L'Arctique est confronté à une importante période de transition en raison du réchauffement atmosphérique accéléré. Pour les lacs qui dominent ces régions, il en découle une prolongation de la durée sans couvert de glace. Cette couche de glace est déterminante pour les écosystèmes aquatiques arctiques. Son absence augmente la fréquence des brassages de la colonne d'eau, l'exposition à la lumière, en plus d'altérer la stratification thermale. Les microorganismes, les acteurs principaux du réseau trophique et des cycles biogéochimiques des lacs arctiques, doivent donc s'adapter aux déséquilibres de leur environnement. Il s'avère crucial de mieux comprendre les impacts des changements climatiques sur les communautés microbiennes des lacs polaires afin d'anticiper leur portée à l'échelle mondiale. Aux premières loges des changements climatiques, les quatre lacs de la vallée de Stuckberry (île d'Ellesmere) représentent des laboratoires naturels pour l'étude de ces perturbations. Bien que proches en distance, ils diffèrent par leurs caractéristiques physicochimiques, morphologie et apports en eau et nutriments. Le séquençage par amplicon du gène codant pour l'ARNr 16S a été réalisé afin de comparer les communautés microbiennes intra et interlacs. Deux lacs profonds (>25 m) et majoritairement oxygénés ont montré des assemblages de communautés similaires, possiblement expliqué par la présence d'un ruisseau les reliant. Ces communautés étaient également très distinctes de celles des lacs peu profonds (<10 m) et anoxiques en profondeur. Néanmoins, chaque lac était composé de sa propre distribution verticale microbienne définie par les propriétés limnologiques de sa colonne d'eau. Un des lacs profonds avait des proportions de Cyanobacteria et de Thaumarchaeota qui le distinguaient des autres. Des bactéries prédatrices ont été abondamment identifiées dans les deux lacs peu profonds, ainsi que des microbes contribuant aux cycles du soufre et du méthane. Ces travaux établissent un point de départ pour la caractérisation de cette région éloignée, extrême et vulnérable. / The Arctic is undergoing a dramatic transition due to accelerated atmospheric warming. For the lakes that dominate this environment, it has resulted in an extension of the ice-free period. Ice cover is crucial for Arctic aquatic ecosystems. Its absence alters thermal stratification, increases the frequency of the upward mixing of nutrients, and results in a greater exposure to light. Microorganisms, the principal actors in the food webs and biogeochemical cycles of Arctic lakes, must therefore adapt to these changing conditions. It is crucial to better understand the impacts of climate change on the microbial communities of polar lakes to better prepare for the global impact of this massive perturbation. The Stuckberry Valley lakes, located on the northern coast of Ellesmere Island, are a natural laboratory to study the effects of climate change on freshwater microbial communities. Although they are close in distance, the lakes have distinct catchments, morphologies, and physicochemical characteristics. Amplicon sequencing of the 16S rRNA gene was performed to compare intra- and inter-lake microbial community diversity. Two deep (>25 m) and mostly oxygenated lakes showed highly similar community assemblages that were distinct from the two shallow lakes (<10 m) with anoxic bottom waters. Water exchange via a stream connecting these lakes most likely explains these similarities. Each lake, however, had its own unique vertically distributed assortment of microbes that was shaped by the limnological properties of its water column. One deep lake contained proportions of Cyanobacteria and Thaumarchaeota that distinguished it from the others. The shallow lakes had abundant communities of predatory bacteria, as well as microbes in their bottom waters contributing to the sulfur and methane cycles. This study establishes an important baseline characterization of microbial communities in lakes in a remote, extreme, and vulnerable region.

