Les zones humides se caractérisent par la présence, permanente ou temporaire, en surface ou à faible profondeur dans le sol, d'eau disponible qu’elle soit douce, saumâtre ou salée. Il s'agit ici d'une eau vraiment dans le sol et non dans une nappe phréatique, située à quelques mètres de profondeur. De nombreux milieux peuvent dès lors être considérés comme des zones humides. Celles-ci sont difficiles à recenser et à protéger ; elles sont généralement utilisées par des agriculteurs pour les cultures.

On trouve des zones humides un peu partout en Bretagne, sans pour autant qu'il existe de recensement très précis, en raison de leurs surfaces variables. A titre indicatif, un inventaire mené en 1995 a dénombré 131 zones humides dans la région, protégées parce qu’elles sont considérées comme des zones naturelles d'intérêt écologique, faunistique et floristique (Znieff). Et on estimait alors entre 15 et 20 % la surface bretonne occupée par des zones humides de fond de vallée (soit 450 000 à 600 000 hectares).

Il existe plusieurs raisons pour expliquer l’excès d’eau dans un sol. Certaines ont une origine naturelle comme la remontée de la nappe phréatique (surtout en Bretagne), des précipitations excessives, le ruissellement de l'eau au fond des cuvettes ou des prairies, ou bien la présence d'un plancher imperméable en profondeur qui empêche le passage de l'eau et la maintient en surface. Des activités humaines peuvent également être impliquées, par exemple si elles modifient les apports d’eau (irrigation) ou bien le relief (nivellement, etc.).

Des sols appauvris en oxygène

Dans un sol gorgé d’eau, l'espace disponible initialement pour l'air est remplacé par l'eau, et les échanges gazeux avec l'atmosphère sont limités. C’est surtout l'oxygène qui vient à manquer : on parle de milieu anoxique.

La présence d'eau modifie les propriétés physiques du sol. Sa structure se dégrade plus facilement, elle est moins cohérente ; les sols sont plus sensibles au compactage, donc aussi au piétinement des animaux et au passage des engins agricoles. L'excès d'eau a également un impact sur la température du sol. Le réchauffement printanier est plus lent, car il faut chauffer l'eau contenue dans le sol. La germination des semences prend du retard et les semis ont du mal à lever.

La chimie du sol est modifiée. Dans la nature, les éléments chimiques existent souvent sous plusieurs formes selon le milieu rencontré. Par exemple, le fer existe sous deux formes : le fer réduit et le fer oxydé (l’équivalent de la rouille). En fait, l'existence de ces deux formes est due à une réaction entre le fer et l'oxygène de l'air. Plus généralement, quand le milieu est riche en oxygène, les éléments sont sous leur forme « oxydée », et quand le milieu est pauvre en oxygène, ils sont sous leur forme «  réduite  ». Comme nous l'avons vu, les zones humides sont des milieux appauvris en oxygène. De nombreux éléments s'y trouvent pour cette raison sous leur forme réduite ce qui les rend parfois impossibles à absorber par les plantes et ce qui crée chez elles des carences.

Enfin, l'activité biologique du sol change aussi lorsque l’oxygène se fait rare. La respiration des plantes est altérée et leurs parties aériennes se flétrissent. De nombreuses bactéries du sol qui ont besoin d’oxygène pour respirer disparaissent. La minéralisation de la matière organique est donc ralentie. Le sol est alors enrichi en matière organique, source potentielle d'éléments nutritifs très importante pour la plante. Mais, l'absence des bactéries nécessaires à la décomposition de cette matière organique en éléments nutritifs assimilables prive la plante de toute cette nourriture.

Des bactéries qui « respirent » les nitrates

Ces zones humides semblent donc avoir tout pour déplaire, tout au moins d'un point de vue cultural. Ces milieux très particuliers ne conviennent pas à la plupart des végétaux cultivés mais ils demeurent malgré tout un lieu de vie potentiel et riche pour qui sait s'y adapter. Des animaux - des oiseaux en particulier - et des végétaux ont su s'y adapter et en profiter.

De même, certaines espèces de bactéries ont su apprivoiser ce milieu par des adaptations spécifiques. Comment ? Et bien, elles ont développé une technique très particulière : au lieu de respirer de l'oxygène, elles «  respirent  » des nitrates (NO₃^-). Cette réaction chimique leur fournit de l'énergie pour croître, tout comme la respiration aérienne nous fournit la nôtre. Par cette « respiration », les bactéries transforment les nitrates de leur milieu en azote gazeux (N₂), de la même façon que nous transformons l'oxygène (O₂) en dioxyde de carbone (CO₂) lorsque nous respirons. Cette réaction chimique est appelée dénitrification, puisqu'elle élimine des nitrates du milieu. Or, les nitrates sont une des sources principales de pollution de l'eau en Bretagne. L'existence de ces nombreuses zones humides peut donc contribuer à améliorer la qualité des eaux bretonnes.

Cependant, cette réaction qui semble si parfaite ne se fait pas systématiquement, et surtout ne produit pas toujours de l'azote gazeux. Parfois, les bactéries concernées ne réalisent pas la réaction dans son ensemble, et produisent des oxydes d'azote au lieu d'azote gazeux. Or, ces oxydes d'azote sont des gaz à effet de serre important, et notre «  dépollution  » des eaux bretonnes devient alors «  pollution  » de l'atmosphère. Pour que la dénitrification opère le milieu doit être très anoxique et la température pas trop basse (supérieure à 10 °C en moyenne), pour empêcher le développement des bactéries «  classiques  » et permettre aux bactéries dénitrifiantes d'apparaître. Le milieu doit alors être très stagnant pour favoriser ces conditions d'anoxie, tout en étant renouvelé de temps en temps, afin de recharger les stocks de nitrates et de carbone nécessaires à la «  respiration  » de ces bactéries. Les zones humides, où l'eau est présente de façon temporaire, sont donc idéales : elles alternent des phases très anoxiques avec des phases de renouvellement de l'eau.
Quant à connaître l'impact quantitatif de cette dépollution par les bactéries sur l'eau, les chercheurs n'ont pas encore complètement répondu à la question. Il est évident que de nombreux facteurs entrent en jeu (débit d'eau, «  qualité de la dénitrification  » qui dépend de quatre facteurs : l'anoxie, la température, la présence de carbone et de nitrates, etc.), mais la dénitrification reste toutefois une réaction ayant un rôle important dans la dépollution des eaux nitratées passant par ces zones.

De plus, le phénomène de stagnation permet bien souvent à de nombreuses particules de se déposer au sol : il y a sédimentation. L'eau qui quitte la zone est alors libérée de ces éléments (phosphore, métaux lourds, etc.). Ces éléments sont en partie réutilisés par les plantes, mais une grande part reste dans le sol sans que les conséquences à long terme soient encore bien connues.

A l'heure où la pollution des eaux bretonnes fait beaucoup parler d'elle, il semble donc important de préserver et mieux comprendre ces zones humides qui participent naturellement à la transformation des nitrates contenus dans l'eau.