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.

De nombreux lacs boréaux et tempérés sont maintenant reconnus comme d'importants sites de stockage et d'émissions de carbone, d'où l'intérêt grandissant de déterminer leur rôle à plus grande échelle et d'inclure leur contribution dans les bilans de carbone régionaux. Les lacs tempérés et boréaux de l'hémisphère nord ont souvent deux composantes saisonnières distinctes, soit la période du couvert de glace et la stratification thermique estivale. Dans la littérature, les mesures de CO2 sont traditionnellement effectuées à la surface des lacs pendant la période libre de glace. Pourtant certaines études suggèrent qu'une quantité importante de CO2 s'accumule sous la glace et dans l'hypolimnion, c'est-à-dire dans la couche inférieure de la colonne d'eau lors de la période de stratification estivale. Dans la présente étude, nous avons quantifié l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans 1'hypolimnion estival de 13 lacs boréaux et de 4 lacs tempérés du Québec et nous avons exploré comment ces accumulations varient dans un gradient de morphométries, de statuts trophiques et de caractéristiques régionales. En deuxième lieu, nous avons étudié la dynamique des processus sous-jacents à l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans l'hypolimnion estival, plus spécifiquement l'importance des processus biotiques, la partition entre la respiration pélagique et benthique, les différentes sources de matière organique supportant la respiration et les coefficients respiratoires à l'échelle de l'écosystème. Nos résultats démontrent que les lacs couverts de glace et l'hypolimnion estival sont des lieus d'accumulation significative de CO2 puisque considérées ensemble, ces périodes contribuent en moyenne à 33% des émissions annuelles nettes de CO2 et cette proportion varie selon le statut trophique du lac et la morphométrie. Plusieurs indices recueillis suggèrent que la respiration est la source principale de CO2 pendant ces deux périodes et que la respiration benthique contribue de façon considérable à la production de CO2, particulièrement pendant la période du couvert de glace où la respiration benthique est responsable de plus de 50% de l'accumulation totale de CO2. L'importance relative des sources de matière organique qui alimentent la respiration changent saisonnièrement. Les analyses isotopiques en δ13C (méthode de Keeling) ont révélées l'importance du carbone organique d'origine planctonique pour alimenter la respiration dans l'hypolimnion alors que les signatures en δ13C pendant la période du couvert de glace suggèrent une augmentation de l'importance relative de sources terrestres et benthiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, émissions de CO2, métabolisme du lac, couvert de glace, hypolimnion, respiration pélagique, respiration benthique, sources de matière organique respirée, coefficient respiratoire.

Les bactéries aquatiques tiennent des rôles clés dans les écosystèmes aquatiques, notamment au niveau des flux de carbone et d'énergie, malgré le fait que plusieurs exemples de mixotrophie aient été répertoriés elles demeurent largement divisées en deux groupes; soit les hétérotrophes et les autotrophes. Cependant les bactéries aérobiques anoxygéniques phototrophiques (AAPB) possèdent en plus de leur métabolisme hétérotrophe un système phototrophique, basé sur la bactériochlorophyll a (BChl a) leur permettant d'obtenir un supplément d'énergie considérable. Ce groupe de bactéries, qui génère de plus en plus d'intérêt dans les milieux marins, n'a que très peu été étudier en eaux douces. Pour pallier ce manque nous avons conduit une étude biogéographique comparant l'abondance et la taille des AAPB dans 43 lacs situés dans deux régions tempérées (Cantons de l'Est et Laurentides) et une région Boréal (Eastmain), durant le cours d'une année. Les AAPB étaient présentes non seulement dans tous les lacs, mais aussi durant toute l'année et ce malgré les conditions adverses de l'hiver. L'abondance relative variait entre >1% et 37%, avec une moyenne de 6%, mais étant donnée qu'elles avaient en moyenne le double de la taille des autres bactéries, leur biomasse relative moyenne est de 10%. L'abondance, bien qu'elle suive les patrons généraux de l'ensemble de la communauté, chute durant l'hiver et est très dynamique à courte échelle ce qui indique que plusieurs facteurs de régulations pourraient agir en même temps. Nos données ne supportent pas l'hypothèse voulant que la photohétérotrophie soit avantageuse dans les milieux oligotrophes, plutôt l'abondance est positivement corrélée au carbone organique dissout. De plus, il semble que ce soit la qualité et non seulement la quantité, qui influe sur l'abondance des AAPB; ainsi il semble que leur abondance est maximale dans les milieux à forte teneur en DOC et aussi peu de chlorophylle. Or nous proposons que la photohétérotrophie pourrait agir de façon analogue au co-métabolisme en fournissant une amorce énergétique permettant d'exploiter des sources de carbones récalcitrantes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bactérie aérobique anoxygénique phototrophique, bacteriochlorophylle a, écologie aquatique, flux d'énergie, biogéographie.