Les impacts des changements climatiques en Arctique sont de plus en plus présents et affectent davantage les écosystèmes marins. De plus, la fonte des glaces ouvre de nouvelles routes maritimes telles que le passage du Nord-Ouest dans la région marine du Kitikmeot. Ces problématiques croissantes soulèvent des préoccupations quant à l’état des organismes benthiques vivant dans cette région où peu d’études ont été menées. Les invertébrés benthiques sont primordiaux dans le recyclage des nutriments, l’oxygénation et la décomposition dans les sédiments et sont de très bons indicateurs de changement. Ce projet a comme objectif d’explorer et d’évaluer quels sont les paramètres environnementaux influents et de modéliser les assemblages d’espèces benthiques dans la région du Kitikmeot et le chenal de Parry dans l’Arctique canadien. Pour ce faire, plusieurs échantillons provenant d’un chalut Agassiz (épibenthos) et d’un carottier à boîte (endobenthos) ont été récoltés à bord du NGCC Amundsen de 2010 à 2018. En outre, 19 variables environnementales ont été considérées lors des analyses statistiques. Nous avons observé que l’endofaune est dominée par les annélides (principalement les polychètes) tandis que l’épifaune par les arthropodes. Les résultats démontrent aussi que les différents types de communautés benthiques se succèdent un après l’autre formant ainsi une zone de transition (écotone) entre la mer de Beaufort et la baie de Baffin. Les eaux qui ont comme origine l’océan Pacifique ont une influence majeure sur la distribution et la composition des communautés. Il en est de même pour les apports d’eaux douces d’origine terrestre. Ce sont deux paramètres qui sont actuellement de plus en plus présents en Arctique, ce qui laisse présager d’importants changements dans la distribution des communautés dans l’Archipel canadien central pour les années à venir. De plus, deux autres facteurs explicatifs de la composition taxonomique sont la profondeur et la concentration de pigments associés à la production primaire locale. Cette étude a aussi démontré que la profondeur, l’oxygène ainsi que le ratio N/P sont les paramètres ayant le plus d’influence sur le nombre de taxons retrouvé. Elle a aussi permis de modéliser la répartition de la diversité benthique pour la première fois dans l’Archipel canadien. De tels modèles peuvent ensuite servir dans une optique de gestion d’aires marines. / The impacts of climate change in the Arctic are increasingly present and affect marine ecosystems. In addition, the associated sea ice melt opens up new shipping routes such as the Northwest Passage in the Kitikmeot marine region. These growing issues raise concerns about the state of benthic organisms living in this region where few studies have been carried out. Benthic invertebrates are essential in nutrient recycling, oxygenation and de composition in sediments and are very good indicators of change. The objective of this project is to exploreand assess the influential environmental parameters and model benthic species assemblage distributions in the Kitikmeot region and Parry Channel in the Canadian Arctic. For this, a number of samples from an Agassiz trawl (epifauna) and a box corer (infauna) were collected on board the CCGS Amundsen between 2010 and 2018. In addition, 19 environmental variables were considered for the statistical analyses. It was observed that infauna is dominated by annelids (mainly polychaetes) and epifauna by arthropods. The results also show that the different types of benthic communities succeed one another, thus forming a transition zone (ecotone) between the Beaufort Sea and Baffin Bay. Waters originating from the Pacific Ocean have a major influence on the distribution and composition of communities, as do freshwater inputs from land. These are two parameters whose volumes are currently increasing in the Arctic, which suggests significant changes in the distributionof communities in the central Canadian Archipel ago for years to come. Moreover, two other significant factors explaining the taxonomic composition are the depth and the pigment concentrations associated with local primary production. This study also demonstrated that depth, oxygen and N/P ratio are the parameters having the most influence on the number of taxa found. Moreover, it is the first time the distribution of benthic diversity is modeled inthe Canadian Archipelago. The models developed here can be used by decision makers forspatial marine management purposes.

Les thrips anthophages sont d'importants ravageurs. Leurs associations opportunistes avec les inflorescences de diverses plantes hôtes nécessitent de considérer leur présence à la fois dans les zones cultivées et sauvages du paysage agricole. Les fleurs sauvages, naturellement présentes en bordure de champ, constituent des ressources capitales soutenant les populations de thrips à proximité des cultures. Pourtant, les communautés de thrips associées aux agroécosystèmes sont méconnues, notamment au Québec où les dommages de thrips sur la fraise sont problématiques. La phénologie de la communauté de thrips anthophages et son utilisation des ressources florales ont été suivies dans l'agroécosystème des fraisières (c.