La migration représente un déplacement saisonnier récurrent entre un site de reproduction et un site d'hivernage géographiquement distants. Les migrateurs profitent ainsi d'un environnement saisonnier où les conditions sont favorables à la reproduction avec des ressources abondantes et une réduction de la compétition et de la prédation. En contrepartie, migrer implique des contraintes phénologiques, en plus d'exposer les individus à une plus grande diversité d'environnements lors des déplacements. Il est toutefois difficile d'établir des liens entre les conditions rencontrées durant la période nonreproductrice et leurs répercussions sur la reproduction chez les migrateurs. L'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre les principales étapes du cycle annuel et leurs interrelations chez le labbe à longue queue, un oiseau marin migrateur de longue distance exploitant la toundra arctique en été et les mers australes en hiver. Cette thèse se décompose en trois objectifs spécifiques : (1) examiner les mouvements annuels de cet abondant prédateur de la toundra arctique en décrivant sa migration transéquatoriale, sa phénologie et ses stratégies migratoires saisonnières; (2) évaluer les relations entre les périodes non-reproductrice et reproductrice via de possibles effets reportés réciproques, ainsi que les impacts directs de la disponibilité de sa principale source de nourriture estivale, les lemmings, sur sa reproduction; (3) étudier les mécanismes permettant la coexistence du labbe au sein d'une guilde de prédateurs aviaires partageant deux espèces de lemmings dont les populations fluctuent annuellement. De 2004 à 2019, la reproduction du labbe a été suivie sur l'Île Bylot (Nunavut) dans le Haut-Arctique canadien pour en estimer la phénologie et le succès. Parallèlement, les nids des principaux prédateurs aviaires présents dans la zone d'étude (harfang des neiges, goéland bourgmestre, buse pattue, labbe à longue queue) ont été géoréférencés et des pelotes de régurgitations récupérées afin d'identifier les proies consommées. De 2014 à 2019, 70 géolocalisateurs ont été déployés sur des labbes pour suivre leurs déplacements pendant une année entière. Les géolocalisateurs ont révélé que les labbes parcourent annuellement >32 000 km. Durant la période non-reproductrice, ils hivernent majoritairement dans la région d'upwelling du Benguela de l'Atlantique Sud et ils effectuent une halte migratoire printanière et automnale au large des Grands Bancs de Terre-Neuve, des régions océaniques hautement productives. Contrairement à la majorité des oiseaux, la migration d'automne est plus rapide que celle du printemps. Cette stratégie s'explique probablement par des contraintes écologiques au printemps ralentissant la progression vers l'Arctique, comme la présence de la banquise et la toundra enneigée, et des contraintes endogènes à l'automne incitant les individus à arriver rapidement au site d'hivernage pour amorcer la mue. Nous avons trouvé peu d'effets reportés de la période d'hivernage et de la migration printanière sur la reproduction. Toutefois, une réduction du temps en vol en hiver augmente la propension à nicher, alors qu'une arrivée trop hâtive au printemps la diminue. En revanche, une forte abondance de lemmings en été augmente la propension à nicher et le succès reproducteur, alors que pondre tardivement diminue celui-ci. Globalement, les conditions locales influencent fortement la reproduction, alors que les effets reportés ont un effet plutôt faible. Durant l'été, deux mécanismes permettent la coexistence de la guilde de prédateurs aviaires à laquelle le labbe appartient. D'abord, une ségrégation spatiale de l'habitat basée sur les préférences spécifiques réduit le chevauchement des territoires de nidification entre espèces. Ensuite, une ségrégation alimentaire dans les espèces et la taille des lemmings en fonction de la taille des prédateurs qui les consomment réduit le chevauchement des niches alimentaires. En l'absence du prédateur dominant, le harfang, un relâchement de la pression de compétition s'opère néanmoins sur le labbe, le plus petit prédateur, qui déplace sa niche alimentaire en consommant des proies plus grosses. Ces résultats suggèrent que les conditions variables et imprévisibles de l'Arctique comme les couvertures de neige et de glace, ainsi que l'abondance de lemmings influencent fortement le cycle annuel du labbe à longue queue et affectent davantage le succès reproducteur que la variabilité émanant de la période non-reproductrice. Cette thèse améliore notre compréhension des stratégies migratoires aviaires et du rôle de la compétition interspécifique dans un environnement caractérisé par une ressource pulsée, les lemmings. / Migration represents a recurring seasonal movement between geographically distant breeding and wintering sites. Migrants thus benefit from a seasonal environment where conditions are favourable to reproduce with abundant resources, and low competition and predation. However, migrating involves phenological constraints, and exposes individuals to a greater diversity of environments. Nevertheless, it is difficult to establish links between conditions encountered during the non-breeding period and their impact on reproduction in migrants. The overall objective of this thesis is to better understand the main stages of the annual cycle and their interrelationships