Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

Comment peut-on définir le "niveau de la mer" ?

 

 

La définition d'un référent altimétrique n'est pas si simple qu'il n'y paraît : nous avons tous appris l'altitude des montagnes les plus hautes (Mont Blanc : 4 807 m ou Mont Everest : 8 848 m...), mais savons-nous réellement à partir de quel point pris comme altitude zéro ces mesures sont-elles considérées ?

Afin de mesurer le niveau moyen de la surface de l'eau, il est tout d'abord nécessaire d'éliminer les variations due aux vagues, en effectuant une moyenne des mesures, ou en isolant le point de mesure, comme dans un marégraphe. Ces mesures sont elles-mêmes moyennées sur un temps plus long, afin d'éliminer les effets dues aux marées.

 

   

Choix d'une référence

La mesure d'une hauteur du niveau de la mer pose immédiatement le problème d'un point de référence, c'est-à-dire un point qu'on suppose fixe et qui sert d'origine pour les mesures.

La localisation précise de ce point est liée à la définition d'un référentiel géodésique, un ensemble de points dont les coordonnées sont connues. Plusieurs systèmes de ce type coexistent ; en France, l'Institut géographique national utilise entre autres un réseau géodésique couvrant le territoire du pays, dont l'origine d'altitude est déterminée par un marégraphe situé à Marseille : définir le niveau de la mer à un autre endroit, visible depuis la terre ferme, peut ensuite se faire par nivellement.

En haute mer, une définition moderne fait appel à un géoïde de référence, une surface couvrant le globe de telle façon que la gravité terrestre lui soit toujours perpendiculaire en tout point. En l'absence de forces extérieure, le niveau de la mer coïnciderait avec ce géoïde, puisqu'il s'agirait d'une surface équipotentielle du champ de gravité terrestre. En réalité, les différences de pression, de température, de salinité et les courants marins font que ce n'est pas le cas, même sur une moyenne à long terme : à l'échelle du globe, le niveau de la mer n'est donc pas constant et les variations atteignent ±2 m par rapport au géoïde de référence. Le niveau de l'océan Pacifique à un bout du canal de Panama est par exemple 20 cm plus élevé que celui de l'océan Atlantique à l'autre bout.

Le géoïde de référence est une surface complexe. Pour simplifier le problème, on a souvent recours à un ellipsoïde de référence (WGS 84), plus facile à modéliser. Le niveau de la mer résultant varie en revanche beaucoup plus, pouvant s'éloigner d'une centaine de mètres par rapport à l'ellipsoïde de référence par le fait d'anomalies gravitationnelles.

Variations

Le niveau de la mer n’a pas toujours été le même au cours des âges. Ses oscillations sont dues à de multiples facteurs, en particulier à des changements de climat, eux-mêmes déterminés par des causes diverses.

Les paléoclimatologues emploient plusieurs termes pour définir les changements entre le niveau de la mer et la terre ferme :

  • Une variation eustatique implique une modification du volume d'eau dans les océans, généralement à la suite d'un changement climatique. La fonte de glaciers à la fin d'une ère glaciaire en est un exemple.
  • Une variation isostatique indique que le niveau de la mer a changé sans que le volume d'eau dans les océans ne soit modifié. Par exemple, à la suite de la fonte des glaciers qui la recouvrait lors de la dernière glaciation, la Scandinavie est devenue plus légère et s'élève de quelques mm par an, faisant ainsi baisser localement le niveau de la mer Baltique.
  • Une variation relative implique une absence de cause spécifique connue.

Il est possible de déterminer une chronologie des variations du niveau de la mer en étudiant les dépôts de sédiments sur les côtes tectoniquement stables, comme par exemple la côte est de l'Amérique du Nord.

Au cours de la dernière ère glaciaire (dont le maximum date d'il y a environ 20 000 ans), le niveau de la mer était à peu près 100 m plus bas qu'actuellement. Malgré cela, le niveau de la mer semble être de nos jours à l'un des niveaux les plus bas depuis plusieurs centaines de millions d'années.

 

Calcul de l'altitude

Le calcul d'une altitude revient toujours à mesure un écart entre un niveau de départ et le point dont on souhaite trouver l'élévation par rapport à ce niveau (dénivelé). Ce calcul est le plus souvent indirect, c'est-à-dire qu'il est effectué sans mesures sur le terrain. Les géomètres qui mesurent des distances mènent à l'inverse des calculs directs, mais ces méthodes sont difficiles à mettre en œuvre pour des écarts de plusieurs centaines de mètres ou de plusieurs kilomètres, qui plus est dans le sens vertical et avec un relief chaotique.

