La stratification thermique, caractérisée par la présence d'une thermocline, est un facteur clé structurant les communautés de plancton dans la zone pélagique des lacs. Les changements climatiques (vents forts, orages fréquents, sécheresses intenses) et les activités anthropiques près des lacs (déforestation) pourraient occasionner un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés. Les effets d'un tel abaissement sur la phénologie, la biomasse totale et la taille des individus du zooplancton dans le temps ont été évalués. La thermocline d'un bassin du Lac Croche (constitué de trois bassins), Québec, Canada, a été abaissée par mélange à l'aide d'une éolienne aquatique. L'échantillonnage a eu lieu sur une année contrôle (sans manipulation) et deux années expérimentales (avec abaissement). Le protocole statistique BACI a permis d'évaluer les effets de trois traitements différents, soit l'abaissement, l'abaissement+mélange et le mélange. Au printemps, certains effets des traitements ont été discernés indirectement par le réchauffement des sédiments, mais le climat semblait avoir une grande influence sur la dynamique des communautés de crustacés. Pendant l'été, les changements de la communauté de crustacés étaient principalement influencés par la profondeur de la thermocline. De plus, la biomasse de chlorophylle et celle des crustacées ont augmenté face aux traitements pendant l'été. Tropocyclops prasinus et Bosmina longirostris étaient plus abondantes lors de l'abaissement de la thermocline pendant l'été, ce qui a réduit significativement la taille individuelle de la communauté des crustacés. Les assemblages de rotifères étaient dominés par des espèces ayant des caractéristiques pour les protéger de la prédation. Cette étude suggère qu'un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés pourrait mener à une augmentation des productions primaire et secondaire, mais également à une réduction des proies zooplanctoniques pour les poissons suite à un changement dans la composition et la taille individuelle de la communauté. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : abaissement de la thermocline, zooplancton, phénologie, taille individuelle, biomasse totale, structure des communautés

Le méthylmercure (MeHg) est connu pour être neurotoxique pour l'humain. La voie principale d'exposition est la consommation de poisson, plus particulièrement des espèces au sommet de la chaîne alimentaire, suivant le principe de bioaccumulation et de bioamplification. La région de l'Abitibi-Témiscamingue regorge de lacs (environ 20 000). On peut diviser les pêcheurs en trois groupes distincts ayant un rapport différent face à la pêche et à la consommation de poisson, et donc à l'exposition au MeHg (pêcheurs sportifs, pêcheurs urbains et pêcheurs autochtones). Certaines espèces parmi les plus prisées comme les dorés et les brochets sont également parmi les espèces affichant les plus hauts niveaux de MeHg dans leurs chairs. Encore à ce jour, nous ne sommes pas en mesure de dresser le portrait régional de la contamination de la ressource halieutique à l'échelle de la région à l'étude ni les risques à la santé des populations consommatrices de poissons qui en découlent. Nous avons donc tenté de modéliser la présence de MeHg dans les brochets et les dorés pour les lacs potentiellement fréquentés par les populations pour y pratiquer leurs activités de pêche. Ne sélectionnant que les lacs accessibles à chacun des trois groupes d'utilisateurs, nous avons réduit de 20 000 à 189 le nombre de lacs à étudier. Nous avons analysé, à l'aide d'outils des systèmes d'information géographique et de traitements statistiques, les variables spatiales étants connues pour jouer un rôle dans le cycle biogéochimique du Hg en milieu boréal. Parmi les quelques 50 variables analysées, nous avons construit un modèle pour chacune des deux espèces de poissons. Les brochets répondent à 75% à un modèle à trois variables: l'ordre des lacs, le pourcentage de la surface du bassin versant arborant des pentes faibles (entre 2 et 6 pourcents) et le pourcentage du bassin versant constitué de forêt mature. Pour les dorés, nous avons dû diviser les lacs en trois catégories répondant différement à l'accumulation du Hg dans la chair des poissons soit: les lacs ayant des mines ou des sites de résidus miniers à moins de 1 km du plan d'eau, les lacs étants situés sur la plaine argileuse (plus de 50% du bassin versant constitué de dépôts de surface argileux) et les lacs situés en-dehors de la plaine argileuse (moins de 50% du bassin versant constitué de dépôts de surface argileux). Pour chacun de ces groupes de lacs, nous avons ensuite pu modéliser la présence de Hg dans les dorés en n'utilisant qu'une seule variable (expliquant environ 60% du Hg) soit le pourcentage du bassin versant recouvert par des tourbières. Avec ces résultats, nous avons produit une série de cartes renseignant sur l'état régional de la contamination répondant aux besoins de chacun des trois groupes de pêcheurs pour chacune des deux espèces de poissons.

