CONSIGNE : Sur votre feuille de copie, vous devez indiquer le titre, le plan, prendre des notes sur les informations fournies, répondre aux questions posées dans les activités, en faisant des phrases correctes et en utilisant un vocabulaire adapté. Vous pouvez également compléter votre cours avec des recherches personnelles complémentaires soit à partir des liens proposés, soit à partir d'autres sources.

Pour que les documents s'affichent, cliquez sur les liens; ils s'ouvriront dans une nouvelle page. Vous pouvez utiliser votre livre comme vous le souhaitez.

Vous repérerez facilement les activités par le logo

 

Chapitre 3:

LES VARIATIONS DU NIVEAU DES MERS OU EUSTATISME

 

Un réchauffement planétaire se traduit par une montée des eaux. Ainsi, au cours du siècle dernier, on a constaté une élévation moyenne de près de 10 cm du niveau des mers.
Dans la perspective d'une prévention de ce type de risque, tournons-nous une nouvelle fois vers le passé afin de comprendre l'origine de ces variations et envisager dans quelles proportions le niveau marin est susceptible de changer.

 

Problématique :
Comment mettre en évidence des variations du niveau de la mer à l’échelle des temps géologiques ? Quelles en sont les causes ?

Tout d'abord, nous allons envisager les variations récentes du niveau de la mer

I- Les variations récentes à l'échelle des temps géologiques

A - LES TRACES D'ACTIVITES HUMAINES

"Entre Marseille et Cassis, les massifs de Marseilleveyre, du Puget, de la Gardiole plongent dans la mer. La côte très découpée abrite de nombreuses calanques. C'est dans ce littoral aux échancrures nombreuses que se situe la grotte découverte par Henri Cosquer..."
cosquer

"La grotte Cosquer offre une palette d'animaux terrestres d'une grande richesse. L'identification de chaque représentation a demandé un travail minutieux ..."

 
La grotte Cosquer est aujourd'hui l'un des sites les mieux daté au monde: la datation au 14C, effectué sur 22 prélèvements de charbon de bois utilisé pour réaliser les peintures, révèle deux faciès culturels différents correspondant à l'occupation de la grotte au Paléolithique:

Activité: la grotte Cosquer

Etant donnée la position actuelle de la grotte, quelle hypothèse faut-il envisager pour expliquer les traces d'occupation humaine dans la grotte Cosquer? Les espèces animales représentées sont-elles toutes adaptées au climat actuel de type méditerranéen? Quelle représentation constitue une originalité permettant de se faire une idée du climat au Paléolithique récent?

B- L'ETUDE DES PALEORIVAGES

Lors des périodes d'occupation humaine, l'entrée de la grotte Cosquer était à l'air libre alors qu'elle est aujourd'hui à 36 mètres de fond. Le niveau de la mer a donc nécessairement considérablement augmenté depuis ces époques.
Nous allons rechercher les traces des rivages anciens, ou paléorivages, des époques d'occupation de la grotte Cosquer, submergés aujourd'hui par les eaux.

1° Les traces d'anciennes plages révélées par les profils sismiques et le carottage:
Les rivages ont une morphologie particulière: les sédiments qui s'accumulent forment un talus. De telles formations ont pu être révélées par des profils sismiques comme celui qui est représenté ci-dessous au large de la grotte Cosquer.
 
 
 
 
 
Des carottages permettent de mettre en évidence:

 

La mer, par ses mouvements de va-et-vient, a une forte action érosive sur les falaises, en particulier lorsque celles-ci sont calcaires. Elle use et façonne les roches des pieds de falaises en créant des encoches qui se marquent dans le paysage en formant des sur-plombs (photo de droite). A la base de ces falaises se trouvent aussi des éboulis très caractéristiques.
Lorsque le niveau de la mer augmente brusquement, ces encoches et ces surplombs se retrouvent immergés et il est possible de les repérer en plongée. Le plongeur descend à l'aplomb de la paroi rocheuse et plaque un bâton de longueur connue contre la falaise, il en mesure l'inclinaison puis note la profondeur à l'aide d'un profondimètre (dessin de droite). En remontant vers la surface, il répète cette opération tout au long de la paroi. Il repère ainsi les profondeurs auxquelles surviennent les changements brusques de pente qui correspondent à d'anciennes encoches, et donc à d'anciens niveaux marins.

