changement climatique, de la météo et même du champ gravitationnel de la Terre.

Bien que le satellite ait été arrêté en 2006 après un dysfonctionnement, sa mission a été reprise par Jason-1, qui a été lancé en 2001 pour compléter les mesures de TOPEX / Poséidon. Jason-2 a suivi, et en 2016, le manteau a été repris par Jason-3.

Nous savons que ces satellites font un excellent travail de mesure du niveau de la mer, mais à quoi le mesurent-ils exactement?

Alors, le niveau de la mer est-il nul?

Le "ellipsoïde de référence" est la définition de premier ordre de la forme non sphérique de la Terre comme un ellipsoïde de révolution avec un rayon équatorial de 6378,1363 kilomètres et un coefficient d'aplatissement de 1 / 298,257. Eh bien oui… et non. Cela dépend de votre point de référence. Si vous regardez sur une carte topographique, vous remarquerez que les élévations sont signalées en hauteur au-dessus (ou parfois en dessous) du niveau de la mer. Les pilotes signalent souvent les altitudes en AMSL ou au-dessus du niveau moyen de la mer. Le niveau moyen de la mer est obtenu en calculant la moyenne temporelle du niveau d’eau calme (SWL) pour éliminer l’effet cyclique des marées quotidiennes. SWL est simplement ce qui peut être mesuré avec un marégraphe, le niveau de l’eau avec les mouvements de la mer tels que les vagues de vent estompé. Cela fonctionne assez bien pour mesurer l’élévation de choses qui ne sont pas, eh bien, l’océan, mais nous nous heurtons à un problème si nous essayons de mesurer l’océan en lui-même. C’est là que nous avons besoin d’autres références pour mesurer.

Les instruments satellitaires indiquent le niveau de la mer par rapport à l’ellipsoïde de référence WGS-84, défini par le manuel de l’utilisateur des données TOPEX / Poséidon comme «la définition de premier ordre de la forme non sphérique de la Terre en tant qu’ellipsoïde». Il s’agit également de la ligne de base utilisée par les récepteurs GPS pour transmettre les données d’altitude. Une autre surface de référence utile est le géoïde – la forme théorique que l’océan de la Terre ferait s’il était libre des influences externes du Soleil et d’autres corps célestes, uniquement agi par la gravité et la rotation de la Terre elle-même.

Mars a-t-il un «niveau de la mer»?

Tout cela est bien beau pour la Terre avec ses vastes océans, mais comment l’élévation est-elle mesurée sur Mars (ou d’autres planètes, d’ailleurs) où il n’y a pas de mer à référencer?

Si vous souhaitez mesurer une montagne sur Mars, vous feriez mieux d’apporter un baromètre et une calculatrice. L’élévation zéro est définie comme l’isobare où la pression atmosphérique est égale à 610,5 Pa (pour référence, le «niveau de la mer» sur terre a une pression atmosphérique de 101,5 kPa). Bien qu’apparemment choisi au hasard, 610,5 Pa est le point triple de l’eau sur la planète rouge – c’est-à-dire la pression à laquelle l’eau peut exister simultanément dans ses états solide, liquide et gazeux. À partir de là, et d’un ellipsoïde de référence similaire à celui que nous utilisons pour la Terre, l’élévation de diverses caractéristiques géographiques est mesurée par des altimètres laser fixés à un satellite en orbite tel que le Mars Global Surveyor.

Jetons un coup d’œil à la Lune maintenant, où la pression «atmosphérique» est effectivement nulle (d’accord, il y a du gaz mais la pression est d’environ 3  fois 10 ^ {- 10} Pennsylvanie). La méthode Mars ne fonctionnera pas ici, car il n’y a pas d’atmosphère à proprement parler. Pour établir l’ellipsoïde de référence de la Lune, les scientifiques ont déterminé son diamètre moyen et l’ont défini comme zéro. L’orbiteur de reconnaissance lunaire peut alors mesurer l’altitude relative de la surface lunaire par rapport à cette donnée.

Retour à la plage

Donc, revenons à notre dilemme initial – qu’est-ce qui cause exactement ce recul du rivage que vous remarquez année après année? En moyenne, le niveau mondial de la mer augmente chaque année d’environ 0,14 pouce, donc si le réchauffement climatique est une préoccupation très réelle, vous ne remarquerez probablement pas ses effets sur le littoral d’une année à l’autre. Cela laisse l’érosion côtière – l’élimination progressive du sable, des roches et du sol par l’océan. C’est donc une bonne chose, si une grande partie du littoral est si instable, que nous ayons des cabines de marée et des satellites pour suivre avec précision les changements du niveau mondial de la mer. Ce rocher contre lequel vous avez essayé de mesurer est pratiquement garanti de bouger.