-à-d. fraisière et bordure sauvage adjacente) à l'île d'Orléans, Québec, Canada. De façon originale, des facteurs écologiques liés aux fleurs sauvages ont été utilisés comme prédicteurs afin de modéliser les densités de thrips ravageurs et leur distribution en fraisière. La communauté est composée de onze espèces de thrips, dominées par deux ravageurs présents à l'année : Frankliniella tritici et F. intonsa, cette dernière étant observée pour la première fois dans l'Est canadien. La richesse spécifique et l'abondance de thrips sur la flore sauvage sont élevées, quelques espèces de fleurs soutenant la majorité de la communauté de thrips. Les Frankliniella spp. possèdent une gamme d'hôtes de fleurs sauvages étendue, avec des préférences vis-à-vis de certaines espèces. Il existe des relations significatives entre le nombre de Frankliniella spp. présents sur les fleurs sauvages et l'augmentation de leurs densités en fraisière. La densité de thrips en fraisière diminue lorsque l'on s'éloigne de la bordure fleurie. Nous avons démontré que les fleurs sauvages doivent être considérées comme des sources de thrips dans l'agroécosystème des fraisières. Connaitre les associations entre les Frankliniella spp. et la flore sauvage, ainsi que leur distribution en fraisière, constituent des avantages indéniables pour la gestion des cultures. La manipulation optimale des bordures fleuries est un axe de recherche prometteur afin de réduire la colonisation des fraisières par les thrips ravageurs, mais aussi recréer une dynamique naturelle de contrôle de leurs populations. / Anthophagous thrips are serious pests. Their opportunistic associations with inflorescences of diverse host plants require to consider their presence in both cultivated and wild areas of the agricultural landscape. Wildflowers, naturally occurring in uncultivated field margins, are capital resources supporting thrips populations close to crops. However, thrips communities associated with agroecosystems are not well known, particularly in Quebec where thrips damage to strawberries is problematic. The phenology of the anthophagous thrips community, and its use of floral resources, were monitored in strawberry fields agroecosystems (i.e. strawberry field and adjacent uncultivated margins) in Orléans Island, Québec, Canada. In an original way, ecological factors related to wildflowers were used as predictors to model pest thrips density and their distribution within strawberry fields. Thrips community is composed of eleven species, dominated by pests present all year round: Frankliniella tritici and F. intonsa, the latter being observed for the first time in eastern Canada. Thrips species richness and abundance on the wild flora are high, some flowers supporting most of the thrips community. Frankliniella spp. have a wide wildflower host range, with preferences towards particular species. There are significant relationships between the number of Frankliniella spp. present on wildflowers and their density increase in strawberry. Thrips density in strawberry flowers decreases when moving away from the uncultivated margins. We demonstrated that wildflowers should be considered as thrips sources in strawberry fields agroecosystems. Knowing the associations between Frankliniella spp. and wild flora, as well as their distribution within strawberry fields, are undeniable advantages for crop management. The optimal manipulation of flowering margins is a promising research avenue to reduce strawberry colonization by pest thrips and recreate a natural control dynamic of their populations.

La diminution de la couverture de glace de mer due au réchauffement de l'Arctique pourrait entraîner des changements complexes et indéterminés dans l'apport en nourriture qui pourraient altérer le fonctionnement des écosystèmes marins de l'Arctique. Les organismes benthiques sont des membres essentiels du réseau trophique de l'Arctique et constituent une source de nourriture importante pour les consommateurs des niveaux trophiques supérieurs. Dans l'océan Arctique, les consommateurs benthiques dépendent en grande partie des pulsations saisonnières de l'approvisionnement en nourriture provenant du phytoplancton (c.-à-d. la communauté pélagique) et des algues de glace de mer (c.-à-d. la communauté sympagique), mais nous ignorons encore comment les changements de la productivité primaire pourraient influer sur la dynamique trophique benthique. Afin de prévoir les tendances futures de la dynamique et du fonctionnement des écosystèmes, il est de plus en plus important de comprendre les facteurs environnementaux et biologiques qui influencent les interactions trophiques, les régimes alimentaires des consommateurs benthiques, et la cooccurrence des espèces dans les régions sujettes à des changements environnementaux rapides. En utilisant de multiples marqueurs trophiques, trois études connexes ont été réalisées et présentées dans cette thèse dans le but de (i) déterminer les facteurs qui influencent l'écologie trophique et la structure du réseau trophique benthique; (ii) quantifier la contribution relative du carbone sympagique dans le régime alimentaire des consommateurs benthiques et établir le rôle de la concentration de glace de mer dans le régime alimentaire des consommateurs benthiques et la structure du réseau trophique; et (iii) déterminer le rôle des individus dans les interactions trophiques et la structure du réseau trophique benthique. Dans le chapitre 1, nous avons étudié la structure du réseau trophique de la communauté macrobenthique à l'échelle de l'Arctique pancanadien afin de déterminer les facteurs influençant la dynamique des niches écologiques. Nous avons trouvé que la niche écologique fluctuait entre les régions présentant des concentrations différentes de glace de mer (SIC) sous l'effet d'une série de facteurs, notamment les conditions environnementales, les ressources disponibles et les pressions biotiques comme la prédation et la compétition. Les résultats ont mis en évidence une réduction de la richesse isotopique (c.