Au cours du XXème siècle, les mesures marégraphiques ont permis d'estimer la hausse du niveau de la mer global à 1.7 mm.a-1. Depuis deux décennies, les observations faites par les satellites altimétriques indiquent une hausse du niveau de la mer plus rapide, de 3.2 mm. a-1 sur la période 1993-2011. Grâce à leur couverture quasi-globale, les observations spatiales ont aussi révélé une forte variabilité régionale dans la hausse du niveau de la mer qui dépasse de beaucoup la hausse moyenne globale dans de nombreuses régions du globe. Cette composante régionale qui s'ajoute à la hausse globale pour donner le niveau de la mer total local, est essentielle dans l'étude des impacts de la hausse du niveau de la mer sur les régions côtières et les îles basses. Dans cette thèse, nous analysons les observations de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer, nous proposons une reconstruction de cette variabilité régionale depuis 1950 (i.e. avant l'avènement de l'altimétrie spatiale) et nous étudions ses causes et ses origines. Tout d'abord, nous proposons une reconstruction de la variabilité régionale du niveau de la mer dans le passé (avant la période altimétrique) en combinant des données marégraphiques avec les structures spatiales propres de l'océan déduites des modèles d'océan. Cette méthode permet de reconstruire le niveau de la mer en 2 dimensions depuis 1950, sur la majeure partie du globe, avec une résolution proche de celle de l'altimétrie spatiale. Ensuite, nous appliquons la méthode de reconstruction pour estimer la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer passée dans trois régions sensibles au réchauffement climatique : le Pacifique tropical, la mer Méditerranée et l'océan Arctique. Nous en déduisons pour ces régions la hausse totale ( régionale plus moyenne globale) du niveau de la mer local au cours des dernières décennies. Pour les sites où l'on dispose de mesures du mouvement de la croûte terrestre, nous évaluons la hausse local du niveau de la mer relatif (i.e. hausse du niveau de la mer totale plus mouvement de la croûte local) depuis 1950. Le but est de permettre les études de l'impact local de la hausse du niveau de la mer aux échelles climatiques. Enfin, nous analysons l'origine de la variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer pour déterminer si elle est due à l'activité anthropique ou si elle résulte de la variabilité naturelle du système climatique. Nous nous focalisons sur le Pacifque tropical qui est marqué par une très forte variabilité régionale de la hausse du niveau de la mer depuis 1993. Grâce a la reconstruction du niveau de la mer depuis 1950, nous montrons que cette variabilité régionale récente (17 dernières années) n'est pas stationnaire dans le temps mais qu'elle fluctue en lien avec une basse fréquence du mode de variabilité ENSO. Avec les modèles de climat du projet CMIP3, nous montrons de plus que cette variabilité régionale est essentiellement d'origine naturelle (variabilité interne du système climatique) et que l'impact anthropique y est trop faible pour l'instant pour y être détecté.

Alors que depuis un peu plus de 2000 ans, le niveau moyen de la mer a peu varié, ce niveau s'est élevé d'environ 2 mm/an au cours du 20ème siècle. Cette hausse soudaine est attribuée au réchauffement climatique d'origine anthropique enregistré depuis plusieurs décennies. Depuis une douzaine d'années, on mesure de façon globale et précise les variations du niveau de la mer grâce aux satellites altimétriques Topex/Poseidon et Jason-1. Ces observations indiquent une hausse moyenne globale d'environ 3 mm/an depuis 1993, valeur sensiblement plus grande que celle des dernières décennies. <br />Diverses observations disponibles depuis peu nous ont permis de quantifier les contributions des divers facteurs climatiques à la hausse observée du niveau de la mer : expansion thermique de la mer due au réchauffement des océans, fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires, apport d'eau des réservoirs continentaux. Le bilan de ces nouvelles observations nous permet d'expliquer en partie la hausse observée du niveau de la mer. En particulier, nous montrons que l'expansion thermique des océans n'explique que 25% de la hausse séculaire du niveau de la mer enregistrée par les marégraphes depuis 50 ans, tandis qu'elle contribue à la hauteur de 50% à la montée du niveau marin au cours de la dernière décennie. Parallèlement, des études récentes estiment que la fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires pourraient contribuer pour environ 1 mm/an à l'élévation du niveau de la mer au cours de la dernière décennie. <br />De plus, la forte variabilité régionale des vitesses d'évolution du niveau de la mer révélée par les observations altimétriques de Topex/Poseidon résulte en grande partie de l'expansion thermique. Nous mettons également en lumière l'importante variabilité spatio-temporelle décennale de l'expansion thermique des océans au cours des 50 dernières années, qui semble dominée par les fluctuations naturelles du climat. De plus nous posons pour la première fois la question du lien qui existe entre les fluctuations décennales de l'expansion thermique des océans et la contribution climatique des eaux continentales au niveau de la mer. Enfin, une analyse préliminaire des observations gravimétriques de la mission spatiale GRACE sur les océans nous permet d'évaluer les variations saisonnières du niveau moyen de la mer liées aux variations du bilan de masse d'eau des océans.