in the long-tailed jaeger, a long-distance migratory seabird exploiting the Arctic tundra in summer and the southern seas in winter. This thesis consists of three specific objectives: (1) examine the annual movements of this abundant Arctic tundra predator by describing its transequatorial migration, phenology and seasonal migratory strategies; (2) assess the relationships between non-breeding and breeding periods through potential reciprocal carry-over effects, as well as the direct impacts of the availability of its main food resource in summer, lemmings, on its reproduction; (3) investigate the mechanisms allowing coexistence of the jaeger within a guild of avian predators sharing two species of lemmings whose populations fluctuate annually. From 2004 to 2019, reproduction of jaegers was monitored on Bylot Island, Nunavut, in the Canadian High Arctic to estimate its phenology and success. Also, nests of the main avian predators present in the study area (snowy owl, glaucous gull, rough-legged hawk, long-tailed jaeger) were georeferenced and regurgitation pellets collected to identify the prey consumed. From 2014 to 2019, 70 geolocators were deployed on jaegers to track their movements throughout an entire year. Geolocators showed that jaegers travel >32 000 km annually. During the non-breeding period, they winter mostly in the Benguela upwelling region of the South Atlantic and they make a stopover off the Grand Banks of Newfoundland in spring and in fall, both highly productive oceanic regions. Unlike most birds, fall migration is faster than spring migration. This strategy is likely due to ecological constraints during the spring that slow progression towards the Arctic, such as the presence of sea-ice and the snow cover in the tundra, and endogenous constraints in the fall, prompting individuals to quickly arrive at the wintering site to start molting. We found few carry-over effects of the wintering period and spring migration on reproduction. However, reducing time spent flying during the winter increases breeding propensity, while arriving too early in spring has the opposite effect. Conversely, high lemming abundance during the summer increases breeding propensity and breeding success, while laying late decreases the latter. Overall, reproduction is strongly influenced by local conditions and weakly influenced by carry-over effects. During the summer, two mechanisms allow the coexistence of the guild of avian predators to which jaegers belongs. First, spatial segregation of habitat based on species-specific preferences reduces overlap of nesting territories between species. Second, food segregation based on lemming species and size according to the size of predators that consume them reduces the overlap of food niches. The absence of the dominant predator, the snowy owl, nonetheless triggers a competitive release on the smallest one, the jaeger, which shifts its food niche by consuming larger prey. These results suggest that variable and unpredictable conditions in the Arctic as snow and ice covers, and lemming abundance strongly influence the annual cycle of the long-tailed jaeger and influence reproductive performance more than the variability encountered during the non-breeding period. This thesis improves our understanding of bird migratory strategies and the role of interspecific competition in an environment characterized by a pulsed resource, lemmings.

Les mares de thermokarst, issues de la fonte du pergélisol, sont très abondantes dans le Nord et émettent des gaz à effet de serre par leur activité biogéochimique intense. Elles contiennent d’abondantes communautés de rotifères dont la diversité et le rôle écologique sont méconnus. Cette étude présente les résultats d’un échantillonnage réalisé dans les mares de thermokarst subarctiques en comparaison avec des plans d’eau sur des bassins rocheux avoisinants. Les analyses ont révélé la présence d’un total de 24 espèces de rotifères. Les rotifères étaient plus abondants dans les mares de thermokarst que dans les bassins rocheux, alors que la diversité n’y était pas différente. Les taux de filtration estimés par des expériences de broutage étaient de moins de 0.05% de la colonne d’eau par jour à l’échelle de la communauté, ce qui implique que les rotifères n’étaient pas limités par la disponibilité de la nourriture dans ces mares. / Thermokarst ponds, which are the result of permafrost thawing and erosion, occur in high abundance throughout the North. These ecosystems play a key role as greenhouse gases emitters due to their intense biogeochemical activity. These ecosystems contain a high abundance of rotifers, but little is known about the diversity and ecological role of these microzooplankton in thermokarst waters. In the present study, sampling was conducted in subarctic thermokarst ponds (Nunavik, Canada), and compared with nearby rock-based lakes. The analyses revealed a total of 24 rotifer species. The abundance of rotifers was higher in thermokarst waters than in the rock-based lakes, while diversity was not significantly different. Grazing experiments gave estimates of total community clearance rates of < 0.05% of the water column per day, implying that picoplankton growth rates would readily keep pace with this grazing pressure, and that rotifer populations are unlikely to be bottom-up limited by food availability.