 

3° Les lignes de paléorivages autour de la grotte Cosquer

 

Ces explorations ont ainsi permis de mettre en évidence au large de la grotte Cosquer (Phare de Planier) trois lignes de paléorivages:
    • à -50m de profondeur: le PR 50 daté de -8 500 ans,
    • à -90 m de profondeur, le PR 90 daté de -11 700 ans,
    • à -100m de profondeur, le PR 100 daté de -13 850 ans,
    • le bord des canyons, à -130 m, débouche sur les grands fonds (-20 000 ans).
On trouve ces paléorivages en différents endroits de la Méditerranée: en effet de très nombreuses plongées révèlent que plusieurs encoches ou surplombs sous-marins se trouvent à la même profondeur dans la plupart des falaises, qui correspondent à des paliers successifs dans la montée des eaux:
  • à -7m (-4 000 ans)
  • à -25m (-5 800 ans)
  • à -36m (-7 000 ans): celui de la grotte Cosquer (daté grâce à des encroûtements calcaires d'algues et de coraux à l'entrée de la grotte).

 

Vers - 55m de fond les falaises sous-marines sont taraudées de nombreuses cavités et grottes sous-marines qui marquent un niveau de stagnation de la mer vers 9000 BP, que de nombreuses observations signalent ailleurs dans le monde. A Marseille on trouve surplombs et anciennes grottes littorales sur la côte est de l'île de Riou (Ilot du Grand Conglu et passe entre le Grand Conglu et l'île de Riou. Stéphane Sartoretto (Labo de biologie de Marseille-Luminy) a pu prélever et dater des concrétions corraligènes littorales.

Activité: les paléorivages

A partir des données fournies vous reconstituerez les variations du niveau de la mer autour de la grotte Cosquer depuis -20 000 ans, en réalisant un graphique (niveau de la mer en ordonnée, temps en abscisse).
Calculez en cm par siècle, la montée des eaux.

C- L'ETUDE DES RECIFS FOSSILES

La Grande barrière de corail (Australie)

Quelques photos perso sur la Grande Barrière de Corail australienne

1° Les conditions de vie exigeantes dans les récifs coralliens

Les récifs coralliens sont des écosystèmes complexes. Apparus il y a 2,5 milliards d'années, sous des formes plus simples que celles d'aujourd'hui, ils sont situés entre les tropiques du Cancer et du Capricorne. Après des destructions et des reconstructions, les récifs actuels se sont stabilisés depuis 50 millions d'années: ce sont des assemblages de coraux morts et vivants.

 

Activité: Les récifs coralliens

A l'aide des informations du document:
vous rappellerez les exigences écologiques des récifs coralliens.
 
Pour la suite des investigations, vous appliquerez le principe d'actualisme.

A partir du document: html,http://www.dinosoria.com/recif_corail.htm vous expliquerez l'intéret des coraux dans l'étude des paléoclimats

2° L'exploitation des forages réalisés dans les récifs coralliens: l'étude d'un récif corallien de Tahiti

Les coraux permettent la reconstitution des paléoenvironnements et mettent en évidence des variations du niveau marin.

Activité: Etude du récif corallien de Tahiti

1° Après avoir analysé les documents proposés vous essaierez de résoudre les problèmes suivants:
Comment expliquer la présence de coraux fossiles à des profondeurs incompatibles avec leurs exigences écologiques?
 
2° En vous servant de la colonne stratigraphique déduite de l'analyse de forages dans un récif de Tahiti, vous construirez, sur un graphe, la courbe de croissance verticale du récif.

3°En étudiant la répartition de leurs homologues actuels sur le récif, on a pu déterminer le paléoenvironnement des organismes fossiles de la colonne stratigraphique. Les associations algo-coralliennes renseignent avec précision sur les profondeurs auxquelles vivaient les organismes constructeurs. Il est donc possible de construire la courbe de remontée du niveau marin à partir de la courbe de croissance du récif en tenant compte des données paléobathymétriques établies précédemment.La remontée du niveau marin est-elle régulière? Quel phénomène constatez-vous notamment vers -14 000 ans BP? Pouvez-vous associer ce phénomène à une modification constatée sur la colonne stratigraphique?