L'apparition récurrente d'importantes efflorescences de cyanobactéries à la surface des eaux des lacs Sans Nom et Carheil (Fermont, Québec subarctique) au cours des dernières années a soulevé des inquiétudes concernant leur état de santé étant donné que ce phénomène témoigne normalement d'un processus avancé d'eutrophisation. Des démarches ont été entreprises en vue de favoriser leur rétablissement. Cependant, peu d'informations étaient disponibles concernant l'évolution de leur condition limnologique jusqu'à aujourd'hui, ce qui limitait notre compréhension de la problématique qui les affectait. Le projet de recherche visait à combler ce manque de connaissances à l'aide d'une approche paléolimnologique. Les résultats démontrent que les lacs Sans Nom et Carheil sont demeurés dans un état relativement stable pendant des milliers d'années jusqu'à ce que débute approximativement l'ère industrielle (~ 1850 AD) et que des changements prennent progressivement place dans leur condition. Les modifications dans les assemblages de diatomées (algues microscopiques; classe Bacillariophyceae) préservés dans les sédiments associés à cette période reflètent vraisemblablement des changements climatiques régionaux. La dégradation de l'état de santé des lacs n'est cependant évidente qu'à partir des années 1970 concordant avec l'établissement de la ville de Fermont et le début des rejets d'eaux usées dans le bassin versant. L'augmentation de l'abondance relative de taxons de diatomées typiques des milieux enrichis (e.g., Aulacoseira subarctica) et la disparition presque totale d'espèces indicatrices de bonnes conditions écologiques (e.g., Discostella stelligera) coïncident avec d'autres changements au niveau d'indicateurs géochimiques (e.g., ratios carbone/azote) et témoignent de l'augmentation de la productivité primaire des eaux. Le niveau de détérioration des lacs demeure toutefois modéré, ce qui laisse entrevoir de bonnes perspectives de rétablissement. Les conclusions présentées dans cette étude pourront être utilisées par les autorités locales afin d'orienter leurs prises de décision face à la gestion de la qualité de l'eau des lacs Sans Nom et Carheil. / The recurring emergence of important cyanobacterial blooms at the water surface of lakes Sans Nom and Carheil (Fermont, subarctic Quebec) over the last few years raised concerns about their health as this phenomenon usually indicates an advanced eutrophication process. Some actions have been initiated in order to promote their recovery. However, little information was available concerning the evolution of their limnological condition up to now, which was limiting our understanding of the problem that was affecting them. This research project aimed to fulfill this lack of knowledge using a paleolimnological approach. The results indicate that lakes Sans Nom and Carheil had been relatively stable for thousands of years until approximately the onset of the industrial era (~ 1850 AD) when some changes progressively took place in their condition. The modifications in the diatom assemblages (microscopic algae; class Bacillariophyceae) preserved in the sediments linked to this period likely reflect regional climatic change. The declining health of the lakes is however only evident since the mid-1970s which corresponds with the establishment of the town of Fermont and the beginning of waste water inputs from the catchment. The increase in the relative abundance of diatom taxa typical of enriched environments (e.g., Aulacoseira subarctica) and the almost complete disappearance of species indicative of good ecological conditions (e.g., Discostella stelligera) coincide with other changes in geochemical proxies (e.g., carbon/nitrogen ratios) and demonstrate the increase in the water primary production. The deterioration level of the lakes remains however moderate, suggesting good prospects for recovery. The conclusions presented in this study may be used by the local authorities to guide their decision regarding the management of the water quality of lakes Sans Nom and Carheil.