Les facteurs limitants le succès reproducteur des colonies de bourdons en milieu naturel sont très peu connus. Grâce au suivi du développement de plus de 200 colonies de huit espèces de bourdons (Bombus impatiens, B. fervidus, B. perplexus, B. terricola, B. bimaculatus, B. ternarius, B. rufocinctus et B. vagans vagans) sur le terrain, j’ai exploré l’effet de la taille de la reine, de la disponibilité en nourriture et de certains parasites sur le succès reproducteur des colonies. Les plus grandes reines avaient plus de chances de se reproduire et, parmi celles qui y sont parvenues, le nombre de sexués produits était positivement relié à la taille de la reine. Le meilleur succès des plus grandes reines est attribuable, du moins en partie, à la production de plus grosses colonies et, chez certaines espèces, à la capacité à mieux repousser les usurpations de Psithyrus (un sous-genre de bourdons parasites), mais n’est pas relié à la date de nidification ou à l’usurpation par d’autres reines Bombus. Une expérience où j'ai ajouté de la nourriture dans la moitié des colonies tout au cours de la saison a démontré que la disponibilité en nourriture était aussi un facteur important. Les colonies avec ajout de nourriture sont devenues plus grosses (en nombre d’ouvrières) et ont eu un meilleur succès reproducteur que les colonies témoins, par 51% et 86% respectivement. Toutefois, malgré que l’ajout de nourriture a permis de produire des colonies plus grosses, cela n’a pas permis aux colonies de mieux se défendre contre les macroparasites Psithyrus, Fannia canicularis, Brachicoma devia et Vitula edmandsae. Le suivi du taux d’activité de butinage de certaines de ces colonies démontre que les colonies nourries ont eu un taux d’activité de butinage par ouvrière 25% plus bas que les colonies témoins. Les ouvrières des colonies dont les réserves en nourriture sont abondantes semblent donc moins butiner sur une base journalière pour réduire les coûts associés à cette activité. Si les ouvrières peuvent en retirer une longévité plus longue, cela fournirait un mécanisme supplémentaire pour expliquer le meilleur succès reproducteur des colonies nourries. / Factors that limit the reproductive success of bumblebee field colonies are poorly known. I explored the effect of the queen’s body size, food availability, and some parasites on reproductive success by following the development of more than 200 field colonies of eight species of bumblebees (Bombus impatiens, B. fervidus, B. perplexus, B. terricola, B. bimaculatus, B. ternarius, B. rufocinctus et B. vagans vagans). Larger queens were more likely to reproduce, and, for queens that did so, there was a positive relationship between their body size and the number of sexuals produced. The higher success of larger queens is, at least in part, attributable to the production of larger colonies and, in some species, to the ability to prevent usurpations by Psithyrus (a parasitic subgenus of bumblebees). The higher success of larger queens was not related to the date of nest establishment or to usurpations by other Bombus queens. A field experiment in which I added food to half of the colonies over the entire season showed that food availability was also an important factor. Colonies with increased food supplies reached larger sizes (in number of workers) and had a higher reproductive success than controls, by 51% and 86% respectively. In particular, food supplementation increased the number of males produced and the probability of producing gynes (young queens). However, despite some clear advantages of having larger food supplies such as the build-up of larger worker populations, food supplementation did not appear to help colonies defend themselves against macroparasites because experimental and control colonies experienced similar levels of parasitism by Psithyrus, Fannia canicularis, Brachicoma devia, and Vitula edmandsae. By recording the foraging activity rate in some of these colonies, I showed that food supplementation reduced the foraging activity rate per worker by 25% relative to control colonies. Workers from colonies with abundant food supplies thus appear to forage less on a daily basis to reduce foraging risks and costs. If workers benefit from an increased longevity by reducing their activity, this would provide an additional mechanism to explain the increased reproductive success of colonies with increased food supplies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une petite population endémique, peu étudiée, occupe maintenant les eaux de l'estuaire moyen du Saint-Laurent et du fjord du Saguenay. Des données sur la densité, la composition (âges et sexes) des hardes, l'alimentation et les déplacements en août 1973, juin-septembre 1974 et juin-août 1975 sont tirées de l 200 heures d'observations systématiques (85,5% d une falaise haute de 15 m a l'embouchure du Fjord), et d'interviews avec environ 250 pêcheurs et ex-chasseurs de bélugas. De la falaise, on a observé 2 379 bélugas (max. 255/jour, le 22 juin 1975). On a suivi un troupeau de 20-25 animaux pendant 15,5 heures le ler août 1975. La densité mensuelle moyenne variait de 0,6 a 9,3 individus/h, sauf en septembre 1974 (25,1 indiv./h); la densité minimale a semblé se produire en juillet (0,6/h en 1974, 2,6/h en 1975). Les bélugas occupent le Saguenay de la mi-juin jusqu'en novembre; on les retrouve principalement dans les anses les plus importantes du Fjord inférieur, .dont sept aires présumées d'alimentation (probablement surtout du Capelan) a des profondeurs de 0,75-50 m. On a reconnu 88 individus avec marques naturelles, l un identifie plusieurs fois en trois ans et un autre en deux ans dans le Fjord inférieur. A l embouchure du Fjord, les bélugas nagent ordinairement vers l'amont durant l'étale de mer basse et vers l'aval durant la phase rapide du reflux. Ils suivent des trajets habituels en montant ou descendant le Saguenay, souvent près du rivage ou les courants de marée leur seraient favorables. Le troupeau suivi pendant 15,5 heures a passé 32,8% du temps dans trois aires présumées d'alimentation hors du Fjord et 67,2% a se déplacer entre de telles aires. Les bélugas ont parcouru 58 km à une vitesse moyenne de 3,74 km/h. Si la population de bélugas du Saint-Laurent est de 500 individus, alors leurs besoins métaboliques seraient de 18,34 tonnes métriques de nourriture (Capelan) par jour. / A small, little studied, endemic population of bélugas, or white whales, now occupies the Middle St. Lawrence Estuary and Saguenay Fjord. Data on density, sex and age composition of herds, feeding and movements in August 1973, June-September 1974 and June-August 1975 were obtained through more than 1 200 hours of systematic visual observations (85,5% from a 15 m cliff at the mouth of the Fjord), and interviews with about 250 fishermen and ex-beluga whalers. From the cliff, 2 379 bélugas (max. 255/day, June 22, 1975) were observed. A school of 20-25 bélugas was followed during 15,5 hours on August 1, 1975. Mean monthly density varied from 0,6 to 9,3 individuals/h, except in September 1974 (25,1 indiv./h); minimum density seems to occur in July (0,6/h in 1974, 2,6/h in 1975). Bélugas occupy the Saguenay from mid-June until November, and occur mainly in the more important coves of the lower Fjord, seven of which were presumably feeding areas (probably mostly for Capelin) at depths of 0,75-50 m. A total of 88 individuals with natural markings were recognized, one being seen several times in three years and another in two years in the lower Fjord. At the mouth of the Fjord, bélugas usually travel upstream during slack low water and downstream at fast ebb. They follow habitual routes on their way up or down the Saguenay, often close to shore where these tidal currents are presumably more favorable. The school followed during 15,5 hours spent 32,8Z of the time in three presumed feeding areas outside the Fjord and 67,2% travelling between such areas. They swam over 58l<m at a mean speed of 3,74 km/h. If there are 500 bélugas in the St. Lawrence population, they will have a metabolic need for 18,34 metric tons/day of food (capelin).