4° Nous allons essayer de voir si les variations du niveau marin déduites de l'étude des forages de Tahiti sont confirmées par d'autres marqueurs géologiques éloignés de ceux-ci.Tirez une conclusion de l'observation de la courbe de la Barbade confrontée à celle de Tahiti. la corrélation peut-elle se faire pour toutes les périodes?

 

Voyons à présent quels sont les indices possibles des variations du niveau de la mer sur une plus grande échelle de temps .

II - Les variations anciennes du niveau des mers

A- L'ENREGISTREMENT DES ROCHES SEDIMENTAIRES

1° Un exemple: le Crétacé du Pays de Caux

    Extrait de la carte géologique au 1.500.000e éditée par le BRGM (Orléans La Source) 1980
Les célèbres falaises du pays de Caux se sont formées au cours du crétacé (-135 à -65MA) (en vert sur la carte) . Il s'agit d'une série sédimentaire de près de 500m d'épaisseur en partie érodée à sont sommet et pricipalement constitué par des craies.

 

L'Université du Havre (Académie de Rouen) met en ligne un portail "Patrimoine naturel du pays de Caux et de l'estuaire de la Seine" sur lequel vous pourrez vous documenter sur cette période géologique de l'ère secondaire et notamment les formations sédimentaires crayeuses.

2° Les indices paléontologiques et géochimiques indiquant la profondeur relative de l'eau

Le Crétacé du pays de Caux Présente à la base une couche constituée de poudingue ferrugineux datée de l'albien. L'albien est surmonté par différents niveaux de craie (craie glauconieuse, de Rouen, d'Antifer) datés du Cénomanien

 

Le poudingue ferrugineux de l'albien (base de la série des craies du pays de Caux) est "une formation d'épaisseur irrégulière (quelques décimètres à 6 mètres) constituée d'un mélange hétérométrique de petits galets, de graviers, de sable et d'argile un peu glauconieuse Les galets sont formés de quartz, de quartzite, de roches paléozoïques ou jurassiques silicifiées et ils sont recouverts d'un enduit limonitique. Des débris de bois flottés et des cônes de Gymnospermes viennent s'y ajouter..."Le matériel détritique provient du Massif Armoricain
La glauconie est une argile de couleur verte qui ne se forme qu'à de très faibles profondeurs (50 à 200m), sur la plateforme continentale..
La craie est "une roche calcaire, composée à plus de 90% de CaCO3. , friable et poreuse. Ce calcaire est produit essentiellement par l'accumulation d'innombrables débris d'organismes:
- des éléments dissociés de Coccolithophoridés, c'est-à-dire des Algues microscopiques, unicellulaires, munies de flagelles et vivant dans le plancton. Ces éléments dissociés de forme discoïdale sont appelés des Coccolithes et représentent de 20 à 50% de la craie. A cause de leur taille extrêmement petite, les Coccolithes sont classés dans les nannofosiles.
- des Foraminifères planctoniques et benthiques (Globigérines, Globotruncana).
 
- des Lamellibranches (surtout des Inocérames),
- des plaques d'Echinides (Oursins), -
 
des Bryozoaires, des Eponges, des Brachiopodes, des Bélemnites et des Ammonites..."
 
 
 
 
 
 
 
 

Activité: Les indices paléontologiques et géochimiques du crétacé dans le pays de Caux

  1. Relevez les fossiles du poudingue ferrugineux puis ceux de la craie; Quelles informations apportent-ils sur le milieu de dépot des couches correspondantes?
  2. Les indices géochimiques confirment-ils les indications fournies par les fossiles?
  3. Quel événement s'est-il produit entre le depot du poudingue et le dépot de la craie?
  4. Appréciez la vitesse de sédimentation moyenne (cm/1000 ans) dans le Crétacé du Pays de Caux.

B- L'ENREGISTREMENT DES SERIES SEDIMENTAIRES

Les roches sédimentaires marines fournissent des informations sur la profondeur d'eau à laquelle elles se sont formées. Leur accumulation dans une série sédimentaire enregistre donc la variation du niveau de la mer au cours du temps. Nous allons donc chercher à interpréter ces variations de niveau et à estimer l'importance de ces variations à partir de
l'exemple du Crétacé supérieur.