Une série de lacs méromictiques existent le long de la côte nord de l'île d'Ellesmere au Nunavut (Canada). Ces lacs hautement stratifiés possèdent un couvert de glace p~rmanent qui contribue à maintenir la stabilité de gradients de salinité et de température dans ces écosystèmes. La limnologie physique et chimique de ces lacs polaires est bien connue. Cependant, nous en savons très peu sur les populations microbiennes qu'ils abritent. L' objectif pr~ncipal de ce travail est de décrire la diversité microbienne et les conditions environnementales dans les lacs de façon à relier la composition et la fonction des communautés aux propriétés physico-chimiques. Le profil de l'oxygène dissous divise ces écosystèmes aquatiques en trois couches d'eau distinctes: une zone riche en oxygène dans la partie supérieure du lac, suivie d'une zone de transition et d'une zone anoxique en profondeur. Nous avons échantillonné chacune de ces trois couches afin de prélever des échantillons d'ADN dans le but de décrire, à l'aide d'outils moléculaires (clonage moléculaire, PCR quantitative) la diversité et la fonction des communautés d'Archaea dans deux lacs méromictiques arctiques (A et Cl). Nos résultats révèlent la présence de diverses communautés d'Archaea dans les lacs et une différence prononcée de cette diversité entre les profondeurs échantillonnées. De plus, la présence d'un gène associé à la nitrification, le gène amoA, a pour la première fois été détectée dans un environnement lacustre. Cette découverte nous permet de supposer la présence d'Archaea nitrifiantes dans les lacs A et Cl.

L'objectif général était de faire progresser notre compréhension des caractéristiques du rayonnement solaire dans une gamme optiquement diversifiée des eaux continentales et en particulier pour le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR, 400-700 nm). Les mesures sur le terrain et en laboratoire des propriétés optiques apparentes et inhérentes (les AOP et les IOP, respectivement) ont été réalisées en utilisant des instruments d'optique de pointe. Ces instruments et méthodes avaient jusqu'à ce jour été utilisés surtout aux eaux claires de l'océan au large des zones côtières. J'ai tout d'abord examiné les mécanismes contrôlant les différences de couleur entre les mares thermokarstiques dans le Québec subarctique. Les résultats ont montré que les variations quantitatives du carbone organique dissous et des particules en suspension non algales étaient les facteurs principaux. L'analyse d'une image satellite suggère que ces composantes peuvent être estimées à distance. Les résultats indiquent que la télédétection par satellite pourrait permettre la mise à l'échelle de certains processus biogéochimiques. J'ai par la suite quantifié les processus d'atténuation du PAR dans un réservoir d'eau potable. Les résultats d'analyse du budget de photons ont également révélé les changements spectraux du PAR en fonction de la profondeur affectant l'estimation des coefficients d'absorption moyen du PAR in situ pour la zone euphotique; par exemple, le coefficient de l'eau pure était dix fois plus élevé que celui mesuré dans l'océan. Dans la dernière partie de cette étude, j'ai entrepris une analyse de la «fermeture optique» afin d'évaluer la relation entre les AOP et les IOP pour un lac hypereutrophe urbain. Une similarité a été observée entre la luminance spectrale mesurée par télédétection avec un système de profilage dans l'eau et les valeurs obtenues grâce à un modèle de transfert radiatif (HydroLight). En conclusion, ces études réalisées à trois sites contrastés ont permis d'étendre la gamme de mesures et de modélisation optiques pour les écosystèmes lacustres, et de faire progresser notre compréhension des processus qui influencent l'éclairement spectral dans les eaux douces. Ces résultats soulignent la valeur mais aussi les sources d'incertitude associées à l'application de l'optique hydrologique dans les eaux continentales optiquement complexes.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / Située dans le sud du Québec, la rivière Bécancour prend origine à la sortie du lac Bécancour, puis coule à travers la ville de Thetford Mines et ses anciens sites miniers avant de s'élargir pour former successivement l'étang Stater, le lac à la Truite (d'Irlande), le lac William et le lac Joseph. Ces cinq plans d'eau sont aux prises avec de graves problèmes d'eutrophisation et, dans certains cas, d'ensablement/envasement. Les activités minières d'amiante menées pendant plus d'un siècle dans la région de Thetford Mines (1877-2011 EC) et les immenses haldes minières disposées le long de la rivière Bécancour ont souvent été mises en cause afin d'expliquer leur mauvaise condition. Cependant, plusieurs incertitudes demeurent en raison d'un manque d'évidences scientifiques. L'objectif général de cette thèse de doctorat est de déterminer les impacts des activités minières d'amiante et des effets parallèles et cumulatifs du développement anthropique du territoire sur l'évolution des lacs du bassin de la