L’évolution récente des méthodes d’extraction de la tourbe laisse les tourbières dans un état près d’un stade historique de développement de type minérotrophe plutôt qu’ombrotrophe. Conséquemment, les tourbières industrielles post-exploitation sont fréquemment envahies de colonies monospécifiques de Scirpus cyperinus. Cette étude porte sur l’élaboration de nouvelles méthodes d’intervention visant l’intégration du S. cyperinus dans une biodiversité représentative d’un écosystème de référence. Pour ce faire, deux expériences en serre ont été réalisées. La première expérience évalue la performance de quatre couverts végétaux pour limiter la germination du Scirpus cyperinus en fonction des conditions hydrologiques. Deux couverts végétaux, le Sphagnum warnstorfii et les plants de graminées, ont efficacement limité la germination du Scirpus cyperinus. La seconde expérience évalue le potentiel de deux espèces cibles de restauration à s’implanter parmi le Scirpus cyperinus sous deux régimes hydriques. Une seule espèce, le Calamagrostis canadensis, a réussi à se maintenir en présence du Scirpus cyperinus. / Recent advances in peat extraction methods now leave the environment in a state closer to an historical development stage designated as minerotrophic (fen) rather than ombotrophic (bog). Consequently, industrial peatlands are commonly invaded monospecifically by Scirpus cyperinus soon after the end of operations. This study investigates new intervention techniques promoting biodiversity of the degraded ecosystem. In this context, two greenhouse experiments were carried out. The first one compared the performance of four plant covers to prevent S. cyperinus germination in relation to hydrologic conditions. Sphagnum warnstorfii and graminoid plants mats efficiently limited Scirpus cyperinus germination. The second experiment looked at the potential of two species targeted for reintroduction to grow and compete with Scirpus cyperinus under two hydrologic regimes. The biomass production of one of the two selected species (Calamagrostis canadensis) was able to maintain itself in presence of Scirpus cyperinus.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les rivières sont une composante majeure du paysage subarctique qui se transforme en réaction au réchauffement climatique, notamment par le dégel et l'érosion du pergélisol et par des changements de végétation et d'hydrologie. Cette transformation du paysage peut affecter les propriétés physico-chimiques des rivières qui le parcourent, avec des répercussions sur la composition des communautés microbiennes et, ultimement, sur le fonctionnement écosystémique non seulement des rivières, mais également des milieux côtiers dans lesquels elles se déversent. Cependant, malgré leur rôle clé dans les cycles biogéochimiques et les réseaux alimentaires, les communautés microbiennes sont peu caractérisées dans les rivières subarctiques, en particulier à la limite méridionale de la répartition du pergélisol, où les changements de paysage sont les plus rapides, et pendant la période de couverture de glace hivernale qui s'étend sur plus de la moitié de l'année. L'objectif principal de cette thèse était d'améliorer les connaissances sur le microbiome planctonique des rivières de hautes latitudes dans un contexte de paysage en transformation, incluant leurs zones de transition à la mer. Cet objectif a d'abord été atteint en évaluant la composition et les patrons de diversité des communautés microbiennes estivales, ainsi que les facteurs influençant ceux-ci, en utilisant le séquençage d'amplicons de deux fractions de taille, et en considérant les profils spatiaux dans deux paysages distincts: l'un caractérisé par un pergélisol isolé/sporadique au sud et l'autre par un pergélisol discontinu plus au nord, tous deux situés au Nunavik, Québec. Dans une deuxième approche, le séquençage d'amplicons a été combiné à une analyse métagénomique pour déterminer la composition et le potentiel fonctionnel des microbiomes aquatiques subarctiques sous la couverture de glace hivernale. Les petites rivières traversant un pergélisol sporadique fortement dégradé présentaient des propriétés limnologiques et une composition de communautés microbiennes différentes de celles des grandes rivières traversant le paysage de pergélisol isolé. L'échantillonnage d'un continuum hydrologique (lac-rivière-plume-baie) dans une région de pergélisol discontinu traversant des gradients de dégradation du pergélisol, de végétation et de salinité, a montré que les caractéristiques limnologiques et la composition de la communauté microbienne changeaient en aval le long du continuum et que les patrons de diversité et les variables affectant la structure de la communauté microbienne différaient selon le mode de vie bactérien (libre ou associé à des particules). Ces résultats suggèrent que la transformation des paysages nordiques influence les propriétés limnologiques et microbiologiques des rivières subarctiques du Nunavik et que cette influence peut varier en fonction du mode de vie bactérien. Cette influence est notamment due aux apports de matière organique dissoute, dont la concentration et la composition expliquaient en partie la variation observée de la structure de la communauté microbienne dans les deux régions. Certains taxa étaient ubiquitaires dans une large gamme