Questions aux experts

Effectivement, quand un glaçon fond dans un verre d'eau, le volume d'eau contenu dans le verre (et donc le niveau) varie très peu. Cependant, au moment où vous avez placé ce glaçon dans le verre, le niveau de l'eau a monté !
Ainsi, on pense que le réchauffement global du climat peut entraîner une fonte des glaces qui se trouvent sur les surfaces continentales. Cette eau supplémentaire peut conduire à une légère élévation du niveau des océans. Ainsi, lors de la dernière glaciation (il y a environ 18 000 ans), le niveau des océans était plus bas que le niveau actuel (d'une centaine de mètres). Ensuite, lors de la fonte des grands glaciers qui couvraient notamment les régions du Canada et du nord des USA, le niveau des océans est remonté jusqu'à son niveau actuel.
Un autre élément à prendre en compte est le fait que le réchauffement global des océans (que l'on ne sait pas encore bien prévoir) peut être tel que la densité de l'eau peut changer (quand sa température augmente, une même unité de masse d'eau occupe un volume de plus en plus grand). Ainsi, les eaux des océans devenant de plus en plus chaudes, le volume qu'elles occuperont sera probablement plus grand.
Il est de toute façon assez difficile de mesurer avec précision le niveau moyen actuel des océans. A partir des repères placés en bord de mer dans les principaux ports, on a pu retracer l'historique du niveau de l'eau en ces endroits depuis un peu plus d'une centaine d'années. Cependant, ces mesures sont trop ponctuelles et trop peu précises pour pouvoir donner une information sûre. Elles montrent toutefois que le niveau de la mer s'accroît en moyenne d'un à deux millimètres par an, mais il existe de fortes différences d'un endroit à l'autre, car de nombreux phénomènes interviennent.
Ceux ci sont de natures diverses :

- astronomiques : influence de l'attraction lunaire, effets combinées de la rotation de la terre et des courants marins ;
- météorologiques : variations locales de pression atmosphérique et de vitesse du vent ;
- océanographiques : variations locales de densité des océans en fonction de la circulation des courants marins, etc. ;
- et même géologiques (la région du globe sur laquelle se trouve le repère peut se trouver dans une zone qui s'enfonce lentement).
Depuis une dizaine d'années, l'utilisation de satellites d'observation de la Terre a permis d'affiner ces estimations et de mieux comprendre les causes de ces variations du niveau moyen des océans. Par contre, si on pense qu'il est probable que le niveau moyen va augmenter, il reste beaucoup d'incertitudes sur la vitesse à laquelle cela peut se réaliser car nous l'avons vu, les causes de variation du niveau des océans sont multiples et il est difficile de prévoir leurs évolutions combinées de façon très précise.

Le réchauffement global de la planète risque de faire monter le niveau des mers principalement pour deux raisons :
Premièrement, par un simple effet de dilatation de l'eau de mer sous l'effet de la température : pour une masse d'eau donnée dans l'océan, une augmentation de la température augmente le volume de l'eau car elle diminue la densité de l'eau.
La deuxième raison est liée à la fonte des glaces, mais pas de n'importe quelle glace ! Sur notre planète, la glace peut se trouver à la surface de la mer (c'est ce que l'on appelle la banquise) ou bien portée par des continents (c'est le cas des glaciers de montagne et des calottes polaires du Groenland et de l'Antarctique).

Comme vous le faites remarquer, la fonte d'un glaçon dans un verre d'eau ne fait pas augmenter le niveau de l'eau car d'après le principe d'Archimède, la glace occupe dans l'eau le même volume qu'elle aurait une fois fondue. Pour la même raison, la fonte de la banquise ne peut pas faire monter le niveau des mers. Par contre, la fonte des glaces portées par les continents alimente des rivières qui vont ensuite se jeter dans la mer.
Ainsi, la fonte des glaces continentales augmente la masse d'eau contenue dans les océans et contribue a faire monter le niveau des mers.

Les scientifiques essaient de prédire de combien le niveau des mers pourrait monter au cours du XXIe siècle. Les estimations ne sont pas encore très précises mais permettent d'avoir un ordre de grandeur en tête : 20 à 50 cm. Comme vous le voyez, la tour Eiffel n'est pas prête d'avoir les pieds dans l'eau! En revanche, pour des îles (telles que les Maldives) dont le point culminant est seulement à quelques mètres au-dessus de la mer, une élévation du niveau des océans de quelques dizaines de cm n'est pas négligeable.

Je voudrais faire une séquence sur le réchauffement de la planète. Une des conséquences possibles du réchauffement est la montée du niveau de la mer due à la fonte de la calotte glaciaire. Cependant en rapprochant ce scénario à un phénomène physique élémentaire, j'aboutis à une contradiction qui est la suivante. En effet, lorsqu'une quantité d'eau passe de l'état liquide à l'état solide, son volume va croissant, et décroissant lors du passage de l'état solide à l'état liquide. En généralisant aux mers des océans, si la calotte glaciaire fondait (si elle n'a pas déjà commencé), le volume de glace immergé se transformerait en un volume moindre d'eau. Et en tenant compte d'aucun facteur extérieur : cela entraînerait la baisse du niveau de la mer.

Quid du volume de glace émergé ? La fonte de ce volume contribue assurément à la montée des eaux. Dans ce modèle il manque sûrement les eaux d'évaporation qu'il faut prendre en compte. Finalement, quel est le scénario qui fait dire aux spécialistes que la fonte de la calotte glaciaire entraînerait une montée des eaux ? Pourquoi pas l'inverse ? Ou même n'aurait aucun effet sur le niveau de la mer ?

Globalement, votre raisonnement n'est pas tout à fait juste : la fonte de la banquise n'entraînerait pas de variation de niveau des océans car selon le principe d'Archimède, le volume occupé par la glace dans l'eau est le même que celui qu'elle occuperait une fois fondue. Vous pouvez concevoir des expériences avec des glaçons et des verres d'eau pour mettre ce point en évidence (repérer le volume avant de placer le glaçon, après que le glaçon ait été placé, en utilisant des glaçons de volumes différents, etc.) L'augmentation prévue du niveau des océans n'est donc pas liée à la fonte des banquises, mais à celle des glaciers et des glaces posées sur les surfaces continentales (et non sur l'océan). Cette fonte représenterait alors un flux net d'eau des continents vers les océans. D'autre part, il faut également prendre en compte la variation de volume de l'eau sous l'effet d'une augmentation de sa température.