-à-d. longueurs et largeurs de chaînes trophiques plus courtes) associée aux zones ayant des concentrations de glace de mer faibles et élevées, ce qui suggère une homogénéité et une faible variabilité des ressources consommées par les organismes. En revanche, nous avons observé une augmentation de la richesse isotopique (c.-à-d. une niche plus étendue) dans les zones de glace avec une concentration de glace de mer modérée, ce qui correspond à une plus grande hétérogénéité dans les sources de nourriture basale et des consommateurs utilisant des niches trophiques individuelles. Nos résultats appuient l'idée que la glace de mer est un facteur déterminant important de la dynamique et de la structure du réseau trophique benthique dans l'océan Arctique canadien. Dans le chapitre 2, les régimes alimentaires de la macrofaune benthique des grands fonds marins et la structure de son réseau alimentaire ont été étudiés dans la région de la baie de Baffin. Nous sommes les premiers à combiner des biomarqueurs lipidiques de type isoprénoïdes hautement ramifiés (HBI) avec des rapports d'isotopes stables (δ¹³C, δ¹⁵N) pour mieux comprendre la relation entre la disponibilité des sources de carbone dans les sédiments et l'assimilation et le transfert du carbone sympagique dans le réseau alimentaire benthique. Les HBI ont révélé une corrélation entre la consommation par les organismes benthiques de carbone organique particulaire dérivé de la glace de mer et les concentrations de glace de mer. D'après nos résultats, les diminutions de la quantité de carbone sympagique atteignant les fonds marins pourraient entraîner des changements temporels dans la composition des régimes alimentaires des consommateurs benthiques, les affectant de différentes manières selon leur guilde alimentaire et leur degré de plasticité alimentaire, ce qui pourrait alors affecter la dynamique du transfert de carbone. Dans le chapitre 3, les isotopes stables (δ¹³C, δ¹⁵N) ont été utilisés en conjonction avec l'approche des ellipses bayésiennes pour explorer les tendances spatiales des niches isotopiques quant à leur chevauchement et à leur largeur pour trois ophiures cooccurrentes: Ophiacantha bidentata, Ophiocten sericeum et Ophiopleura borealis, dans des régions arctiques spécifiques de la baie de Baffin (BB), de l'archipel arctique canadien (CAA), et de la polynie des eaux du Nord (NOW). Les différences de disponibilité et de diversité des aliments à l'échelle locale ont entraîné la variabilité de l'utilisation des ressources entre les stations au niveau individuel, ce qui a affecté les interactions trophiques, les chevauchements de niche et les structures de niche isotopique des ophiures. Nous avons observé un plus grand chevauchement de niches dans la région hautement productive de NOW, où les consommateurs présentaient une sélectivité alimentaire similaire, tandis que les régions présentant une plus grande concentration de glace de mer présentaient une augmentation de la ségrégation des niches. Enfin, les résultats ont mis en évidence que les ophiures pourraient être des espèces écologiques critiques gouvernant la dynamique, le fonctionnement et la stabilité des réseaux alimentaires benthiques dans l'océan Arctique. / Declines in sea-ice cover due to the Arctic warming could lead to complex and undetermined changes in food supply that could alter negatively the functioning of Arctic marine ecosystems. Benthic organisms are essential members of the Arctic food web, constituting an important food source for higher-trophic level consumers. In the Arctic Ocean, benthic consumers depend mainly on seasonal pulses of food supply from phytoplankton (i.e., pelagic) and sea ice-associated algae (i.e., sympagic community), yet it is still unknown how changes in primary productivity might affect benthic trophic dynamics. In order to predict future trends in ecosystem dynamics and functioning, it is becoming increasingly important to understand the environmental and biological drivers influencing trophic interactions, benthic consumer diets, and species co-occurrence in regions subject to rapid environmental changes. Using multiple trophic markers approaches, three inter-related studies were performed here with the ultimate purpose of (i) determine the drivers of trophic ecology and benthic food web structure; (ii) quantify the relative contribution of sympagic carbon in benthic consumers' diets and establish the role of sea-ice concentration (SIC) in benthic consumers' diets and food web structure; and (iii) determine the role of individuals in trophic interactions and benthic food web structure. In Chapter 1, the food web structure of the macrobenthic community was studied at a Pan-Canadian Arctic scale to identify drivers of ecological niche dynamics. The ecological niche fluctuated between areas with different SIC by a series of drivers including environmental conditions, resource supply, and biotic pressures such as predation and competition. Results highlighted a reduction in the isotopic richness (i.e., shorter