Les communautés bactériennes aquatiques sont extrêmement sensibles et réactives aux gradients environnementaux. Il a été proposé que leur réponse résultent de changements dans leur structure, tels que la composition, la fonction ct la structure physiologique. L'objectif de cette thèse est de décrire les processus qui déterminent la réponse métabolique des communautés bactériennes face à des gradients dans les principales ressources, avec un intérêt particulier pour le rôle de la composition dans cette réponse. Les chapitres de cette thèse explorent dans un contexte de métacommunauté: Dans quelle mesure les ressources déterminent le métabolisme bactérien et leur structure, comment les composantes de la structure sont liées les unes aux autres, avec les ressources et la performance de la communauté, comment la composition des communautés est liée à la fonction, comment la plasticité métabolique et la redondance fonctionnelle influencent le rôle de la composition dans la réponse de la communauté. Ces différents aspects ont été explorés in situ dans divers écotones dans un bassin versant et par des expériences de transplantations en laboratoire. Spécifiquement, les objectifs sont (1) d'examiner si les patrons en termes du métabolisme et des composantes de la structure de la communauté présentent une certaine spécificité écosystémique (2) d'étudier le lien entre la composition et la fonction des communautés, (3) de décrire la séquence des relations entre les composantes de la structure des communautés qui médient la réponse de la communauté aux changements des ressources, (4) d'évaluer l'influence de la plasticité métabolique et redondance fonctionnelle sur le métabolisme en réponse aux changements environnementaux. Les résultats indiquent que la régulation du métabolisme bactérien par les ressources est médiée par des changements dans les composantes de la structure qui peuvent être soit directionnels, spécifiques aux écosystèmes, ou aléatoire. En fait, les résultats montrent que la réponse peut être médiée d'une part, par des ajustements physiologiques des phylotypes dominants ou par le remplacement même des phylotypes dominants. Le type de réponse n'apparaît pas être déterminé par le type, ni l'intensité des gradients, mais par la plasticité métabolique de la communauté, qui à son tour semble être déterminée par des facteurs indépendants des gradients eux-mêmes. Les résultats montrent que la composition et la fonction des communautés sont liées l'une à l'autre d'une manière très dynamique, tel que leurs patrons absolus ne sont pas corrélés. La force et la forme de la relation varient en fonction du type et de l'intensité des gradients, suggérant un haut niveau de redondance fonctionnelle tant au sein de la communauté, qu'au sein de la métacommunauté, à partir de laquelle les phylotypes sont sélectionnés pour occuper les nouvelles niches créées le long des écotones. Les résultats des expériences de transplantations indiquent: L'existence d'un seuil environnemental qui détermine le niveau de redondance fonctionnelle, et une spécificité écosystémique dans la plasticité métabolique. Collectivement, les résultats de cette thèse montrent que les conditions environnementales locales ont une plus grande influence sur la structure de la communauté que la dispersion, et que la composition des communautés bactériennes joue toujours un rôle dans cette réponse en déterminant le niveau de plasticité de la communauté, mais que ce rôle n'est qu'apparent lorsque la réponse implique un remplacement des phylotypes dans les communautés qui sont intrinsèquement moins plastiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bactérioplancton, gradients environnementaux, métabolisme du carbone, structure des communautés, métacommunauté.