Méthodes pratiques

  • Le calcul de la hauteur de la grande pyramide de Gizeh par Ératosthène est déjà une sorte de calcul d'altitude, entre le sommet du monument et le sol. La méthode utilisée, une application du fameux Théorème de Thalès, a été reprise pour le calcul de l'altitude de sommets dégagés. La marge d'erreur associée est assez importante.
  • Une méthode utilisée sur le terrain et qui ne nécessite pas d'outil fait intervenir la visée par approximation. En région montagneuse, on peut estimer qu'un sapin adulte est haut de trente mètre en moyenne. Par superposition, on peut estimer une altitude ou un écart avec une marge d'erreur moyenne, souvent acceptable.
  • En utilisant une carte géographique et une boussole graduée, la méthode de la triangulation permet de connaître l'altitude d'un point proche.
  • L'altimètre est un instrument qui mesure l'altitude en se basant sur la relation entre l'élévation et la pression atmosphérique. Cette relation n'est pas linéaire, et subit des variations non négligeables dues à l'évolution des masses d'air pendant la prise d'altitude par le marcheur qui utilise l'altimètre. C'est donc un moyen de mesure moins fiable qu'il n'y paraît : il faut veiller à étalonner aussi souvent que possible l'altimètre aux points dont l'altitude est connue. Les altimètres sont utilisés dans les ballons-sondes.

Méthodes modernes

Les mesures d'altitude par les instruments modernes sont d'une précision bien supérieure à ce qu'il est possible de faire à l'œil ou au compas. Les satellites sont mis à profit pour calculer et mettre à jour les « hauteurs » des points de la planète, sommets ou non. À la différence des méthodes terrestres qui utilisent un référentiel dynamique tenant compte des variations locales du champ de pesanteur (le géoïde) et donnent par là même de véritables « altitudes », les satellites fournissent une hauteur à partir d'un ellipsoïde de référence (IAG GRS80). Les écarts entre géoïde et ellipsoïde sont variables selon le lieu et peuvent atteindre la centaine de mètres. Des modèles de géoïde peuvent cependant être intégrés dans un programme de calcul qui permet alors de retrouver les altitudes à partir des mesures satellitaires. La précision dépend alors en grande partie de la finesse du modèle.

Altitudes dans le Système international

Dans le Système international, les altitudes sont exprimées par rapport au niveau moyen de la mer en mètres, le niveau zéro étant fixé par un laboratoire.

  • En France

Pour la France (altitude des cartes IGN), il est situé à Marseille, et a été déterminé grâce à 12 années d'enregistrement de marégraphie entre 1885 et 1897. Ce système est nommé NGF normal ou IGN 69.

  • En Angleterre

On s'appuie sur le niveau de la mer à Newquay en Cornouailles pour définir le MSL (Mean Sea Level).

  • En Suisse

Pour la Suisse, le repère de la Pierre du Niton (dans la rade de Genève) est utilisé pour toutes les altitudes et a été déterminée à 373,6 m au-dessus du niveau moyen de la mer (mesures du marégraphe de Marseille).

  • En Allemagne (RFA)

Pour l'Allemagne la cote de référence est définie depuis 1879 par la moyenne de l’échelle fluviale d’Amsterdam (Mer du Nord) et porte le nom de Normal-Null NN.

  • En Allemagne de l'Est (RDA) depuis 1958 jusqu'à la réunification

Pour l'Allemagne de l'Est sa désignation était HN (Höhennormal) et sa cote de référence était établie à l’échelle fluviale de Kronstädt qui était plus basse de 14 cm. Cependant à Berlin-Est ainsi que sur le réseau ferré de la RDA et pour les eaux navigables intérieures les cotes de référence de la RFA furent toujours appliquées.

  • En Autriche

Pour l'Autriche le point de référence est définie depuis 1875 en Trieste en Italie que Altidute sur Adria. Phrase mal comprise, à vérifier

  • En Slovénie

Pour Slovénie le point référence est aussi en Trieste, mais il est défini en 1900.

  • Sur Mars

Sur Mars, en l'absence d'océan, l'origine des altitudes a été fixée de façon arbitraire : c'est l'altitude ayant une pression atmosphérique moyenne de 615 pascals. Cette pression a été choisie parce qu'elle correspond à la pression du point triple de l'eau (273,16 K et 615 Pa), et que le niveau ainsi défini est proche du niveau moyen de la surface martienne.

 

 

Référent Différence altimétrique
NGF normal (nouveau), dit IGN 69 + 55 cm
NGF ortho (ancien) + 21 cm
Normalnull, dit NN + 0 cm