chain length and width) linked to ice areas with low and high SIC, suggesting homogeneity and low variability of resources consumed by organisms. In contrast, an increase in isotopic richness (i.e., broad niche) was observed in ice areas with moderate SIC, implying higher heterogeneity in basal food sources and consumers using individual trophic niches. Our results support the idea that sea ice is an important driver of benthic food web dynamics and structure across the Canadian Arctic Ocean. In Chapter 2, deep-sea benthic macrofauna diets and food web structure were studied in the Baffin Bay region. We were the first at combining highly branched isoprenoid (HBI) lipid biomarkers and stable isotope ratios (δ¹³C, δ¹⁵N) to better understand the relationship between the availability of carbon sources in sediments and the assimilation and transfer of sea-ice algae carbon through the benthic food web. Highly branched isoprenoid (HBI) biomarkers revealed a correlation between sea ice-derived particulate organic carbon (Sympagic carbon or SC) consumption in benthic organisms and sea-ice concentrations. Based on our results, decreases in the quantity of SC reaching the seabed could lead to temporal changes in the composition of benthic consumer diets, affecting them in different ways according to their feeding guilds and degree of dietary plasticity that could, in turn, affect carbon transfer dynamics. In Chapter 3, stable isotopes (δ¹³C, δ¹⁵N) in conjunction with the Bayesian ellipses approach were used to explore spatial trends in population isotopic niche width and overlap of three coexisting ophiuroids: Ophiacantha bidentata, Ophiocten sericeum, and Ophiopleura borealis, in specific Arctic regions of Baffin Bay (BB), Canadian Arctic Archipelago (CAA), and North Water Polynya (NOW). Differences in the availability and the diversity of local food items drove variability of resource utilization across stations at the individual-level, which in turn affected trophic interactions, niche overlaps, and isotopic niche structures of ophiuroids. A greater niche overlap was associated with the highly productive region of NOW, where consumers exhibited similar food selectivity, whereas regions with more sea-ice concentration (SIC) showed an increase in niche segregation. Finally, results highlighted that brittle stars could be critical ecological species driving dynamics, functioning and stability of benthic food webs in the Arctic Ocean.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L’objectif de comprendre la dynamique forestière des peuplements de la pessière à mousses au nord du lac Saint-Jean (Québec). L’intervalle des feux moyen a été mesuré dans des stations représentatives d’une chronoséquence forestière à l’aide de la datation 14C de charbons de bois des sols forestiers. La structure, la date d’établissement des peuplements et la composition botanique des charbons montrent que les forêts étudiées évoluent sous une dynamique de récurrence. Les espèces bien adaptées au feu colonisent les régions ou les feux sont fréquents, tandis que les espèces peu adaptées au feu sont confinées aux stations où les feux sont rares. L’analyse des datations et de la composition des charbons de bois à l’échelle régionale indique que les feux sont présents dans la région depuis au moins 8000 ans et que le régime des feux et la composition des peuplements est demeurée stable au cours des 5000 dernières années.

Le système de la baie d'Hudson comprend la baie d'Hudson, la baie James et le détroit d'Hudson. La baie d'Hudson est une grande mer intérieure peu profonde avec un apport d'eau douce très élevé issu de vastes bassins de drainage s'étendant sur une grande surface du Canada. La couverture de glace de mer y est saisonnière, et cet écosystème subarctique représente la limite sud de la répartition de plusieurs espèces endémiques à l'Arctique. Une absence de glace pluriannuelle et des apports d'eau douce accrus devraient également être des conditions rencontrées dans le Haut Arctique dans un future proche, ce qui permet d'envisager le système de la baie d'Hudson comme une fenêtre ouverte sur ce qui pourrait être observé à des latitudes plus élevées dans un avenir proche. Cependant, les données sur le zooplancton et les poissons du système de la baie d'Hudson demeurent relativement rares. Avec les recherches présentées dans cette thèse, nous visons à établir des informations de référence sur le zooplancton et les larves de poissons du système de la baie d'Hudson. De plus, nous visons à mieux comprendre les mécanismes par lesquels les espèces adaptées à l'Arctique persistent dans cet environnement subarctique dynamique, afin de comprendre comment elles pourraient également y parvenir à des latitudes plus élevées. Les résultats du chapitre 1 montrent que les larves de morue arctique (Boreogadus saida) ont tendance à éclore plus tôt dans les zones affectées par les plumes d'eau douce provenant des rivières. Ces éclosions hâtives permettent à certaines jeunes morues arctiques d'atteindre de plus grandes tailles à la fin de l'été, les rendant plus susceptibles de survivre à leur premier hiver comparativement aux larves qui ont éclos plus tardivement. Puisque la croissance de ces larves hâtives doit être soutenue par la présence de proies adéquates, dans le chapitre 2, nous caractérisons la variabilité des assemblages de mésozooplancton du moment de la débâcle en juin jusqu'à