rivière Bécancour. Afin d'y parvenir, une approche paléolimnologique a été utilisée. Pour chacun des plans d'eau à l'étude (étang Stater et lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph), une carotte de sédiments d'un peu plus de 1 m de longueur a été prélevée et analysée. Plusieurs caractéristiques des couches sédimentaires ont été étudiées, notamment leur âge, densité, susceptibilité magnétique, granulométrie, ainsi que leur contenu en matière organique, carbone, azote, métaux, amiante et diatomées. Les assemblages de diatomées, dominés par des petits taxons fragilarioϊdes, préservés dans les sédiments « naturels » des lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph ont révélé que ces milieux présentaient un état oligotrophe au moment de la colonisation moderne de la Haute-Bécancour vers 1810 EC. Ils avaient aussi de très faibles taux d'accumulation de sédiments (< 0,1 cm an⁻¹; < 0,05 g cm⁻² an⁻¹). Le défrichement des terres et les activités agricoles survenus au cours du XIXᵉ siècle ont cependant stimulé la productivité primaire et les apports de matériel clastique. Le lac William a atteint un état mésotrophe dès ~ 1885 EC en raison de pressions vraisemblablement associées au commerce du bois et à des rejets d'eaux usées. Le niveau de dégradation des plans d'eau situés en aval de Thetford Mines a été grandement amplifié suivant les travaux de drainage et d'excavation du lac Noir (1954-1959 EC), autrefois situé en amont de l'étang Stater, à des fins d'exploitation minière. L'essor important de taxon de diatomées eutrophes (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) dans les sédiments des lacs à la Truite, William et Joseph de cette époque, ainsi que plusieurs autres indicateurs tels que l'augmentation des valeurs de phosphore total inféré et de δ¹³C et la diminution du rapport C/N, indiquent que cet évènement a fortement accentué leur eutrophisation. Ceci peut être attribué à l'arrivée plus importante d'eaux usées concentrées en provenance de Thetford Mines suivant la perte du lac Noir qui agissait autrefois comme barrière tampon. La vidange du lac Noir a aussi mené à une explosion des taux d'accumulation de sédiments dans l'étang Stater et les lacs à la Truite et William. Ces plans d'eau ont continué de recevoir des quantités anormalement élevées de matériel sédimentaire (jusqu'à 1,4 cm an⁻¹; 1,0 g cm⁻² an⁻¹) dans les décennies qui ont suivi cet évènement. Les dépôts récents (≥ 1960 EC) présentent une faible teneur en matière organique et des niveaux élevés d'enrichissement en magnésium, chrome et nickel qui sont cohérents avec la signature géochimique des résidus miniers amiantés. Les résultats démontrent ainsi que les haldes situées en bordure de la rivière Bécancour s'érodent massivement vers le milieu aquatique et constituent la source moderne prédominante de sédiments dans les plans d'eau en aval de Thetford Mines. En plus de la pollution métallique, les activités et contaminants miniers ont engendré une hausse importante des taux d'accumulation et des concentrations de fibres d'amiante (atteignant jusqu'à 6,9 % en masse) dans les sédiments de tous les sites d'étude. Cette thèse démontre que les activités minières d'amiante et leurs vestiges peuvent avoir des impacts majeurs sur les écosystèmes aquatiques. La pollution associée aux haldes minières et aux eaux usées de la ville de Thetford Mines doit être mieux contrôlée afin d'assurer la préservation et la restauration des plans d'eau du bassin de la rivière Bécancour. / Located in southern Quebec, the Bécancour River originates at the outflow of lake Bécancour, then flows through the city of Thetford Mines and its old mining sites before enlarging to successively form Stater Pond ("Étang Stater"), Trout Lake ("Lac à la Truite d'Irlande"), Lake William, and Lake Joseph. These five water bodies suffer from serious eutrophication problems and, in some cases, siltation. The asbestos mining activities led over more than a century in the Thetford Mines region (1877-2011 CE) and the huge piles of mining wastes disposed of alongside the Bécancour River have frequently been blamed to explain their poor condition. However, uncertainties remain because of a lack of scientific evidence. The general objective of this doctoral thesis was to determine the impacts of asbestos mining activities and concurrent and cumulative effects of human land development on the evolution of lakes of the Bécancour River Basin. To achieve this goal, a paleolimnological approach was used. For each study site (Stater Pond and lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph), a sediment core slightly over 1 m long was collected and analyzed. Several properties of the sediment layers were studied, including their age, density, magnetic susceptibility, grain size, as well as their organic matter, carbon, nitrogen, metal, asbestos, and diatom content. The diatom assemblages, dominated by small fragilarioid taxa, preserved in the "natural" sediments of lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph revealed that these water bodies were oligotrophic at the onset of modern colonization in the upper Bécancour River Basin near 1810 CE. They also had very low sediment accumulation rates (< 0.1 cm yr⁻¹; < 0.05 g cm⁻² yr⁻¹). Land clearance and agricultural activities during the XIXth century stimulated primary productivity and clastic material inputs. Lake William reached a mesotrophic state as soon as ca. 1885 CE in response to pressures likely induced by timber trade and wastewater discharges. The degradation level of water bodies located downstream from Thetford Mines was greatly amplified following drainage and excavation works of Black Lake (1954-1959 CE), formerly located upstream from Stater Pond, for mining purposes. The proliferation of eutrophic diatom taxa (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) in sediments of lakes Trout, William, and Joseph at this time, as well as other indicators of change such as the increase in values of inferred total phosphorus and δ¹³C, and the decrease in the C/N ratio, indicate that this event has strongly accentuated their eutrophication. This can be attributed to facilitated arrivals of more concentrated wastewater from Thetford Mines following the disappearance of Black Lake which previously had a buffer role. The drainage of Black Lake also caused sediment accumulation rates to explode in Stater Pond and lakes Trout and William. These water bodies continued to receive abnormally high amounts of sedimentary material (up to 1.4 cm yr⁻¹; 1.0 g cm⁻² yr⁻¹) during decades that followed this event. Recent depositions (≥ 1960 CE) have a low organic matter content, and high magnesium, chromium, and nickel enrichment levels consistent with the geochemical signature of asbestos tailings. Results demonstrate that the mining waste piles located alongside the Bécancour River erode massively towards aquatic environments and form the predominant modern source of sediments in water bodies downstream from Thetford Mines. In addition to metallic pollution, mining activities and contaminants led to a pronounced increase in asbestos fiber accumulation rates and concentrations (reaching up to 6.9 wt%) in sediments of all study sites. This doctoral thesis shows that asbestos mining activities and associated wastes may have major impacts on aquatic ecosystems. Pollution related to the mining waste piles and Thetford Mines wastewater must be controlled more efficiently to achieve preservation and restoration of water bodies of the Bécancour River Basin.

La côte nord de l'île d'Ellesmere présente une grande diversité d'écosystèmes aquatiques qui sont façonnés par des conditions environnementales extrêmes. Le réchauffement climatique est plus rapide et plus prononcé dans le haut Arctique que dans la plupart des autres régions du monde, ce qui en fait un endroit stratégique pour l'étude des effects des changements climatiques. De plus, les contaminants, transportés des zones tempérées à l'Arctique par le transport sur de longues distances, représentent un stress additionnel pour ces écosystèmes. L'objectif principal de cette étude était d'évaluer la structure et la dynamique d'écosystèmes aquatiques côtiers du haut Arctique comme indicateurs de changements environnementaux. La glace est très vulnérable au réchauffement climatique et elle peut dépasser des seuils de changement tels que l'intégrité des plates-formes de glace qui bloquent l'embouchure de fjords ainsi que la transition d'un couvert de glace permanent à un couvert de glace saisonnier pour des lacs. Cette thèse doctorale s'articule autour des changements produits en franchissant ces seuils pour la structure verticale de lacs épi-plates-formes et de lacs méromictiques. Un inventaire des fjords de la région délimitée par la plate-forme de glace d'Ellesmere au cours du dernier siècle indique le déclin des lacs épi-plates-formes arctiques, de 17 en 1905 à un seul contenu dans le fjord Milne en 2009. La désintégration des plates-formes de glace associée au réchauffement des dernières décennies soutient leur pertinence comme indicateurs du climat. Des lacs moins profonds, piégés derrière de la glace de mer multi-annuelle au lieu de plate-forme de glace, représentent des systèmes intermédiaires et huit seraient toujours présents dans l'aire d'étude. De la même façon, ces systèmes dépendent de l'intégrité de la glace et peuvent être utilisés comme indicateurs de changements du climat. Le fjord Milne contenait des communautés microbiennes qui étaient distinctes entre le lac épi-plate-forme et la couche d'eau salée. La salinité influence grandement la stratification biologique de ce fjord, en plus des faibles concentrations de nutriments et du peu de lumière qui y limitent la production primaire. Nos résultats indiquent que la transition d'un couvert de glace permanent à un couvert de glace saisonnier pour des lacs méromictiques permet le mélange par le vent de la couche d'eau douce de surface en plus d'y augmenter la disponibilité de la lumière et des nutriments. Des