Résumé Ce travail est un premier pas dans l’étude de la qualité des eaux du fleuve Niger à Niamey. Il est basé sur la physico-chimie et les macroinvertébrés de cet écosystème aquatique. L’approche physico-chimique met en évidence les changements de la qualité des eaux, le long des rives, en relation avec les rejets de la ville et en fonction du régime du fleuve. L’impact de ces rejets est très négligeable à l’échelle de l’écosystème à cause de la forte dilution. La demande chimique en oxygène, l’oxygène dissous, l’ammonium, les orthophosphates et le phosphore total sont les principaux facteurs environnementaux qui déterminent la pollution des eaux liée aux matières organiques et oxydables, aux matières azotées et phosphorées dans ce fleuve. L’étude des macroinvertébrés fait ressortir 83 taxons répartis le long du fleuve Niger à Niamey. La description des peuplements de macroinvertébrés montre une variation de structure des communautés, en passant de l’amont à l’aval des points de rejets, caractérisée par une baisse de la richesse et de la diversité taxonomique en aval immédiat des rejets. La présence, dans certaines stations en aval immédiat des rejets, des taxons tels que Chironomus gr. plumosus, Melania sp., les familles des Syrphidae et des Culicidae, est une indication de la dégradation de la qualité des eaux liée à la matière organique. Par contre, les taxons comme Thraulus sp., Elassoneuria sp., Afronurus sp., Centroptiloides sp., Adenophlebia sp., Dipseudopsis sp. et Neoperla sp., appartenant aux Ephéméroptères, Trichoptères et Plécoptères, reflètent une meilleure qualité de l’eau dans les stations de référence situées en amont de tous les points de rejets. L’importante diversité de la famille des Chironomidae (20 taxons) dans ce cours d’eau offre de bonnes perspectives pour son utilisation dans l’étude de la qualité des eaux du fleuve Niger à Niamey. Les descripteurs qui expliquent significativement la distribution des communautés de macroinvertébrés le long du fleuve Niger à Niamey sont la matière organique (demande chimique en oxygène) et les nutriments (ammonium, orthophosphates et phosphore total). La technique d’échantillonnage au filet troubleau explique beaucoup plus d’inertie que les substrats artificiels. Quant à la jacinthe d’eau, elle présente peu d’intérêt dans l’étude de la qualité des eaux du fleuve Niger à Niamey à cause de sa présence uniquement en période de crue. Summary This survey is a first step in the study of water quality of the River Niger in Niamey. It is based on physicochemical factors and the macroinvertebrates inhabiting this aquatic ecosystem. The physicochemical approach underlines the changes in water quality, along the banks, in relation with wastewater from the city of Niamey, and as a response to seasonal variations of water level. The impact of wastewater on the scale of the entire ecosystem appears very limited, because of the strong dilution. Chemical oxygen demand, dissolved oxygen, ammonium, phosphates and total phosphorus levels are the main environmental factors that determine both the pollution due to organic (and oxidizable) matter, and the pollution resulting from nitrogen and phosphorus-based chemicals in this river. In this survey 83 taxa of macroinvertebrates were found along the River Niger in Niamey. The description of macroinvertebrates shows a variation of community structure, from upstream to downstream, that is characterized by a decrease of taxonomic richness and diversity downstream wastewater discharges. The presence of Chironomus gr. plumosus, Melania sp., families of Syrphidae and Culicidae indicates a deterioration of water quality due to organic matter in some stations near wastewater discharges. However, taxa like Thraulus sp., Elassoneuria sp., Afronurus sp., Centroptiloides sp., Adenophlebia sp., Dipseudopsis sp. and Neoperla sp. reflect a better quality of water in the reference stations located upstream of all wastewater discharges. The high diversity of Chironomidae (20 taxa) in this river makes them a good candidate taxonomic group to be used for the assessment of water quality in the River Niger near Niamey. The factors which significantly explain the distribution of macroinvertebrates communities along the River Niger in Niamey are organic matter (chemical oxygen demand) and nutrients (ammonium, phosphates, total phosphorus). Results from net hand samples explain a higher fraction of total inertia than the ones obtained using artificial substrata. Water hyacinths play a limited role in the survey of water quality in the Niger near Niamey, because they are only present during floodperiods.