 

Le plateau continental est le lieu où les éléments détritiques apportés par les fleuves ou le vent se déposent par gravité: les plus gros près du rivage, les plus fins sont transportés plus loin, les sédiments carbonatés se déposent sur la marge continentale. Il y a granoclassement horizontal.
L'extension des différentes roches sédimentaires est fonction de la quantité d'apports détritiques et la profondeur du bassin de sédimentation. Cette extension va ainsi varier avec les mouvements d'avancée (transgression) ou de recul (régression) de la mer.
La séquence verticale des roches rencontrées lors d'un forage (granoclassement vertical) va donc changer selon qu'elle a enregistré une phase transgressive (séquence positive ou transgressive) ou régressive (séquence négative ou régressive ).

Activité: transgression et régression

  1. Donnez une définition de transgression et de régression.
  2. Comment la sédimentation se modifie-t-elle en un point donné lors d'une transgression?
  3. Comment reconnaît-on une séquence régressive? Proposez un schéma explicatif.

 

 
 
2° L'étude horizontale des séries sédimentaires: l'ampleur des mouvements de la mer

En France, le Crétacé supérieur a été marqué par une transgression d'une très grande ampleur, puisque la mer s'est étendue sur la quasi-totalité du territoire comme le montrent les deux cartes ci-dessous.

 

Souvent, comme en Charente par exemple, les roches du Cénomanien (premier étage du Crétacé supérieur) reposent directement sur les terrains jurassiques : on dit que les deux séries sont discordantes. Les roches du Cénomanien sont marquées à leur base par la présence de matériel détritique : souvent sableux, parfois plus grossier, il contient fréquemment de la glauconie comme en témoignent, par exemple, les «sables verts du Poitou ». Au nord de la France, le Cénomanien est surmonté par de la craie abondante en Normandie et Picardie mais aussi plus à l'est, notamment en Champagne. Au sud de la France, dans le Bassin aquitain, les Pyrénées ou les Alpes, le Crétacé supérieur est constitué de calcaires mais aussi de flyschs qui sont des empilements de sédiments détritiques se formant au pied d'un talus continental. La partie terminale du Crétacé est souvent déblayée par l'érosion mais lors-qu'elle est présente, il s'agit de marnes contenant fréquemment des fossiles littoraux.

 

On se demande maintenant quelles sont les causes de ces variations .

III - Les causes des variations du niveau des mers

 

A - CORRELATIONS ENTRE CONDITIONS CLIMATIQUES ET VARIATIONS DU NIVEAU DES MERS

Le niveau marin depuis 20 000 ans enregistré par les coraux (dossier du CNRS)
La fonte des calottes glaciaires continentales lors de la dernière déglaciation a provoqué une remontée du niveau marin global d'environ 120 mètres. La connaissance précise de la chronologie des événements de cette période permet de comprendre la dynamique du climat et les interactions complexes du système couplé océan-atmosphère-cryosphère. C'est grâce à l'étude des coraux que les chercheurs peuvent avoir accès à cette connaissance de façon particulièrement précise.

 

(Cliquez sur l'image)

Activité: les conditions climatiques

A partir des graphiques précédents:

Analysez la chronologie des événements climatiques enregistrés par les glaces du Groenland (forage GRIP): que constatez-vous après environ -15 000 ans B.P.? après - 14 000 ans B.P.?
Analysez à présent les événements enregistrés par les coraux de la Barbade:
caractérisez l'événement MWP-1a. Situez-le très exactement dans l'échelle des temps de cette période du paléolithique supérieur.
En mettant en relation ces deux moyens d'étude des paléoclimats, quelle conclusion pouvez-vous tirer? Quelle remarque feriez-vous à une critique concernant l'imprécision des mesures?
BP = Before Present

 

B - CORRELATIONS ENTRE VOLUME DES GLACES ET NIVEAU DE LA MER

 

voir le site de planète terre sur l'élévation du niveau de la mer

Activité: Le volume des glaces

A partir du document ci dessus et des courbes précédentes, évaluez la remontée du niveau marin depuis le dernier maximum glaciaire il y a environ 20 000 ans B.P. Depuis quand la géographie actuelle des continents existe-t'elle?

Connaissant la surface des océans (3,5.10e14 m2) et le volume actuel du réservoir des glaces continentales (30.10e6 km3) principalement localisées sur l'Antactique, calculez la montée des eaux qui résulterait de la fonte totale de ces glaces.
 