de conditions environnementales dans la zone de pergélisol isolé/sporadique, ce qui suggère qu'une fraction de la population microbienne peut être résiliente aux changements environnementaux. L'échantillonnage hivernal de la Grande Rivière de la Baleine et de sa plume a révélé le potentiel de la communauté microbienne à utiliser diverses voies métaboliques pour acquérir de l'énergie et du carbone, incluant des composés aromatiques organiques terrestres. De plus, les propriétés limnologiques, la composition et la capacité métabolique des communautés microbiennes différaient en fonction de la profondeur de la rivière, ce qui suggère une influence des sédiments de fond en suspension, ainsi qu'en fonction de la salinité dans la plume. L'influence structurante de la salinité a également été observée pendant la saison estivale et était plus prononcée pour les eucaryotes microbiens que pour les procaryotes. Cette étude de thèse a démontré que les communautés microbiennes des rivières subarctiques sont taxonomiquement et fonctionnellement diverses, même pendant la période de conditions hivernales extrêmes. En caractérisant les procaryotes et les eucaryotes microbiens dans deux fractions de taille distinctes, à travers différents niveaux de stabilité du paysage et entre les saisons, cette thèse offre de nouvelles perspectives sur les microbiomes des écosystèmes lotiques traversant des régions affectées par le changement climatique. / Rivers are a major feature of the subarctic landscape, which is being transformed by climate change, permafrost thawing and erosion, and changes in vegetation and hydrology. This landscape transformation can affect the physico-chemical properties of the rivers that flow across them, with repercussions for the composition of microbial communities and ultimately for ecosystem functioning, not only of the rivers but also of their receiving coastal waters. However, despite their key role in biogeochemical cycles and food webs, microbial communities have been little characterized in subarctic rivers, especially at the southern limit of permafrost distribution where landscape changes are most rapid, and during the winter ice-cover period that extends for more than half of the year. The main objective of this thesis was to improve knowledge about the planktonic microbiome of high-latitude rivers in a context of landscape transformation, including their transition zones to the sea. This was firstly addressed by evaluating the composition and diversity patterns of summer microbial communities, as well as factors influencing these patterns, using amplicon sequencing of two size fractions, and by considering the spatial patterns in two landscapes: southern, isolated/sporadic permafrost and more northerly, discontinuous permafrost, both in Nunavik, Quebec. In a second approach, amplicon sequencing was combined with metagenomic analysis to determine the composition and functional potential of subarctic aquatic microbiomes under winter ice-cover. Small rivers crossing strongly degraded, sporadic permafrost had limnological properties and microbial community compositions that differed from those of larger rivers traversing the isolated permafrost landscape. Sampling of a hydrological continuum (lake-river-plume-bay) in a region of discontinuous permafrost, crossing gradients of permafrost degradation, vegetation, and salinity, showed that limnological characteristics and microbial community composition changed downstream along the continuum, and that diversity patterns and variables affecting microbial community structure differed according to bacterial lifestyle (free-living or particle-associated). These results suggest that the transformation of northern landscapes influences the limnological and microbiological properties of subarctic rivers in Nunavik, and that this influence may vary depending on bacterial lifestyle. This influence is mainly due to the inputs of dissolved organic matter, whose concentration and composition partly explained the observed variation in microbial community structure in the two regions. Some taxa were ubiquitous across a wide range of environmental conditions in the isolated/sporadic permafrost zone, suggesting that a fraction of the microbial population may be resilient to environmental change. The winter sampling of subarctic Great Whale River and its plume revealed the potential of the microbial community to use diverse metabolic pathways to acquire energy and carbon, including terrestrial organic aromatic compounds. In addition, the limnological properties, microbial composition, and metabolic capacity of the microbiomes differed depending on river depth, suggesting an influence of suspended bottom sediments, and on salinity in the plume. The structuring influence of salinity was also observed during the summer season and was more pronounced for microbial eukaryotes than prokaryotes. This thesis study has demonstrated that subarctic river microbial communities are taxonomically and functionally diverse, even during the period of extreme winter conditions. By characterizing prokaryotes and microbial eukaryotes in two distinct size fractions, across different landscape stabilities and between seasons, this thesis offers a new set of microbiome perspectives on river ecosystems traversing regions affected by climate change.