conditions d'eau libre impliqueraient également des différences de concentrations de chlorophylle a et de composition des communautés de phytoplancton. Une variation entre les lacs étudiés pourrait refléter des différences locales dans les bassins versants et le climat. De faibles concentrations de contaminants perfluorés étaient présentes dans les écosystèmes de lacs méromictiques, représentant le site le plus nordique où ces composés ont été détectés. Les changements climatiques pourraient modifier les voies de transfert dans ces écosystèmes en abolissant le courant court-circuit qui y est potentiellement présent, ce qui augmenterait les concentrations et l'exposition pour les organismes aquatiques. Enfin, cette thèse doctorale supporte la pertinence d'utiliser les lacs côtiers du haut Arctique comme indicateurs des changements environnementaux et souligne leur vulnérabilité. Il est essentiel d'assurer le suivi à long terme de ces écosystèmes en tant que sentinelles pour les futurs changements environnementaux à l'échelle planétaire.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Traditionnellement, les études portant sur les lacs sont basées sur des données obtenues à une fréquence mensuelle ou bimensuelle en assumant une certaine homogénéité des caractéristiques limnologiques dans le temps. Cependant, certaines études ont montré qu’à l’échelle de quelques jours, des changements importants peuvent survenir dans un lac. L’un des objectifs du mémoire était donc d’évaluer la dynamique à court terme d’un lac de dimension modeste avec une fréquence d’échantillonnage élevée (2 fois par semaine) combiné à des données obtenues en continu. À cette fin, le lac Saint-Augustin, un lac eutrophe de 0,5 km² et d’une profondeur moyenne de 3 m situé sur le territoire de la ville de Québec, a été sélectionné. Les résultats indiquent que les conditions météorologiques 24h à 48h précédant l’échantillonnage ont un grand impact sur la stabilité thermique de la colonne d’eau et que celle-ci, à son tour, provoque des effets sur plusieurs paramètres. Un deuxième volet du mémoire avait comme objectif de déterminer la cause de la floraison de cyanobactérie qui est survenue au cours de l’été 2002. Les floraisons de cyanobactéries sont un des symptômes les plus dramatiques de l’eutrophisation des lacs. Les résultats indiquent que les conditions météorologiques affectent en très peu de temps (24h) la stabilité thermique du lac et que la présence d’une séquence de conditions de mélange suivie d’une période de stratification a été vraisemblablement la cause de la floraison de l’été 2002, alors que l’absence de cette séquence à l’été 2003 a résulté en une absence de floraison. Cette étude souligne l’importance à accorder aux stratégies d’échantillonnage pour tenir compte de la dynamique à court terme et ainsi obtenir un portrait plus juste d’un lac. Elle montre aussi qu’avec le réchauffement climatique et l’augmentation de la fréquence de périodes de stratification dans les lacs qui lui est potentiellement associé, il est à anticiper que les épisodes de floraisons de cyanobactéries seront plus fréquents. Ceci est particulièrement vrai pour les lacs eutrophes, déjà prédisposés aux floraisons de cyanobactéries, ce qui plaide en faveur du contrôle de l’eutrophisation des lacs dès maintenant. / Traditionally lake studies use data obtained biweekly or monthly assuming a certain homogeneity of parameters in time. However several studies have showed that at daily scale major changes can occur. One of the main goal of this thesis was to evaluate short-term dynamics in a small lake with a high sampling frequency (twice a week) in combination with continuous data. Saint-Augustin lake, a eutrophic lake of 0,5 km2 and 3 m mean depth, has been chosen. Results show that the weather conditions 24h to 48h prior to the sampling date had great impact on the water column thermal stability that in turn affects several limnological parameters. A second aspect of the thesis was to understand the causes underlying the cyanobacterial blooms that occurred in summer 2002. Cyanobacterial blooms are one of the most striking symptoms of eutrophied lakes. Results show that weather conditions alter very quickly (24h) the thermal stability of the water column. It appears that mixing conditions immediately followed by thermal stratification are likely to be responsible for the summer 2002 blooms, and the absence of this chain of events in summer 2003 is linked with the absence of cyanobacterial bloom that year. This study stresses the importance in choosing the correct sampling strategies in order to take into account the short term dynamics and thus getting a better picture of the lake. It also shows that with global warming and enhancement of period of thermal stratification that is likely to follow, cyanobacterial blooms should be more frequent. This is particularly true for eutrophic lakes already sensitive to blooms. To limit the impact of global warming on lakes, a better control of eutrophication is needed.