 
Dites pourquoi la fonte de la glace de mer (banquise) ne fait pas augmenter le niveau des océans.

 

C- CORRELATIONS ENTRE ACTIVITE DES DORSALES ET VOLUME DES BASSINS OCEANIQUES

Lors de l'expansion océanique de grandes quantités de laves sont émises: le volume des dorsales augmente considérablement, diminuant d'autant le volume des bassins océaniques. Ce phénomène provoque une transgression généralisée de grande ampleur. A l'inverse, lors du ralentissement de l'expansion océanique et du fait de l'augmentation de densité de la lithosphère océanique avec l'âge de celle-ci, la profondeur du bassin augmente et le niveau marin baisse (régression).

 

 

Modèle analogique du volume de lave d'une dorsale et son action sur le niveau de la mer

Activité:Rôle de l'activité des dorsales

Mettez en relation les documents ci-dessus pour montrer le rôle des dorsales sur le niveau de la mer puis expliquez la transgression du Crétacé supérieur.

D - VARIATIONS DE TEMPERATURE DE L'EAU DE MER ET VOLUME DES OCEANS

Les mesures historiques du niveau marin montrent une élévation continue d'environ 10 cm par siècle. Actuellement, on peut mesurer cette élévation l'aide de satellites, comme Topex-Poséidon. On observe ainsi une corrélation entre l'augmentation du niveau des mers et l'augmentation de la température de surface depuis trois ans.

Évolution des températures de surface (0,03 ± 0,02 °C/an)
et du niveau de la mer (4,1 ± 0,8 mm/an) sur une période de trois ans.

 
 
 
 
On définit un coefficient de dilatation thermique volumique de l'eau alpha = 2,6.10e-4 °Ce-1. Il permet de calculer la variation de volume de l'eau lors d'un changement de température. Si Vo est le volume de l'eau à la température To et VT le volume à la température T, alors:
VT = Vo [1 + alpha (T - To)]
Connaissant le volume actuel des océans (1,4.10e18m3), il est donc possible de prévoir leur variation de volume lors d'un changement climatique.

Activité: Rôle de la température

Montrez l'effet des variations de température de l'eau de mer sur le volume des océans

 

A partir de toutes les ionformations obtenues, on se demande maintenant si on peut modéliser l'évolution future du niveau des mers.

IV - Modélisation de l'évolution future du niveau des mers

A- LA SURVEILLANCE SATELLITAIRE DU NIVEAU MOYEN DES MERS DEPUIS 1993: TOPEX-POSEIDON

Le suivi des variations du niveau moyen des mers constitue une application précieuse de l'altimétrie spatiale. Cette technique permet une précision meilleure que le mm/an, une couverture à l'échelle du globe et une résolution temporelle appréciable. Le satellite Topex/Poseidon a permis de détecter une élévation du niveau global de la mer d'environ 2.5 mm/an depuis le début 1993.
  Voir le site de la NASA, le plus complet mais en anglais
 

Travail en Méditerranée

Sur une échelle des temps correspondant au siècle les phénomènes responsables des variations du niveau moyen global de la mer sont:

B - DES MODELES POUR L'AVENIR

Les mesures du niveau des océans par marégraphes ont montré que, durant le XXe siècle l'élévation du niveau des océans a été de10 à 20 cm.
Si l'on avance l'hypothèse que le réchauffement climatique lié aux activités humaines conduirait inévitablement à une augmentation du niveau moyen des océans, il est bon de rechercher quel en serait les facteurs responsables.

La fonte des glaces continentales ne serait responsable que de 6 à 9 cm de la montée des eaux au cours du XXe siècle, la dilatation thermique de l'eau rend compte d'une augmentation de près de 10 cm de celle-ci.

Activité:La surveillance satellitaire

1. Entre le lancement de TOPEX-POSEIDON en 1993 et le début de l'année 2001, quelle a été l'élévation du niveau des océans?

2. Quelle pourrait être la variation du niveau des mers liée à la dilatation thermique de l'eau d'ici à la fin du siècle sachant que:
- seule la partie superficielle des océans (500 premiers mètres) peut être affectée par des variations de la température atmosphérique,
- la surface des océans est de 3,5.10e14 m2,
- le réchauffement climatique annoncé est de 2 à 5°C?

 


MAJ 2009