Le mois dernier, une équipe internationale de scientifiques, dont William Riley et Qing Zhu de Berkeley Lab, a publié une mise à jour sur le budget global du méthane dans le cadre du Global Carbon Project. Ils ont estimé les émissions mondiales annuelles de méthane à près de 570 millions de tonnes pour la décennie 2008 à 2017, soit 5% de plus que les émissions enregistrées au début des années 2000 et l'équivalent de 189 millions de voitures de plus sur les routes du monde.

Les sources anthropiques comme l'agriculture, déchets, et les combustibles fossiles ont contribué à 60 % de ces émissions, tandis que les zones humides constituaient la plus grande source naturelle de méthane. Riley, un scientifique senior du Berkeley Lab, se concentre sur la modélisation de la façon dont les écosystèmes terrestres, tels que les zones humides, interagissent avec le climat. Travailler avec Zhu, ils ont construit l'un des modèles informatiques qui permet aux scientifiques de quantifier ces émissions de méthane provenant des zones humides à l'échelle mondiale.

Bien que les émissions mondiales de méthane des zones humides soient restées pratiquement inchangées entre la dernière décennie et le début des années 2000, ces paysages ont continué à introduire certaines des plus grandes incertitudes dans l'estimation du bilan mondial du méthane. Riley explique l'implication de son équipe dans le Global Carbon Project et leurs efforts pour réduire cette incertitude.

Q. Qu'est-ce que le Global Carbon Project et comment vous êtes-vous impliqué ?

Il s'agit d'un groupe vaguement structuré de scientifiques internationaux travaillant depuis 2001 pour établir des budgets mondiaux pour les gaz à effet de serre, entre autres efforts. Ces budgets comprennent le dioxyde de carbone, méthane, et le protoxyde d'azote. Une grande partie du travail porte sur la caractérisation de ces budgets, comprendre pourquoi ils peuvent changer, et ce que la communauté scientifique peut faire pour mieux les estimer.

Dans le cadre du projet Reducing Uncertainty in Biogeochemical Interactions through Synthesis and Computation (RUBISCO), qui est un domaine d'intérêt scientifique au Berkeley Lab, nous travaillons sur des budgets carbone mondiaux. Le groupe Berkeley Lab a construit l'un des premiers modèles mondiaux de méthane des zones humides, et c'est pourquoi on nous a demandé de participer au Global Carbon Project.

Q. Pourquoi devrions-nous nous soucier du méthane ?

Le méthane est émis par une gamme de sources anthropiques comme les décharges, agriculture, et les combustibles fossiles, ainsi que des systèmes naturels comme les zones humides. C'est le deuxième gaz à effet de serre auquel l'homme contribue. Depuis l'époque préindustrielle, l'augmentation du méthane atmosphérique a contribué à un quart de l'effet de réchauffement climatique des gaz à effet de serre. C'est gros.

Mais contrairement au dioxyde de carbone, le méthane a une durée de vie plus courte dans l'atmosphère. Si nous modifions fortement nos émissions, le méthane peut être éliminé relativement rapidement.

Q. Les émissions de méthane sont-elles difficiles à estimer ?

Il existe de nombreuses sources de méthane. Afin d'établir un budget, vous devez tous les additionner. Nous pouvons raisonnablement estimer les contributions des émissions de méthane d'origine humaine. Cependant, il est difficile d'estimer les émissions de méthane provenant de sources biogéniques comme les zones humides, qui représentent 20 à 30 % du budget mondial des émissions de méthane.

Dans les zones humides, le méthane est produit par l'activité microbienne. Une fois produit, il existe de multiples voies par lesquelles le méthane est consommé et transporté du sol vers l'atmosphère :les plantes, bouillonnant, et diffusion. Tous ces processus sont incertains en eux-mêmes et leur assemblage rend difficile toute prévision. Les plantes, par exemple, peut extraire le méthane du sol et le rejeter directement dans l'atmosphère, en contournant l'étape d'oxydation qui est par ailleurs active à l'interface sol-air lorsque la terre n'est pas submergée. Il s'agit d'un ensemble de processus physiques et biologiques plus complexes que la modélisation et la prévision des émissions de dioxyde de carbone.

Il est également difficile d'identifier la superficie des terres couvertes de zones humides à partir d'images satellite. La couverture des zones humides transitoires, par exemple, peut changer au cours d'une saison ou de plusieurs années en raison du drainage. Aussi, les zones humides ont souvent une végétation émergente, ce qui peut compliquer les estimations par télédétection.

