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.

Les mammifères marins de l'Océan Austral sont des éléments essentiels des écosystèmes marins antarctiques et des sentinelles de l’état des océans polaires. Comprendre comment les conditions océanographiques déterminent leurs habitats préférentiels est essentiel pour identifier de quelle façon et dans quelle région ces mammifères acquièrent les ressources nécessaires à leur déplacement, leur croissance, leur reproduction et donc leur survie. Les éléphants de mer du Sud (Mirounga leonina) se déplacent dans l’océan austral à l’échelle des bassins océaniques pour s’alimenter en plongeant en moyenne à 500 m et jusqu’à 2000 m de profondeur. En fonction de leur colonie d’origine, de leur sexe, et de leur âge, ils exploitent des régions radicalement différentes de l’océan austral, mettant ainsi en œuvre des stratégies alimentaires diversifiées. Les éléphants de mer de Kerguelen utilisent deux zones préférentiellement: la zone du Front Polaire ou la zone Antarctique couverte par la banquise. Dans cette thèse, les stratégies alimentaires des voyages post-mue Antarctiques de 46 mâles et femelles éléphants de mer de Kerguelen ont été étudiées. Une série temporelle de 11 années (2004-2014) de données de déplacement, de plongées et de données hydrologiques a été analysée pour déterminer le rôle des paramètres océanographiques et de glaces de mer impliqués dans l’acquisition des ressources alimentaires des éléphants de mer en Antarctique. L’influence de la variabilité spatio-temporelle et interannuelle de la glace de mer associée à la position des mâles et des femelles ainsi que le rôle des polynies côtières sur les stratégies alimentaires des mâles en hiver ont été examinés. / Understanding how physical properties of the environment underpin habitat selection of large marine vertebrates is crucial in identifying how and where animals acquire resources necessary for locomotion, growth and reproduction and ultimately their fitness. The Southern Ocean harbors one of the largest and most dynamic marine ecosystems on our planet which arises from the presence of two majors physical features, (i) the Antarctic Circumpolar Current and (ii) the seasonal sea ice cover region. In the Antarctic, marine predators are exposed to climate-induced shifts in atmospheric circulation and sea ice. However, because these shifts vary regionally, and because much remains to be understood about how individual animals use their environment, it has been difficult to make predictions on how animals may respond to climate variability. Southern elephant seals (Mirounga leonina) are a major consumer of Southern Ocean resources and use two main large scale foraging strategies, (i) feeding in the frontal zone of the Southern Ocean, or (ii) feeding in the seasonal sea ice region. In the present thesis I examined the winter post-moulting foraging strategies of 46 male and female Kerguelen southern elephant seals which utilized the second strategy. Using an eleven year time-series of tracking, diving, and seal-collected hydrographic data (from 2004-2014) I assessed their movements and foraging performance in relation to in situ hydrographic and sea ice conditions. The influence of both the spatio-temporal and inter-annual variability of sea ice around seal locations was investigated, and an investigation on the role of polynya for male elephant seal during winter conducted.

Dans l'Infralittoral rocheux méditerranéen, les algues brunes du genre Cystoseira forment des habitats structurellement complexes, dénommés forêts à Cystoseira. A cause de certaines activités anthropiques, ces forêts ont déjà disparu dans de nombreuses localités et sont en train de régresser dans d'autres. Elles ont été (sont) généralement remplacées par des habitats structurellement moins complexes de type brousse, gazon ou désert. Cette thèse a visé à estimer les possibles conséquences pour les poissons de la régression des forêts à Cystoseira et à identifier les processus écologiques en cause. Plusieurs approches complémentaires ont été employées : inventaires de macroalgues et de poissons, expériences de prédation et de sélection d'habitats en aquarium, analyses de composions isotopiques et de contenus stomacaux. Les densités de poissons proie et prédateur étaient plus importantes dans les forêts à Cystoseira que dans les habitats structurellement moins complexes. Cela peut résulter, au moins en partie, du rôle "refuge" de Cystoseira spp. qui induit (1) une plus faible mortalité des poissons proies et prédateurs dans les forêts, due à une plus grande disponibilité en abris et en nourriture, respectivement, (2) une immigration nette des poissons dans les forêts due à leur préférence pour cet habitat structurellement complexe. De plus, Cystoseira spp. pourrait être une importante source de matière organique pour l'écosystème. Ce potentiel rôle trophique mérite des études complémentaires. Ce travail suggère que la régression des forêts à Cystoseira est néfaste pour les poissons et souligne donc la nécessité de mieux gérer les activités humaines impactant Cystoseira spp. / In Mediterranean rocky subtidal, large brown algae belonging to the genus Cystoseira form structurally complex habitats, called Cystoseira forest. Due to anthropogenic stressors, Cystoseira forests disappeared from numerous localities in the Mediterranean Sea and are deteriorating in other localities. Cystoseira forests are usually replaced by structurally less complex habitats, such as shrublands, turfs and barren. This PhD aimed to assess putative consequences for fish of Cystoseira forest degradation, and to identify the underlying ecological processes. Multiple complementary approaches were used: macroalgae and fish field surveys, tank-based predation and habitat-choice experiments, stable isotopes and stomach contents analyses. Densities of prey and predatory fish were higher in Cystoseira forests compared to structurally less complex habitats. This may be due to the shelter role of Cystoseira spp. that induces (1) reduced mortality of prey and predatory fish in forests, due to high shelter and food availability, respectively, and (2) net immigration of fish into forests due to their preference for this structurally complex habitat. Moreover, Cystoseira spp. may be an important source of organic matter to the ecosystem. This possible trophic role deserves complementary studies. This work suggests that Cystoseira forest degradation are harmful to fish and from this perspective stresses the need to better manage human activities impacting Cystoseira spp.