Les lipides représentent non seulement la forme d'énergie la plus dense qui est transférée lors des interactions trophiques en milieu marin, mais comprennent également des acides gras essentiels (AGE) que les herbivores ne peuvent pas synthétiser de novo et doivent assimiler par alimentation pour assurer leur croissance, leur survie et leur reproduction. Puisque la croissance des microalgues qui produisent la grande majorité des AGE est conditionnée par de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'eau (p. ex., température, lumière, nutriments, pH), la variabilité environnementale et les changements climatiques en cours pourraient affecter significativement la synthèse d'acides gras, soit directement en induisant une réponse physiologique des microalgues, soit indirectement en favorisant des changements taxinomiques. Ces modifications pourraient alors se répercuter sur les herbivores et l'ensemble du réseau alimentaire. Cette thèse a étudié ces possibilités au moyen d'approches empiriques et expérimentales combinant un échantillonnage inédit à grande échelle dans les eaux arctiques et subarctiques du Canada et une expérience de croissance en microcosme. Malgré une grande variabilité des propriétés physico-chimiques à travers l'aire d'étude, la composition taxinomique des assemblages phytoplanctoniques s'est imposée comme principal déterminant de la composition lipidique de la matière organique. Au sein des communautés dominées soit par des flagellés ou des diatomées, le pH et de façon inattendue, la salinité, ont influencé la synthèse d'omega-3 et de l'acide eicosapentaénoïque (EPA) en particulier. Cette étude souligne également l'importance des maximums subsuperficiels de chlorophylle a (SCM) qui perdurent durant tout l'été et fournissent une source persistante de matière organique à forte teneur en acides gras polyinsaturés. L'examen de marqueurs trophiques caractéristiques des diatomées suggère que la majeure partie du contenu en acide gras des copépodes a été acquise par broutage récent au SCM plutôt que par accumulation antérieure lors de l'efflorescence printanière en surface. Au-delà du couplage observé dans les teneurs de certains AGE chez les copépodes et le phytoplancton sur de courtes échelles de temps, des différences notables dans la composition lipidique des animaux étaient attribuables à l'espèce et au stade de développement. L'approche expérimentale visant à simuler le développement d'une floraison de diatomées a démontré que leur composition lipidique était davantage affectée par la température que par la lumière ou le pH, et que le signe de la réponse pouvait s'inverser selon l'acide gras considéré. Cependant, les changements observés peuvent être considérés comme modestes étant donné les perturbations fortes et soudaines imposées par le protocole expérimental. Dans l'ensemble, la thèse montre que l'impact principal du forçage physico-chimique sur le contenu en acides gras des organismes à la base des réseaux alimentaires des eaux canadiennes arctiques et subarctiques se produit par la sélection environnementale des différents groupes de phytoplancton et de copépodes. Bien que les profils lipidiques de ces organismes puissent également être affectés directement par les propriétés physico-chimiques, que ce soit in situ ou in vitro, ces réponses sont généralement faibles et suggèrent un haut degré de résistance physiologique de ces espèces. / In addition to being the densest form of energy that can be transferred during trophic interactions in the marine environment, lipids include essential fatty acids (EFA) that herbivores cannot synthesize de novo and must acquire from their diet in order to ensure growth, survival and reproduction. Since the growth of the microalgae that produce the vast majority of these EFA is conditioned by a host of physicochemical water properties (e.g., temperature, light, nutrients, pH), environmental variability and ongoing climate change could significantly alter their fatty acid composition, either directly by inducing physiological responses or indirectly by promoting changes in species assemblages. These alterations could then propagate to herbivores and, presumably, the upper food web. This thesis investigated these possibilities using empirical and experimental approaches combining large-scale sampling across Canadian Arctic and sub-Arctic waters with a microcosm experiment simulating a diatom bloom. Despite high variability in physicochemical properties across the sampling area, the taxonomic composition of phytoplankton assemblages emerged as the primary determinant of their lipid composition. Within communities dominated by either flagellates or diatoms, pH and surprisingly, salinity then modulated the synthesis of omega-3 and eicosapentaenoic acid (EPA) in particular. The results underscore how the maintenance of long-lived subsurface chlorophyll maxima (SCM) during summer and fall provide copepods with a persistent source of elevated organic matter with a high content of polyunsaturated fatty acids. An analysis of trophic markers that are characteristic of a diatom diet suggested that a major portion of the fatty acid content of copepods was acquired by recent grazing on SCM rather than prior feeding on spring blooms at the surface. Beyond this tight coupling of copepod and phytoplankton EFA content at short time scales, notable differences in the lipid composition of the animals were attributable to species and developmental stage. The microcosm experiments showed that the lipid composition of diatoms that dominate SCM communities was more impacted by temperature than by light or pH, and that the sign of the response was different depending on the specific EFA considered. However, the changes observed can generally be considered as modest given the strong and sudden perturbations imposed by the experimental protocol. Overall, the thesis shows that the main impact of physicochemical forcing on the fatty acid content of organisms in the lower food webs of Eastern Canadian Arctic and sub-Arctic seas occurs through the environmental selection of different phytoplankton groups and copepod species. While the lipid profiles of these organisms can also be affected directly by physicochemical conditions, either in situ or in vitro, these responses are generally small and imply a high degree of physiological resistance.