Q. Quelle est la contribution de votre équipe pour faire de meilleures estimations des émissions des zones humides ?

Dans le cadre du Global Carbon Project, il existe 13 grands centres de modélisation utilisant 13 modèles indépendants pour estimer les émissions de méthane des zones humides, et nous sommes l'un de ces groupes. Notre modèle, qui est intégré dans le modèle du système Terre du ministère de l'Énergie, E3SM (Energy Exascale Earth System Model), représente des zones humides largement réparties et comprend de nombreux processus qui sont pertinents pour ces paysages. Comme pour les autres modèles, variables comme la température, précipitation, et les données d'émissions de méthane collectées en continu sur 80 sites de zones humides qui font partie du réseau mondial FLUXNET sont utilisées pour évaluer et améliorer le modèle. Dans ces comparaisons au niveau du site, nous incluons également des informations sur le type de zone humide :fougères, les marais, tourbières, etc.; végétation, quel est l'apport de carbone dans le système ; activité microbienne; ainsi que des estimations de la profondeur de la nappe phréatique, qui est un puissant contrôleur des émissions de méthane.

Ces informations nous permettent d'évaluer un large éventail de processus et d'interactions qui influencent en fin de compte nos estimations d'émissions. Mais ces processus biologiques complexes introduisent également une large plage d'incertitude dans les prévisions d'émissions de méthane. Notre objectif était de construire un modèle qui représente ces processus importants d'une manière relativement mécaniste qui puisse être testée directement par rapport aux observations du terrain.

Q. Savons-nous si certains modèles fonctionnent mieux que d'autres ?

On ne sait toujours pas quelle approche est la meilleure. Mais je pense qu'il est utile d'utiliser l'éventail complet des modèles, du plus simple au plus nuancé. Finalement, nous espérons tous améliorer la prévisibilité des émissions de méthane provenant des zones humides.

Les émissions finales rapportées dans le document sont une moyenne des estimations de chacun des 13 modèles.

Q. Les zones humides de certaines régions émettent-elles plus de méthane que d'autres ?

Il existe un grand gradient latitudinal des émissions de méthane des zones humides. Les flux sont plus importants sous les tropiques que sous les hautes latitudes et les zones tempérées. Il fait beaucoup plus chaud sous les tropiques, donc vous obtenez beaucoup d'activité biologique et plus de production de méthane que dans les hautes latitudes où il fait vraiment froid. Nous avons estimé les émissions annuelles à plus de 110 millions de tonnes des zones humides tropicales contre environ 10 millions de tonnes des hautes latitudes.

Ce schéma n'est pas surprenant et est reconnu depuis longtemps. Aussi, ces émissions sont naturelles, donc ils continueront, tant qu'on ne draine pas les zones humides, ce qui arrive.

Q. Pensez-vous que les émissions des zones humides augmenteront à l'avenir ?

Nos simulations suggèrent que les émissions de méthane continueront d'augmenter à mesure que le monde se réchauffe et que les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone augmentent. Notre groupe participe aux efforts en cours de GCP pour synthétiser ces types d'estimations futures à partir de plusieurs groupes de modélisation mondiaux.

Q. Quelles sont vos prochaines étapes pour améliorer les capacités d'estimation de votre modèle actuel ?

Nous pensons utiliser des outils d'apprentissage automatique pour aider à établir des relations entre les émissions de méthane des zones humides et tous les facteurs qui, selon nous, contrôlent ces émissions. Les données d'entrée seront des données d'émissions collectées sur les sites de zones humides FLUXNET ainsi que d'autres variables pertinentes - caractéristiques des zones humides, végétation, climat—relatif à ces régions. Une fois que vous connaissez les forces de la relation entre ces variables et les émissions de méthane, vous pouvez les extrapoler à d'autres sites de zones humides pour lesquels nous n'avons pas de données d'émissions. Bien sûr, ce type d'approche nécessitera des tests sur un sous-ensemble de sites où des observations comparatives sont disponibles pour garantir la pertinence des extrapolations régionales et mondiales.

Nous sommes également intéressés par l'intégration de ces types de modèles d'apprentissage automatique contraints par l'observation avec les modèles plus mécanistes, dans l'espoir d'améliorer la prévisibilité globale des représentations globales.