la fin de l'été en octobre. Nous montrons que la variation de composition entre les communautés de mésozooplancton pourrait s'expliquer par l'impact important du retrait des glaces sur la production primaire et par la profondeur. Parmi les organismes zooplanctoniques, les copépodes du genre Calanus sont adaptés aux conditions arctiques et très riches en lipides, ce qui en fait des proies de choix pour le reste du réseau trophique. Ces copépodes sont plus nombreux au début de la saison alors qu'il y a encore de la glace dans la baie, et dans les zones profondes centrales du système de la baie d'Hudson. À la fin de l'été, l'abondance plus faible de Calanus coïncide avec l'abondance plus élevée des petits copépodes du genre Pseudocalanus pour entraîner une biomasse globale plus faible de mésozooplancton dans le système. Au niveau trophique supérieur, les assemblages d'ichtyoplancton variaient également beaucoup entre le début et la fin de l'été, comme le montre le chapitre 3. Les larves de capelan, un poisson boréal, étaient de loin les plus abondantes dans l'ensemble, même si elles étaient géographiquement limitées à la partie sud ouest de la baie et particulièrement abondantes seulement à la fin de l'été. En revanche, les assemblages dominés par les larves de morues arctiques étaient répandus plus équitablement à travers la baie d'Hudson et le détroit d'Hudson, si bien que les jeunes stades de morue arctique et de capelan se chevauchaient peu géographiquement et temporellement. Cependant, les larves de morue arctique se retrouvaient souvent en compagnie de celles des lançons et d'autres espèces des familles Cottidae, Liparidae et Stichaeidae. Dans ces cas là, les tailles des larves étaient de plus comparables et une compétition pour la nourriture est alors possible. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse soutiennent l'hypothèse selon laquelle la persistance des espèces de zooplancton et d'ichtyoplancton adaptées à l'Arctique dans un environnement subarctique nécessite des stratégies d'hivernage et de reproduction leur permettant de tirer pleinement parti de la courte période de production essentiellement limitée à la période de débâcle des glaces. Plus tard dans l'été, les conditions nettement plus chaudes donnent probablement un avantage concurrentiel aux espèces boréales. / The Hudson Bay system consists of the Hudson Bay, James Bay and Hudson Strait. The Hudson Bay is a large shallow inland sea with a very high freshwater input. It is seasonally ice-covered and is considered a sub-Arctic ecosystem representing the southern limit of the distribution of several Arctic-adapted species. Since a seasonal ice regime precluding multi-year ice and a significant increase in freshwater runoff are predicted to prevail soon in the High Arctic, current conditions in this system might represent an open window on what could be observed at higher latitudes in the near future. Data on the zooplankton and fish in the Hudson Bay system are still relatively scarce. With the research presented in this thesis, we aim to lay baseline information on the zooplankton and fish larvae of the Hudson Bay system. Furthermore, we aim to understand the mechanisms by which Arctic-adapted species are persisting in this sub-Arctic environment and thus understand how they might also do so at higher latitudes. The findings of Chapter 1 show that Arctic cod (Boreogadus saida) larvae tend to hatch earlier in areas affected by riverine freshwater under the ice. These early hatchers are larger by the end of summer and thus more likely to survive their first winter compared to later hatchers. In Chapter 2 we show that mesozooplankton assemblages are different from the time of ice breakup in June to autumn in October and that the variation between mesozooplankton communities could be explained by the ice retreat and by depth. The lipid-rich, Arctic-adapted Calanus spp. copepods are more numerous early in the season while there is still ice in the bay and in the central deeper areas of the Hudson Bay system. The lower abundance of Calanus spp. copepods at the end of summer and the higher abundance of the small copepod Pseudocalanus spp., result in an overall lower biomass of mesozooplankton in the Hudson Bay system in late summer. The ichthyoplankton assemblages were also quite different from early to late summer as shown in Chapter 3. Larvae of the boreal capelin were by far the most abundant overall, even though they were geographically restricted to the southwestern part of the bay and only highly abundant in late summer. In contrast, assemblages featuring Arctic cod were widespread over the Hudson Bay and Hudson Strait, and geographical overlap between capelin and Arctic cod was minimal. Arctic cod larvae, however, overlapped temporally and geographically with sand lance and with other fish larvae, such as species from the Cottidae, Liparidae and Stichaeidae families. In these cases, the sizes of the larvae were comparable, and competition for food may be possible. Overall, the results from this thesis support the hypothesis that for Arctic-adapted zooplankton and ichthyoplankton species to persist in a sub-Arctic environment, it is important to have overwintering and reproductive strategies that allow them to make full use of the short productive period during ice break-up. Later in the summer, the warmer conditions probably give boreal species a competitive advantage.

