Les aliments traditionnels provenant de la mer constituent un élément important du régime alimentaire des Inuits de l’Arctique canadien. Ils présentent plusieurs avantages nutritionnels, notamment des niveaux élevés d'acides gras énergétiques et de microéléments tels que le sélénium (Se). Le Se est essentiel à la santé humaine et les populations inuites affichent une concentration sanguine en Se parmi les plus élevées au monde. Contrairement à d'autres populations, le Se est principalement présent sous forme de sélénonéine, une forme organique de Se récemment identifiée. Des études suggèrent que la sélénonéine participerait à la détoxification du méthylmercure. Les animaux ne peuvent pas synthétiser la sélénonéine et nos connaissances sur l’origine et la distribution du Se et de la sélénonéine dans l’environnement marin arctique sont limitées. L’objectif de cette étude était donc de mesurer les concentrations totales de Se, de sélénonéine et de multiples biomarqueurs écologiques dans une vaste gamme d’organismes marins. Deux chaînes alimentaires (pélagiques et pélago-benthiques) ont été étudiées dans le cadre des projets Green Edge et BriGHT. Composition isotopique (δ¹⁵N, δ¹³C), abondance de biomarqueurs lipidiques (HBIs et acides gras) et concentration en Se et sélénonéine ont été déterminées au sein de tissus provenant d'espèces représentatives. Nos analyses ont révélé des concentrations élevées de Se chez plusieurs espèces de la chaine benthique, en particulierdans les tissus de bivalves et de morse. Chez le morse, la sélénonéine peut représenter jusqu'à 45% du Se total. Bien que l'origine de la sélénonéine reste incertaine, ces résultats, combinés avec ceux des analyses isotopiques et de biomarqueurs, suggèrent que la banquise constitue une source de Se pour les écosystèmes arctiques. La sélénonéine étant synthétisée par des bactéries et des champignons, il est probable que ces organismes, retrouvés dans les sédiments ou sur la peau des mammifères marins, en soit aussi la source en Arctique / Traditional foods from the sea have always been an important component of the diet of Inuit of the Canadian Arctic. These organisms provide several nutritional benefits, including high levels of energetic fatty acids and microelements such as selenium (Se). Se is essential to human health and Inuit populations exhibit among the highest blood levels of Se worldwide. In contrast to other populations, Se is mainly present in Inuit blood as selenoneine, a recently identified organic form of Se. Recent studies suggest that selenoneine may participate in methylmercury (MeHg) detoxification mechanisms. Animals cannot synthesize selenoneine and our knowledge about the origin and the distribution of Se and selenoneine in the Arctic marine environment is scarce. The main aim of this study was to determine total Se, selenoneine and multiple biomarker concentrations in a broad range of marine organisms.Two food chains (pelagic and pelago-benthic) were studied in the context of the GreenEdge and BriGHTprojects. Isotopic composition (δ¹⁵N, δ¹³C), abundance of lipid biomarkers (HBIs and fatty acids) and selenium and selenoneine concentrations were determined in tissues from representative species. Our analyses revealed high concentrations of Se in several species of the benthic food chain, particularly in bivalve and walrus tissues. In walrus, selenoneine accounted for up to 45% of total Se. Although the origin of selenoneine remains uncertain, these results, combined with isotopic and biomarker analyses, suggest that sea ice is a source of Se for Arctic ecosystems. Since selenoneine is synthesized by bacteria and fungi, it is likely that these organisms, found in the sediments or on the skin of marine mammals, are also the source in the Arctic.