Les écosystèmes aquatiques contiennent environ 25% de la biodiversité globale et sont parmi les plus affectés par l’activité humaine. Cela est entre autres causé par la position de « receveur » des rivières, lacs et océans dans leur bassin versant. Les espèces aquatiques, en eau douce particulièrement, sont ainsi hautement à risque d’être affectées par l’activité humaine. La protection de ces espèces peut inclure la protection et la restauration de leurs habitats. Les modèles de qualité d’habitats (MQH) peuvent être utilisés afin de déterminer quels habitats protéger et restaurer. Les MQH définissent la relation entre un indice de qualité d’habitats (IQH, e.g. densité) et des conditions environnementales. Toutefois, la performance des MQH dépend de l’IQH sélectionné. Ici, notre objectif est de comparer des MQH basés sur deux IQH estimés pour des poissons en rivière : 1) la densité instantanée, échantillonnée en transect par plongée en apnée et 2) la densité cumulative, échantillonnée en point fixe par caméra-vidéo en stéréo. Au total, douze modèles ont été construits et nos analyses indiquent que les MQH basés sur la densité instantanée ont des capacités explicatives significativement supérieures. Les variables environnementales retenues pour expliquer la distribution de chaque espèce sont toutefois différentes. Cela semble être causé en partie par des différences inhérentes à l’échantillonnage (e.g. échelle spatiale). Ces résultats démontrent que la densité instantanée en tant qu’IQH produit des MQH aux capacités explicatives supérieures et que les deux IQH semblent donner des informations complémentaires sur les caractéristiques des habitats à protéger et à restaurer. / Aquatic ecosystems contain approximately 25% of the global biodiversity and are among the most affected by human activity. This may be caused by the position of “receivers” rivers, lakes and oceans have in their watershed. Aquatic species, specially in freshwater, are thus at high risk of being affected by human activity. Assuring the survival of these species may include protecting and restoring their habitats. Habitat quality models (HQM) can be used to determine which habitats to protect and how to restore damaged habitats. HQM are relationships between habitat quality indices (HQI, e.g., density) and environmental conditions prevailing in those habitats. However, how well an HQM performs depends on the chosen HQI it is computed with. For this research, we compared HQM based on two HQI estimated for fish in a river : 1) instantaneous density, sampled by transect snorkeling survey and 2) cumulative density, sampled by fixed stereo-video recording. Analyses of twelve HQM show that, contrary to our hypothesis, HQM based on instantaneous density had higher explanatory capacities. However, environmental conditions selected by both types of HQM to explain a species’ distribution were different. This may in part be explained by inherent differences of the sampling methods (e.g., spatial scale). We conclude that instantaneous density as HQI produces HQM of higher explanatory capacities, yet both HQI may provide complementary information on the characteristics of habitats to protect and restore.