Des impacts du changement climatique sur les communautés de phytoplancton microbien ont déjà été reportés dans l'océan Arctique. Cependant, peu d’attention a été portée sur le microzooplancton aux rôles écologiques multiples tels que les ciliés et les dinoflagellés. Le but de cette thèse était d'améliorer les connaissances et la compréhension de l'écologie du microzooplancton, mais aussi de permettre la prédiction de leur réponse dans un Arctique en mutation. Nous avons utilisé la technique de séquençage d'amplicons à haut débit du gène 18S ARNr et de l'ARNr 18S (à partir d'ADNc) afin d’étudier le profil des communautés ainsi que leur diversité. Par la suite, nous avons testé différentes hypothèses reposant sur les variations temporelles et spatiales de ces assemblages microzooplanctoniques. Les résultats ont montré que le microzooplancton présente une forte saisonnalité dans le golfe d'Amundsen en réponse aux conditions changeantes. Des assemblages estivaux semblables ont été observés de 2003 à 2010, à l'exception de juillet 2008, après le record de minimum de glace en été 2007. Cet évènement particulier a permis de nous indiquer une sensibilité de ces espèces face aux conditions de glace. Les communautés de dinoflagellés du bassin du Canada sont régies par des processus déterministes et stochastiques qui dépendent de la variabilité de l'environnement, indiquant une sensibilité potentielle aux changements environnementaux. Nous en avons déduit que les dinoflagellés et autres taxons apparentés, ayant des rôles fonctionnels similaires, peuvent fournir une stabilité des flux alimentaires et énergétiques dans des conditions de limitation de lumière ou de nutriments, associées à l’approfondissement de nitracline. Étant donné que de nombreux ciliés et dinoflagellés sont mixotrophes, ils pourraient indirectement influencer les cycles biogéochimiques par le broutage sur les bactérivores et le petit plancton, et ainsi relier la boucle microbienne avec les niveaux trophiques supérieurs. La grande diversité et l'ubiquité des ciliés et des dinoflagellés suggèrent également une complexité dans les réseaux trophique microbiens et de nouvelles possibilités de recherche pour les océanographes. / Impacts of climate change on microbial communities in the Arctic Ocean have been mostly reported for major phytoplankton groups, with less attention to microzooplankton, such as ciliates and dinoflagellates, which have multiple ecological roles. For example, many ciliates and dinoflagellates are mixotrophic and could indirectly influence biogeochemical cycles by grazing on bacterivores and small plankton and linking the microbial loop with the higher trophic levels. The aim of this thesis was to address knowledge gaps in microzooplankton phylogeny, ecology and distribution with a goal of providing information needed to eventually predict of microzooplankton responses to the changing Arctic. We used high throughput amplicon sequencing of the 18S rRNA gene and 18S rRNA (as cDNA) to generate community and diversity profiles, which were used to test hypotheses on microzooplankton assembly across time and space. Results showed that microzooplankton exhibited strong seasonality in response to changing conditions in Amundsen Gulf. Similar summer assemblages were seen from 2003-2010 with the exception in July 2008 following the summer ice minimum record in 2007. Canada Basin dinoflagellate communities were governed by both deterministic and stochastic processes that were dependent on the variability of the environment, indicating potential sensitivity to environmental change. We inferred that dinoflagellates and other taxa with similar functional roles could provide stability to food and energy flows under conditions of light- or nutrient-limitation associated with a deepening nitracline. The high diversity and ubiquity of ciliates and dinoflagellates also suggest a complexity within microbial food webs and new research opportunities for oceanographers.

Une diminution de l’étendue du couvert de glace et de neige au printemps a été observée en Arctique. Il est attendu que ceci affectera la phénologie des floraisons printanières, de même que la succession des groupes et espèces parmi les producteurs primaires. Les principaux objectifs étaient (i) de caractériser les communautés d’algues de glace et de phytoplancton et (ii) d’identifier les principaux forçages environnementaux associés à la succession des principaux groupes taxonomiques d’algues unicellulaires pendant une floraison printanière en baie de Baffin en 2015 et en 2016. Avec des mesures de variables environnementales à haute résolution temporelle et utilisant un cytomètre en flux imageur submersible (Imaging FlowCytobot) pour l’identification et le décompte des algues (<150 μm), nous avons évalué le rôle de la lumière et de la disponibilité en nutriments dans le contrôle des floraisons printanières d’algues unicellulaires. Les diatomées pennées représentaient principalement les communautés sympagiques. Les communautés phytoplanctoniques étaient initialement semblables à celles observées dans la glace, suggérant un possible ensemencement des floraisons phytoplanctoniques par les algues de glace. Une augmentation de l’intensité lumineuse, principalement causée par la fonte de la neige et l’apparition de cuvettes d’eau de fonte, semble avoir favorisé les diatomées centriques, ces dernières dominant les communautés pélagiques pendant les floraisons phytoplanctoniques des deux années. La disponibilité en lumière semble être le forçage principal limitant le déclenchement des floraisons sympagiques et pélagiques, avec une valeur journalière minimale de 0.1 mol photons m-2 d-1. Une limitation en nutriments dans la glace n’a pas clairement été observée, alors que les nitrates semblent avoir joué un rôle prépondérant dans le déclin de la floraison dans la colonne d’eau. Nos résultats suggèrent qu’il y a un fort potentiel pour des floraisons printanières sous la glace, qui sont actuellement principalement limitées par la lumière tôt dans la saison. / With ongoing climate change in the Arctic, a decrease in the extent of sea ice and in the spring snow cover thickness has been observed. A modification of the ice and snow dynamics is predicted to impact the onset, the duration and the decline of microalgae spring blooms, as well as the succession among groups and species of primary producers. The main goals of the present study were (i) to characterize the ice-associated algae and phytoplankton communities and (ii) to identify the main drivers associated with the microalgal main taxonomic groups succession during an under-ice bloom in Baffin Bay in 2015 and 2016. With high-resolution time series of environmental parameters and using an Imaging FlowCytobot for the identification and enumeration of algal cells (<150 μm) within the sea ice bottom and in the underlying water column, we address the role of light and nutrients availability in controlling spring bloom phenology. Pennate diatoms dominated the sympagic community, with different genera dominating for each year. The phytoplankton community was initially alike that found in sea ice, suggesting a possible seeding of the pelagic bloom by the ice algal community. Light availability seemed to be the main factor controlling the onset of both sympagic and pelagic blooms, with a threshold value of 0.1 mol photons m-2 d-1. Through spring, snow and sea ice melting in association with melt pond onset caused the decline of the sympagic bloom, while the increase in under-ice irradiance likely favored centric diatoms, which dominated the protists assemblage during the phytoplankton blooms. Nutrients limitation in sea ice was not observed, while nitrate seemed to play a major role in the decline of the phytoplankton bloom. Our results suggest that there is a potential for early and massive under ice blooms, which are mostly light limited early in the season.