L'ADN environnemental (ADNe) est une approche très prometteuse pouvant faciliter le suivi des espèces aquatiques, ce qui est crucial pour la gestion des ressources aquatiques. À ce jour, relativement peu d'études se sont intéressées à l'écologie de l'ADNe, en particulier en ce qui concerne les processus influençant la détection de l'ADNe. Le manque de connaissances à propos de l'écologie de l'ADNe empêche l'utilisation de cet outil à son plein potentiel. Dans cette étude, nous avons évalué expérimentalement l'impact de plusieurs facteurs biotiques et abiotiques sur le taux de production et de dégradation de l'ADNe. Trois espèces de poissons d'eau douce ayant des caractéristiques très différentes ont été placées dans deux types d'eau ayant des caractéristiques physicochimiques distinctes et à trois différentes températures. Des échantillons d'eau ont été filtrés à des intervalles de temps prédéterminés et la PCR quantitative a été utilisée pour quantifier l'ADNe dans chaque échantillon. Nous avons trouvé que la température, l'espèce, les différentes masses d'eau, ainsi que certaines interactions entre les facteurs avaient un effet marqué sur la production et la dégradation de l'ADNe. Les résultats de cette étude vont approfondir nos connaissances sur l'écologie de l'ADNe, et donc amélioreront l'interprétation des données d'ADNe pour la gestion et la conservation des poissons d'eau douce. / Environmental DNA (eDNA) is a very promising approach to facilitate and improve the aquatic species monitoring, which is crucial for their management and conservation. In comparison with the plethora of monitoring studies in the fields, relatively few studies have focused on experimentally investigating the "ecology" of eDNA, in particular pertaining to processes influencing the detection of eDNA. The paucity of knowledge about its ecology hampers the use of eDNA analysis to its full potential. In this study, we experimentally evaluated the impact of several biotic and abiotic factors on the rate of production and degradation of eDNA. Individuals of three freshwater fish species (Brown Bullhead, Tench and Yellow Perch) with distinct ecology were placed in two types of water from the St. Lawrence River (Québec, Canada) with very distinct physicochemical characteristics and at three different temperatures. Water samples were then filtered at predetermined time intervals and quantitative PCR was used to quantify the eDNA in each sample. We found that temperature, species, water types, and some interactions between these factors hada strong effect on the production and degradation of eDNA. The results of this study enhance our knowledge about the ecology of eDNA, thus improving eDNA data interpretation.

L’étude ciblait le sud-est de Madagascar, dans la région de l’Anosy. Cette région, comme le reste de Madagascar, fait face à une dégradation écologique alarmante menaçant sa riche biodiversité. QMM, une filiale de Rio Tinto, y a démarré un important projet d’exploitation minière en 2009. La compagnie a pris plusieurs engagements sociaux et de réhabilitation écologique des sites après exploition.L’exploitation minière requiert la coupe à blanc du couvert végétal ainsi que la perturbation de la mycorhizosphère du sol pour aller chercher les minéraux jusqu’à une profondeur de vingt mètres. Étant donné le rôle des symbioses racinaires dans l’établissement des plants, ces outils biologiques devraient être partie intégrante des pratiques améliorées de réhabilitation. L’objectif du projet était donc de tester différents symbiotes racinaires (mycorhize arbusculaire, Glomus irregulare) et des bactéries fixatrices d’azote, Bradyrhizobium sp.) sur Mimosa latispinosa, une espèce d’arbuste native de la région, pionnière et fixatrice d’azote. Glomus irregulare et deux souches malgaches de Bradyrhizobium spp. (STM1415 et STM1447) ont été inoculés seuls ou en combinaison sur M. latispinosa en pépinière près du site minier. Quatre mois après l’inoculation, il n’y a pas eu un effet significatif des souches symbiotiques sur la croissance de la plante, quoiqu’une bonne colonisation ait été observée. La stérilisation du sol engendre toutefois un effet positif sur la croissance des plantes. G. irregulare et deux souches de Bradyrhizobium spp. (STM1413 et STM1415) ont également été testés sur M. latispinosa en serre au Centre National de Recherche en Environnement (CNRE) de Madagascar à Antananarivo. Ces essais ont montré que G. irregulare seul est inefficace pour stimuler la croissance de la plante, mais que l’inoculation double avec Bradyrhizobium spp. augmente significativement sa croissance. Les deux souches testées, STM1413 et STM1415, se sont montrées efficaces pour stimuler la croissance de M. latispinosa en serre. Les conditions pédologiques légèrement différentes en serre ne permettent toutefois pas de comparer les résultats aux conditions de la pépinière. / This study focused on the south-east part of Madagascar, the Anosy region. This region, as elsewhere in Madagascar, is subject to an alarming ecological degradation which is threatening its abundant biodiversity. QMM, a Rio Tinto subsidiary, started in 2009 an important mining project in this region. The company committed itself to social responsibility activities and environmental rehabilitation of the mined site. Indeed, the mining operations imply the clearcutting of the land and the disturbance of the mycorhizosphere in order to extract the minerals found at a depth of twenty meters. Considering the key role of root symbioses in the establishment of plants, these biotools should integrated parts in enhanced reclamation practices. The aim of the project was to test different symbiotic stains (arbuscular mycorrhiza, Glomus irregulare and indigenous rhizobial bacterias, Bradyrhizobium spp.) on Mimosa latispinosa, a native, pioneer and nitrogen fixing shrub. Glomus irregulare and two Malagasy strains of Bradyrhizobium spp. (STM1415 &amp; STM1447) were inoculated alone or in combination on M. Latispinosa in nursery, located close to the mining site. Four months after inoculation, it appeared that none of the symbiotic strain had a significant effect on the plant growth, even if there was a good colonization. However, the soil sterilization produced a positive effect on the plant growth. G. irregulare and two strains of Bradyrhizobium spp. (STM1413 and STM1415) were also tested on M. latispinosa in glasshouse at the headquarter of the National Center for Environmental Research of Madagascar, located at Antananarivo. These trials showed that G. irregulare inoculated alone was ineffective for the plant growth increment, but that dual inoculation increased growth significantly. Both rhizobial strains tested, STM1413 and STM1415, were effective to stimulate the growth of M. Latispinosa in glasshouse. However, the soil conditions were slightly different in the glasshouse, making it difficult to compare the results with the nursery conditions.

