thumb|upright=1.8|Cartographie évolutive des émissions de méthane par les zones humides (NASA), et leur rythme saisonnier/annuel, sur environ (de 1980 à 2021). On constate un important relargage du méthane de l'Arctique, et que d'autres spots de relargage sont concernés dans le monde (bassin amazonien et pergélisols d'altitude notamment). Source : NASA's Scientific Visualization Studio.

Les émissions de méthane des zones humides sont l'ensemble des quantités de méthane rejetées dans l'atmosphère (« méthane atmosphérique »), par certaines zones humides dont le sédiment ou le substrat est riche en matière organique (MO) fermentescible et anoxique (c'est-à-dire pauvre en oxygène ou anoxiques), bien que l'on constate aussi, bien moindrement et de manière encore mal comprise, une production aérobie de méthane. Les zones concernées sont principalement des tourbières, rizières, estuaires, certaines lagunes et mangroves, ainsi que certains milieux aquatiques très riches ou trop riches en nutriments (respectivement dits eutrophes et dystrophes).

Le méthane y provient d'une fermentation anaérobie et méthanogène, favorisée par le caractère pauvre en oxygène (anoxie) du sédiment. Trois principaux mécanismes transfèrent le méthane de la zone humide à l'atmosphère : la moléculaire, l'aérenchyme végétal et l'ébullition. Les zones de pergélisol et les zones humides les plus anoxiques sont la plus grande source naturelle mondiale de méthane atmosphérique. Ces milieux semblent partout perdre tout ou partie de leur fonction de puits de carbone (majeures), en raison de boucles de rétroaction climatique entre le réchauffement climatique, la fonte des glaces et du pergélisol (la diminution de l'albédo) et les émissions de méthane.

Les niveaux et flux d'émission y varient beaucoup selon le type de zone humide, et les apports en nutriments ; ils sont mesurés par des techniques telles que la covariance de Foucault. Les émissions de certaines zones humides ( estuaires, canaux, mares ou pergélisols) sont encore mal mesurées, et ont été très sous-estimées. Zhen Zhang en 2020, dans la revue PNAS ont alerté à nouveau sur le manque de prise en compte de ce par les stratégies mondiales d'atténuation du réchauffement (y compris par le GIEC qui manquait de données pour ces milieux), alors que les modélisations annoncent une exacerbation de ces flux au , notamment avec l'extension des surfaces boréales de zones humides issues de la fonte du pergélisol. Pour rester sous la barre des +, il est indispensable d'aussi tenir compte de ces émissions insistent-ils..

Contrairement à une idée reçue, le froid n'est pas un obstacle à la production bactérienne de . On trouve en zone de pergélisol une abondance de bactéries méthanogènes. Et il est à noter que le relargage du méthane de l'Arctique s'accompagne souvent d'émissions de , mais aussi d'émission préoccupantes de vapeur de mercure (cause d'un phénomène dit de pluies de mercure qui pourrait correspondre à des retombées de centaines de tonnes de ce métal par an dans les deux régions polaires selon J Raloff (2003)..

Contexte Les zones humides contribuent à hauteur d'environ de méthane à l'atmosphère par an.. Dans l'inventaire mondial des émissions de méthane., certaines zones humides (rizières, bouchon vaseux de nombre d'estuaires, tourbières en feu…) constituent la plus grande source naturelle de méthane atmosphérique au monde, tout en étant des puits de carbone. Or, dans le contexte du dérèglement climatique, et dans le contexte du réchauffement global, ces relargages pourraient encore beaucoup augmenter ; ils sont donc un sujet de préoccupation majeur concernant la prospective climatique et la lutte contre le Réchauffement climatiqueHoughton, J. T., (Eds.) (2001) Projections of future climate change, Climate Change 2001: The Scientific Basis, Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 881 p.Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K. and Zhuang, Q. (2013), Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales. Glob Change Biol, 19: 1325–1346. ... Les zones humides sont caractérisées par des sols hydromorphes, c'est-à-dire gorgés d'eau et des communautés distinctives d'espèces de plantes et d'animaux qui ont évolué et se sont adaptées à la présence constante d'eau. Quand le sédiment est riche en matière organique, pauvre en oxygène et saturé en eau, des conditions propices à la production de méthane par certains microbes sont réunies.

La plupart de la méthanogenèse, ou production de méthane, se produit dans des environnements pauvres en oxygène ou anoxiques. Parce que les microbes qui vivent dans des environnements chauds, humides ou ennoyés et sans lumière consomment de l'oxygène plus rapidement qu'il ne peut en diffuser à partir de l'atmosphère, certaines zones humides sont les environnements anaérobies idéaux pour la fermentation ainsi que l'activité méthanogène. Cependant, les niveaux de méthanogenèse peuvent fluctuer car ils dépendent de la disponibilité de l'oxygène, de la température du milieu (sédiment, sol, déchet fermentescible, nécromasse…) et de sa composition ; un environnement plus chaud et anaérobie, riche en matière organique permet une méthanogenèse plus efficaceChristensen, T. R., A. Ekberg, L. Strom, M. Mastepanov, N. Panikov, M. Oquist, B. H. Svenson, H. Nykanen, P. J. Martikainen, and H. Oskarsson (2003), Factors controlling large scale variations in methane emissions from wetlands, Geophys. Res. Lett., 30, 1414, ..