L'augmentation de la densité d'une population amplifie la compétition pour les ressources, ce qui amène généralement des processus dépendants de la densité qui influencent la dynamique d'une population. Bien que les effets dépendants de la densité soient documentés chez plusieurs grands herbivores, l'importance relative des effets dépendants et indépendants de la densité est peu connue dans les populations d'ongulés relativement isolées, comme les espèces alpines qui vivent généralement en petits groupes. J'ai évalué l'influence relative de la densité, des conditions environnementales et des épisodes de pneumonie et de spécialisation d'un prédateur sur le taux d'accroissement des populations, le taux de reproduction, la proportion de femelles primipares, ainsi que la survie des femelles adultes et des jeunes de l'année de trois populations d'ongulés alpins. Les suivis à long-terme se sont déroulés sur deux populations de mouflons d'Amérique (Ovis canadensis) et une population de chèvres de montagne (Oreamnos americanus) où les individus étaient marqués annuellement depuis 30 à 47 ans. Les facteurs indépendants de la densité avaient la plus forte influence sur le taux d'accroissement des populations, en particulier les épisodes de pneumonie et de spécialisation du cougar (Puma concolor) qui diminuaient le taux d'accroissement de 22,2% et 16,6%, respectivement. Alors que la pneumonie a diminué les taux de survie et que la prédation a influencé négativement tous les paramètres démographiques étudiés, les effets dépendants de la densité ont eu un impact négatif seulement sur la survie juvénile. Mes analyses démontrent que les populations d'ongulés relativement isolées, contrairement aux autres populations, sont plus sensibles aux événements stochastiques qu'aux effets dépendants de la densité. Comme plusieurs de ces populations se retrouvent de plus en plus fragmentées, ces résultats soulignent l'importance de considérer les événements stochastiques qui peuvent jouer un rôle important sur le risque d'extinction de ces populations. / Increases in population density can amplify competition for resources, which generally leads to density-dependent processes regulating population dynamics. Density dependence is documented in multiple large herbivores, but the relative influence of density-dependent and independent effects has been questioned in isolated ungulate populations, such as in mountain species that are generally found in small groups. I evaluated the relative influence of population density, environmental conditions, pneumonia outbreaks, and occurrence of specialist predators on population growth rate, female reproductive rate, proportion of primiparous females, and survival of adult females and young of the year in three mountain ungulate populations. Long-term monitoring was conducted on two bighorn sheep (Ovis canadensis) populations and one mountain goat (Oreamnos americanus) population, following marked animals annually for 30 to 47 years in each population. Long-term studies are useful for understanding large herbivore dynamics, but they are rarely replicated. My study is therefore a major asset for disentangling the relative influence of density-dependent and independent effects on the dynamics of isolated populations. Globally, density-independent factors had the greatest influence on population growth rate, with stochastic pneumonia and cougar (Puma concolor) predation episodes decreasing population growth rate by 22.2% and 16.6%, respectively. While pneumonia outbreaks reduced adult female and juvenile survival rates and predation episodes decreased all demographic rates, population density only decreased juvenile survival. A four-fold increase in density decreased juvenile summer survival by 8.3% and winter survival by 15.0%. My analysis of three mountain ungulate populations reveals how isolated populations, in contrast with well-connected and larger populations, are more sensitive to stochastic events than to density dependence. As many populations of mountain ungulates are declining worldwide and are increasingly isolated, these results highlight the necessity of considering stochastic events because they can greatly increase the risk of extinction of these populations.

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