Depuis le début des années 1990 on suit l'évolution globale du niveau de la mer grâce aux satellites altimétriques. Ils observent une hausse du niveau moyen global de la mer (GMSL) de 3.4 ± 0.4 mm/an sur la période 1993-2016 (ce qui représente le double de ce qui a été observé au cours du 20ème siècle par les marégraphes, hausse à 1.7 mm/an entre 1900 et 1990). Le GMSL présente aussi des fluctuations interannuelles qui peuvent atteindre quelques millimètres, surtout pendant les épisodes ENSO. Cette hausse n'est pas régionalement uniforme : elle a été 3 fois plus rapide que la hausse moyenne globale dans certaines zones entre 1993 et 2016. Au cours du 21ème siècle, on s'attend à une hausse accrue du GMSL pouvant aller jusqu'à 1 m à l'horizon 2100, avec une forte variabilité régionale. Il est donc important de comprendre l'évolution actuelle du niveau des océans qui constitue une menace sérieuse pour de nombreuses régions côtières basses souvent très peuplées. Cette thèse s'inscrit dans le contexte du projet niveau de la mer CCI (Climate Change Initiative) de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) ayant pour objectif de fournir de meilleurs produits du niveau de la mer combinant les missions Topex/Poseidon, Jason-1/2, ERS-1/2 et Envisat. L'objectif premier de cette thèse est de valider ces produits SL_CCI du niveau de la mer en utilisant différentes approches, en particulier par l'étude du bilan (comparaison du GMSL observé avec la somme des différentes contributions : composante stérique, fonte des glaces continentales et transferts d'eau depuis les terres émergées). Un autre objectif est d'estimer les composantes du niveau de la mer mal connues, et tout particulièrement le contenu thermique de l'océan profond non mesurable par le système Argo, et la contribution du stock d'eau sur les continents. Ces travaux ont montré que la contribution de l'océan profond en dessous de 2000m est faible sur la période 2005-2013 et contenue dans la barre d'incertitudes des données (erreurs qui proviennent essentiellement, (1) des produits niveau de la mer altimétriques et des lacunes de la couverture géographique des données Argo dans la région Indonésienne pour la tendance et (2) des produits GRACE et Argo pour la variabilité interannuelle). Nos résultats et la méthode utilisée montrent que le niveau de la mer et ses composantes sont encore entachés d'erreurs importantes. Dans la deuxième partie, nous avons analysé l'influence du phénomène ENSO (El Niño et La Niña) sur les variations interannuelles du GMSL. Nous montrons que lors des évènements La Niña comme celui de 2010-2011, le déficit de précipitations sur l'océan (et l'excès sur les continents) conduit à une baisse temporaire de la masse de l'océan global et donc du niveau de la mer. C'est essentiellement la variation de masse de l'océan qui explique la variabilité interannuelle du niveau de la mer lors des évènements ENSO, et le déficit (La Niña) ou excès (El Niño) de masse se trouve confiné dans l'océan Pacifique tropical Nord. Pour finir, nous analysons l'évolution de la température moyenne de l'air et de l'océan en surface sur la période du "hiatus" (2003-2013). Nous montrons que ce hiatus, c'est à dire le ralentissement récent de la hausse de la température moyenne globale de la Terre est un phénomène quasi global, même si le Pacifique tropical Est s'est fortement refroidi. Cette "supposée" pause récente s'explique par la variabilité naturelle interne du climat. La Terre est toujours en état de déséquilibre énergétique dû à l'accumulation de gaz à effet de serre. Nous mettons en évidence le rôle de la variabilité naturelle à court terme sur les changements à plus long terme associés au réchauffement climatique anthropique. / Since the early 1990s sea level is routinely measured using high-precision altimeter satellites. These observe a rise in global mean sea level (GMSL) of 3.4 ± 0.4 mm/yr over the 1993-2016 period (which is twice what has been observed during the 20th century by the tide gauges, with a rise of 1.7 +/- 0.3 mm/yr). The interannual variability in the GMSL can reach several millimeters, especially during ENSO events. The rate of sea level rise is not regionally uniform. During the altimetry era, it was three times faster than the global mean in some areas. During the 21st century, we expect a greater rise of the GMSL than today, up to 1 m in 2100, with strong regional variability. It is therefore important to understand the current evolution of the sea level, since it represents a serious threat to many low coastal areas, often densely populated of the planet. My thesis research deals with the Sea Level CCI (Climate Change Initiative) project of the European Space Agency (ESA) which objective is to provide improved sea level products combining several altimetry missions, including Topex/Poseidon, Jason-1/2, ERS-1/2 and Envisat. The primary objective of my thesis was to validate the CCI sea level products using different approaches, in particular the sea level budget approach. It consists of comparing the observed GMSL with the sum of different contributions : the steric component, melting of continental ice and transfers of water between the land surface and oceans. Another objective was to estimate the poorly known components to sea level rise, in particular the heat content of the deep ocean not measurable by Argo, and the contribution of water storage on the land. My work has shown that the contribution of the deep ocean below 2000m to the rising sea level is small over the 2005-2013 periods and not significant compared to the data uncertainties. The main uncertainties come from: (1) -in terms of trend- the altimetry sea level products and gaps in the geographical coverage of Argo data in the Indonesian region, and (2) -in terms of interannual variability- the GRACE and Argo products. My results and the method used show that the sea level and its components are still affected by important errors. In the second part, I analyzed the influence of ENSO (El Niño and La Niña) on the interannual variations of the GMSL. I showed that during La Niña events, like that of 2010-2011, the rainfall deficit over the ocean (and excess over the continents) leads to a temporary decrease in the global ocean mass and therefore in the GMSL. This is essentially the ocean mass variation that explains the interannual variability of the GMSL during ENSO events. Furthermore, the deficit (La Niña) or excess (El Niño) ocean mass is confined in the north tropical Pacific Ocean. Finally, I analyzed the evolution of the average temperature of air and ocean surface over the period of the "hiatus" (2003-2013). I showed that this hiatus, i.e. the recent slowdown in the rise of the global mean Earth's temperature is an almost global phenomenon, though cooling of the tropical eastern Pacific has slightly contributed. This recent pause is attributable to natural internal climate variability. The Earth is indeed still in a state of energetic imbalance due to the accumulation of greenhouse gases. I highlighted the role of the natural variability that is superimposed to the anthropogenic global warming.