La réglementation actuelle, reposant sur la loi de 1976 sur la protection de la nature, impose aux maîtres d’ouvrage de respecter le principe « éviter – réduire – compenser » lors de la conception de les projets d’exploitation et d’aménagement. Lorsqu’un projet n’a pu ni éviter ni réduire les impacts environnementaux, il est nécessaire de définir des mesures compensatoires pour les impacts résiduels qualifiés de significatifs. Concernant les écosystèmes marins, ces mesures font appel à des actions écologiques ainsi qu’à des mesures de gestion et d’amélioration des connaissances sur le milieu marin. Alors que le développement de l’activité économique maritime est encouragé, en particulier, suite aux appels à la croissance bleue (e.g. tourisme maritime, EMR, pêche, aquaculture, ressources minérales marines, biotechnologies, transport maritime, construction navale), il est primordial de questionner nos capacités à prendre en compte les impacts de ces activités. A partir d’un état des lieux de la compensation sur le milieu marin en France, il s’agit d’identifier les limites du système actuel et de proposer des pistes d’amélioration. Ces dernières peuvent être méthodologiques et techniques, liées à la prise en compte de nouvelles approches ou à l’émergence de nouveaux systèmes de gouvernance. A travers l’analyse d’une cinquantaine d’études d’impacts françaises, les pressions et impacts générés par différents projets d’aménagements (infrastructures portuaires, dragages, extractions de granulats, prises et rejets d’eau, etc.) sont examinés et la pertinence des mesures ERC proposées est discutée. Ensuite, en se basant sur une revue bibliographique, la faisabilité et l’efficacité des techniques d’ingénierie écologique (écoconceptions portuaires, bio-remédiation et techniques de restauration des herbiers, macro-algues, récifs coralliens, populations d’ichtyofaune et bivalves) sont évaluées au regard des exigences de la séquence ERC. Cette analyse permet de discuter de la notion d’équivalence écologique et de proposer un arbre de décision original. D’autre part, constatant que les mesures compensatoires proposées dans les études d’impact ne sont que très rarement dimensionnées, une méthode opérationnelle permettant d’évaluer les besoins compensatoires est élaborée. Cette méthode associe une analyse multicritère de l’état de l’environnement inspirée de l’Unified Mitigation Assessment Method (UMAM, méthode utilisée en Floride pour les impacts autorisés) et une évaluation plus fine à l’échelle d’un indicateur empruntée à l’Habitat Equivalency Analysis (HEA, développée par la NOAA pour la compensation des dommages accidentels). Il s’agit ensuite d’examiner l’utilisation actuelle de l’approche par les services écosystémiques dans la compensation à travers la réglementation, les standards internationaux et la littérature scientifique. L’objectif est d’étudier en quoi cette approche permettrait d’améliorer la mise en place de la compensation mais aussi d’en souligner les limites. Enfin, l’approche sociologique de l’acteur-réseau (Callon, Latour) permet d’analyser les différents types organisationnels ayant émergé autour de la compensation en Californie. L’objectif est de critiquer, à partir de situations constatées en France et aux Etats-Unis, les réponses formulées en termes de gouvernance par ces deux sociétés côtières exigeant un principe de compensation. Ce travail souligne la nécessité de mettre en place des mesures ambitieuses et efficaces de compensation afin que le développement économique maritime cesse de contribuer à l’érosion de la biodiversité. / My research topic is multidisciplinary combining geography, ecology and economics and addressing the efficiency of current marine offset practice. Building on a state of the art of current practice, I am working on a more prospective approach (compared to current research on mitigation targeting terrestrial ecosystems). By offset, I am referring to legal mitigation that consists in avoiding – reducing – offsetting adverse impacts of development projects such as dredging, port infrastructure, oil exploration, marine aggregate extraction, beach nourishment, etc. on marine and coastal ecosystems. Based on a review of around fifty French marine Environmental Impact Assessments (EIAs), I analyzed the assessment of impacts, the use of offset sizing methods (robust method to assess ecological losses due to development projects and ecological gains created by offset measures) and the kind of measures proposed. Within these EIAs, sizing methods were seldom used and the very few measures suggested to offset residual impacts could be questioned in terms of equivalency and appropriateness. These measures were either ecological engineering techniques (such as seagrass or coral restoration), management measures (used to reduce pressure on the impacted ecosystems through the funding of management measures in Marine Protected Areas for example) or even knowledge acquisition. Thus, I am also looking at the efficiency of ecological engineering techniques on marine and coastal ecosystems. My research mainly focuses on the offset of authorized impacts but could also deals with some aspects of the offset of accidental damages.