La fermentation est un processus utilisé par certains types de micro-organismes pour décomposer les nutriments essentiels. Dans un processus appelé méthanogenèse acétoclastique, les micro-organismes du domaine de classification des archées produisent du méthane en fermentant de l'acétate, et du en méthane et en dioxyde de carbone.

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Selon la zone humide et le type d'archées, la méthanogenèse hydrogénotrophe, un autre processus qui produit du méthane, peut également se produire. Ce processus se produit à la suite de l'oxydation de l'hydrogène par les archées avec du dioxyde de carbone pour produire du méthane et de l'eau.

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Évolutions naturelles (ou anthropiques) des zones humides Il existe de nombreux types de zones humides, chacune caractérisée par des cortèges uniques d'espèces et des conditions aquatiques : les marais, les tourbières, les fens, les mires, les Fondrière de mousse (muskegs)., et les pocosins. Étant donné que chaque type de zone humide est unique, les mêmes caractéristiques utilisées pour classer chaque zone humide peuvent également être utilisées pour caractériser la quantité de méthane émise par cette zone humide particulière. Tout environnement au moins en partie saturé d'eau, avec un niveau au moins modéré de décomposition, crée les conditions anaérobies nécessaires à la méthanogenèse, mais la quantité d'eau et de matière fermentescible, ainsi que la vitesse de décomposition, et le degré d'activité des méthanotrophes, y moduleront l'ampleur des émissions de méthane. Par exemple, une nappe phréatique plus basse (niveau piézométrique) peut entraîner une baisse des émissions de méthane, car de nombreuses bactéries méthanotrophes nécessitent des conditions oxiques pour oxyder le méthane en dioxyde de carbone et en eau. Inversement, une remontée de nappe entraînera un aussi une élévation de l'émission de méthane, car il y a moins de surface habitable pour les bactéries méthanotrophes, et ainsi le méthane peut plus facilement se diffuser dans l'atmosphère sans se décomposer.

Les zones humides évoluent dans l'espace et le temps, ainsi que leurs émissions de méthane.

Par exemple, les tourbières contiennent une grande quantité de tourbe ou d'organismes partiellement décomposés. Lorsque les tourbières se développent pour la première fois, elles sont souvent au départ des fens, des zones humides caractérisées par un sol riche en minéraux. Ces zones humides inondées, avec des nappes phréatiques plus élevées, auraient naturellement des émissions de méthane plus élevées. Finalement, les fens se transforment en tourbières, zones humides acides avec des accumulations de tourbe et des nappes phréatiques plus basses. Avec des nappes phréatiques plus basses, les émissions de méthane sont plus facilement consommées par les bactéries méthanotrophes, ou consommatrices de méthane, et ne parviennent jamais à l'atmosphère. Au fil du temps, les tourbières se développent et se retrouvent avec des flaques d'eau accumulées, ce qui augmente encore une fois les émissions de méthane.

Voies d'émission de méthane dans les zones humides

Une fois produit par des organismes anaérobies, le méthane peut atteindre l'atmosphère par trois voies principales : la diffusion moléculaire, le transport à travers l'aérenchyme végétal et l'ébullition. La productivité primaire alimente les émissions de méthane à la fois directement et indirectement, car les plantes fournissent non seulement une grande partie du carbone nécessaire aux processus de production de méthane dans les zones humides, mais peuvent également affecter son transport. Plus récemment, on a montré l'existence d'une voie de production et émission aérobie de méthane, mais qui est encore mal expliquée, et qui concerne des quantités encore très discutées.

Diffusion La diffusion à travers le profil fait référence au mouvement du méthane à travers le sol et les plans d'eau pour atteindre l'atmosphère. L'importance de la diffusion comme voie varie selon les zones humides en fonction du type de sol et de végétation.. Par exemple, dans les tourbières, la quantité massive de matière organique morte, mais non en décomposition, entraîne une diffusion relativement lente du méthane à travers le solCouwenberg, John. Greifswald University. "Methane emissions from peat soils." http://www.imcg.net/media/download_gallery/climate/couwenberg_2009b.pdf.. De plus, comme le méthane peut voyager plus rapidement dans le sol que dans l'eau, la diffusion joue un rôle beaucoup plus important dans celles les zones humides où le sol est moins saturé en eau et plus perméable.

Aérenchyme alt=plant aerenchyma|vignette|178x178px| Le flux de méthane d'origine végétale à travers l'aérenchyme végétal, illustré ici, peut contribuer de 30 à 100 % du flux total de méthane des zones humides avec de la végétation émergente..

L'aérenchyme végétal fait référence aux tubes de transport en forme de vaisseau dans les tissus de certains types de plantes. Les plantes avec aérenchyme possèdent un tissu poreux qui permet le déplacement direct des gaz vers et depuis les racines des plantes. Le méthane peut voyager directement du sol dans l'atmosphère en utilisant ce système de transport. Le « shunt » direct créé par l'aérenchyme permet au méthane de contourner l'oxydation par l'oxygène qui est également transporté par les plantes jusqu'à leurs racines.

Ébullition L'ébullition fait référence à la libération soudaine ou régulière de bulles de méthane, dans l'eau ou dans l'air, à partir de l'accumulation de méthane dans le sédiment (par exemple sous le biofilm qui s'y forme) ou dans des poches qui finissent par se former sans le sol.

Dans les cours d'eau