En raison d’une utilisation croissante et massive, les nanoparticules manufacturées apparaissentcomme de potentiels contaminants émergents pour l’environnement, incluant notammentles écosystèmes aquatiques. Alors que le transfert trophique semble constituer unevoie d’exposition majeure pour les organismes, une connaissance lacunaire dans la littératurescientifique persiste, résultant pour partie des difficultés expérimentales inhérentes àce type d’exposition. Pour ce travail en conditions contrôlées de laboratoire, les nanoparticulesd’or (sphériques, 10 nm, fonctionnalisées aux PEG-amines), stables en solution, ontété choisies pour l’étude du transfert trophique et des impacts toxiques sur des organismesaquatiques. Ce continuum trophique considère la base des réseaux trophiques (biofilms naturels,algues), des niveaux intermédiaires (poissons brouteurs, bivalves suspensivores), jusqu’auxorganismes de haut de chaînes trophiques, avec l’anguille européenne. Avec des expositionsréalisées à de relatives faibles doses, ce travail tend à la représentativité environnementale.Des approches méthodologiques intégratives des niveaux subcellulaire à tissulaire(RT-qPCR, séquençage haut-débit, histologie) ont permis d’évaluer les impacts toxiques.Les résultats indiquent une importante capacité de rétention des nanoparticules par les biofilmsnaturels. À la suite d’une exposition de 21 jours, les dosages d’or révèlent un transfertdes biofilms aux poissons brouteurs, avec une distribution de l’or dans tous les organes. Deplus, ce transfert est associé à une réponse inflammatoire au regard des lésions histologiquesobservés dans les foies, rates et muscles des poissons exposés. Une chaîne alimentaire « naturelle» à trois maillons trophiques, impliquant algues - bivalves - anguilles européennes,atteste d’un transfert significatif jusqu’au poisson prédateur. Enfin, l’analyse du transcriptome,par une approche de séquençage haut-débit, des foies et cerveaux d’anguilles exposéesaux nanoparticules par nourriture enrichie, a permis de mettre en évidence une réponseconjointe à ces deux organes dans des processus biologiques associés au système immunitaireet sa régulation, dont des récepteurs NOD-like impliqués dans l’inflammasome.L’ensemble des résultats expérimentaux interpellent quant aux effets délétères à long-termequ’engendreraient les nanoparticules sur les écosystèmes aquatiques, illustrant par ailleursla propension de ces contaminants à être transférés dans les chaînes trophiques. / Due to an increasing and massive use, engineered nanoparticles are raising as potentialemerging contaminants in the environment, including aquatic ecosystems. While trophictransfer appears to constitute a major exposure route for organisms, scientific literature hasdifficulties to respond to the questions raised to explore the range of the interactions existingbetween nanoparticles and living organisms at different scales from the trophic interactionsto the cellular impacts. This problem is partly due to experimental difficulties inherent tothis exposure type. For this work performed in controlled laboratory conditions, sphericalgold nanoparticles (10 nm, coated with PEG-amines, positively charged) were chosen tostudy the trophic transfer and toxic effects on aquatic organisms. Trophic chains concernedseveral trophic levels (up to three) with a variety of species considered : the basis of thetrophic web with natural biofilms or microalgae, intermediate levels with grazing fish orsuspensivorous bivalves, and up to top food chain organisms, with the European eel, a carnivorousfish.With relatively low doses for exposures, this work tends to represent environmentalconditions. Integrative methodological approaches from subcellular to tissue levels(RT-qPCR, RNA-sequencing, histology) were performed in order to assess toxic impacts.The results indicate a high retention capacity of nanoparticles by natural biofilms. Followinga 21-day exposure, gold quantifications reveal a transfer from biofilms to grazing fish, witha gold distribution in all organs. Moreover, this transfer is associated with an inflammatoryresponse according to the histological lesions observed in the liver, spleen and muscle ofexposed fish. A longer food chain, with three trophic levels involving microalgae - bivalves- European eels, is set up to give a better representation of the complexity of trophic interactionsin the aquatic environment. It shows a significant transfer to the predatory fish.Transcriptomic analyses, using the RNA-sequencing approach, for the liver and the brain ofexposed eels by nanoparticles’ enriched food, highlight a joint response for these two organsin the biological processes associated with the immune system and its regulation, includingNOD-like receptors involved in inflammasome.All the experimental results suggest long-term harmful effects that nanoparticles would generatein aquatic ecosystems, emphasizing the ability of these contaminants to be transferredthroughout trophic chains.