La variabilité du système climatique influence la productivité et la distribution des espèces marines sur toutes les échelles de temps, de la variabilité saisonnière et inter-annuelle aux cycles glaciaires-interglaciaires. Mais ces liens entre climat et écosystèmes marins sont encore largement méconnus, de telle sorte que les prévisions des changements à venir sont difficiles. De plus, parce que les indicateurs paléoclimatiques issus des archives marines sont souvent liés au fonctionnement de l’écosystème, cette méconnaissance limite la fiabilité de la reconstruction de la variabilité climatique passée.Ce travail de thèse vise à améliorer notre connaissance de ces liens entre climat et écosystèmes marins : nous nous sommes intéressés aux changements de productivité marine au cours du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, et nous nous sommes aussi penchés sur la réponse de l’écosystème, incluant l'ensemble des niveaux de la chaine trophique, à la variabilité inter-annuelle à décennale en climat pré-industriel. Ce travail est basé sur l’utilisation d’un modèle climatique (IPSL-CM), d’un modèle de biogéochimie marine (PISCES) et d’un modèle de niveaux trophiques supérieurs (APECOSM).Dans un premier temps, nous montrons que le lien entre l’intensité de la mousson indienne et la productivité primaire marine, en été boréal dans la mer d’Arabie, n’est pas direct. En effet, il apparait indispensable pour comprendre les changements de productivité de considérer, en plus de l'intensité de la mousson, la structure de la mousson. En particulier, la position du Jet de Findlater par rapport à la côte de la péninsule arabique est un paramètre important puisqu'elle conditionne la dynamique d'Ekman dans la région.Dans un second temps, nous avons étudié les variations de la productivité marine au large de l'embouchure du fleuve Congo et leurs liens avec le fleuve et les changements de dynamique atmosphérique africaine. Ce travail a mis en évidence que la relation entre l'intensité de la mousson et l'intensité des alizés, souvent utilisée dans les reconstructions climatiques, n'est pas toujours vérifiée. Selon le climat étudié, l'importance des effets thermiques ou dynamiques sur les changements de précipitations et de vents simulés est différente.Dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de la variabilité inter-annuelle sur les changements de productivité passés et sur le signal climatique potentiellement enregistré par des indicateurs climatiques biologiques.Enfin, la dernière partie de cette thèse se focalise sur la réponse des organismes marins des haut-niveaux trophiques à la variabilité climatique à différentes fréquences. Ce travail a révélé que les organismes marins répondent de façons différentes aux variations environnementales en fonction de leur taille et de leur habitat. / Climate variability influences marine primary productivity and marine species distribution over all timescales, from seasonal to interannual variability and glacial-interglacial cycles. The links between climate and marine ecosystems are still sparsely known so that the predictions of futur changes are difficult. Moreover, because paleoclimate recorders extracted from marine archives are often linked to the functionning of the ecosystem, this lack of knowledge limits our ability to reconstruct past climate variability.This thesis work aims at improving our knowledge of these links between climate and marine ecosystems : we have looked into marine productivity changes during the last glacial-interglacial cycle, but we also examined the "end-to-end" ecosystem response to inter-annual to decadal variability in a pre-industrial climate. This work uses a climate model (IPSL-CM), a bio-geochemical model (PISCES) and a model of high trophic levels (APECOSM).First, we show that the link between Indian summer monsoon intensity and marine primary productivity in the Arabian Sea is indirect. Indeed, it appears necessary to consider the monsoon pattern, such as the Findlater Jet position, which drives the Ekman dynamics in the region, as well as its intensity to understand the productivity changes.Second, we study the marine productivity changes off the Congo river mouth and their links with the river runoff and the African atmospheric dynamics. This work shows that the relationship between monsoon intensity and trade winds intensity, often used to reconstruct past changes, is not always verified. Depending on the climate, thermal or dynamical effects are more or less prominent drivers of the simulated changes in precipitation and winds. Productivity off the Congo river mouth, which is mainly located in the subsurface, seems more affected by the ocean and atmosphere dynamics than by the river supply in nutrients.Third, we study the inter-annual variability effects over past productivity changes and over the climatic signal potentially recorded in the biological climate proxies.Finally, the last part of the thesis focuses on high trophic levels marine organisms response to climate variability at different frequencies. This study shows that marine organisms response to environmental changes varies with the organism' size and habitat.