Comprendre et prédire les conséquences des outils de gestion des populations de poissons exploités par la pêche sportive est un des grands défis de la science de la conservation. Particulièrement, il subsiste une grande incertitude quant aux impacts de l’ensemencement. Bien qu’étant un outil généralement efficace, les ensemencements peuvent engendrer un grand bouleversement pour les populations qui y sont soumises, menaçant d’entraver leur productivité et leur persistance. Le touladi (Salvelinus namaycush) est un salmonidé d’eau douce nord-américain dont l’exploitation par la pêche sportive est fortement soutenue par l’ensemencement. L’objectif principal des travaux de cette thèse était d’identifier les impacts écologiques et génomiques de l’ensemencement de soutien chez cette espèce. Pour ce faire, nous avons exploré ces impacts potentiels dans trois grands aspects de l’écologie du touladi ; (1) la croissance et la condition (2) la niche trophique et (3) l’utilisation des habitats thermiques. Ces approches nous ont permis d’identifier l’écotype (planctophage ou ichtyophage) des populations sources et cibles de l’ensemencement comme un facteur déterminant des conséquences à court et moyen terme. Spécifiquement, nos analyses ont montré l’émergence de régimes de croissance divergents chez les populations planctophages ensemencées, certains individus ensemencés démontrant une grande taille, malgré l’habitat peu productif. La proportion individuelle des allèles exogènes chez ces touladis était corrélée à un indice de condition plus faible, suggérant une dépression hybride. L’analyse des ratios isotopes stables de carbone (δ13C) et d’azote (δ15N) a montré une potentielle partition de la niche trophique au sein des populations d’écotype planctophage. Les individus locaux semblent être déplacés, probablement par exclusion compétitive, vers une niche pélagique profonde atypique pour ces populations. Finalement, la thermométrie des carbonates biogéniques, par l’analyse des ratios des isotopes stables d’oxygène (δ18O) de l’otolithe, a montré une utilisation différentielle des habitats thermiques dans les populations planctophages ensemencées. Les touladis ensemencés utilisant des habitats généralement plus chauds que les hybrides et les locaux. Ces résultats ont souligné l’importance que les particularités inhérentes aux populations sauvages doivent prendre dans la planification des mesures de gestion. L’ignorance de ces traits et des adaptations locales des populations les met à risque de voir leur productivité et leur survie décliner. / Understanding and predicting management consequences on exploited fish stocks represents one of the major challenges of conservation science. There are still considerable uncertainties about the impacts of supplementation stockings on wild populations. Although generally efficient, supplementation can represent a major disturbance for populations, threatening to hinder their productivity and sustainability. Lake Trout (Salvelinus namaycush) is a North American freshwater salmonid whose exploitation by angling is strongly supported by stocking. The main objective of this thesis was to identify the ecological and genomic impacts of supplementation stockings on Lake Trout. To do this, we explored the impacts in three major domains of lake trout ecology; (1) growth and condition (2) trophic niche and (3) use of thermal habitats. These approaches allowed us to identify ecotypes (planktivorous or piscivorous) of the stocking source and target populations as a factor determining magnitude of short- and medium-term consequences. Specifically, our analyzes showed emergence of two divergent growth regimes in stocked planktivorous populations, with around 20 % of stocked individuals showing larger body size despite unsuitable habitat. The proportion of exogenous alleles of hybrid individuals correlated with a lower condition index, suggesting outbreeding depression. The analysis of stable isotope ratios of carbon (δ 13C) and nitrogen (δ15N) suggest a partition of niche for planktivorous stocked populations. Local individuals were displaced, probably by competitive exclusion, to a profundal/pelagic niche, atypical for these populations. Finally, biogenic carbonate thermometry, by analysis of otolith oxygen stable isotope ratios (δ18O), showed differential use of thermal habitats within stocked planktivorous populations. Stocked Lake Trout were using warmer habitats than hybrids and local individuals. These results underscored the importance of the inherent particularities of wild populations in the planning of management measures. Ignorance of these specific traits, and local adaptations, puts supplemented population at risk of declining productivity and survival.