Les basses latitudes de l'Arctique peuvent servir d'indicateurs des futurs changements de l'océan Arctique. Parmi celles-ci, le Complexe de la Baie d'Hudson (CBH), une vaste mer intérieure subarctique, se distingue par sa productivité biogéochimique unique, influencée par la glace de mer saisonnière, les apports fluviaux abondants et la limitation en nutriments (principalement l'azote). Historiquement, la productivité de l'écosystème de la CBH a été sous-estimée. Cependant, des recherches récentes menées dans le cadre du projet Hudson Bay Systems Study (BaySys) révèlent un niveau de production primaire plus élevé qu'on ne le pensait auparavant. En particulier, une partie de cette productivité est attribuée aux processus biologiques liés à la glace de mer (sympagiques). En raison de la difficulté d'accessibilité de la région, les outils de modélisation permettent d'explorer son environnement physique et biogéochimique sur des échelles temporelles et spatiales étendues. L'utilisation de modèles biogéochimiques (BGCM) capables de résoudre les compartiments de nutriments, de phytoplancton, de zooplancton et de détritus (NPZD) a fourni des informations sur la distribution spatiale et temporelle des producteurs primaires au sein de la CBH. Ces modèles élucident également les facteurs physiques de la productivité, ce qui permet d'acquérir une compréhension fondamentale des principaux facteurs susceptibles d'affecter la CBH et la région arctique dans son ensemble face au changement climatique. Le modèle initial appliqué à la région de la CBH était le BGCM simplifié à base de phosphate, BLING (Biogeochemical, Light, Iron, Nutrient, and Gases Model). Par la suite, Sibert et al. (2010, 2011) ont développé un modèle NPZD simplifié à base d'azote incorporant la biogéochimie sympagique, ultérieurement renommé BiGCIIM (BioGeoChemical Ice Incorporated Model). Les deux modèles ont par la suite été couplés à un modèle océanique 3D (NEMOv3.6) et à un modèle de glace de mer (LIM2). Cette démarche avait pour objectif d'évaluer leur capacité à prédire les concentrations spatiotemporelles de chlorophylle a, telles qu'observées par satellite et à partir de mesures in situ. Elle visait également à analyser les principaux facteurs physiques influençant la productivité. Dans un environnement faible en azote comme celui de la CBH, il était attendu qu'un modèle basé sur l'azote produise des résultats plus cohérents avec les observations. Notre étude a démontré que les deux modèles reproduisaient les motifs spatiotemporels de chlorophylle a observés sur les images satellites. Le modèle BLING, à base de phosphate, a montré une performance légèrement meilleure, tandis que le modèle BiGCIIM, à base d'azote, présentait une meilleure concordance avec les observations ponctuelles. De plus, notre analyse a mis en évidence l'influence significative de la dynamique de la glace de mer et des apports fluviaux sur la variabilité des concentrations prédites de chlorophylle a dans les deux BGCMs. En outre, la capacité de BiGCIIM à résoudre plusieurs groupes de producteurs primaires écologiquement pertinents associés à l'écologie pélagique et sympagique a fourni des informations précieuses sur leur contribution à la production primaire totale dans la HBC. Finalement, notre étude souligne l'importance de choisir des BGCMs adaptés aux questions de recherche spécifiques, en veillant à ce que la complexité du modèle et les hypothèses sous-jacentes correspondent aux objectifs de l'étude et à la disponibilité des données. / The lower latitudes of the Arctic can be used as indicators of how the Arctic Ocean may change in the future. Among these, the Hudson Bay Complex (HBC), a vast sub-Arctic inland sea, stands out for its unique biogeochemical productivity shaped by seasonal sea ice, abundant riverine inputs, and nutrient limitation (primarily nitrogen). Historically, the productivity of the HBC ecosystem has been underestimated. However, recent research, driven by the Hudson Bay Systems Study (BaySys) project, indicates a higher level of primary production than previously thought. In particular, a portion of this productivity is attributed to sea ice-related (sympagic) biological processes. Given the limited accessibility of the region, modeling tools provide a means to explore its physical and biogeochemical environment over extended temporal and spatial scales. The use of biogeochemical models (BGCMs) capable of resolving nutrient, phytoplankton, zooplankton and detrital (NPZD) pools has provided insights into the spatial and temporal distribution of primary producers within the HBC. These models also elucidate the physical drivers of productivity, providing a fundamental understanding of the primary drivers likely to affect the HBC and the broader Arctic region in the face of climate change. The initial model applied to the HBC region was the phosphate-based simplified BGCM (nutrient and phytoplankton only), BLING (Biogeochemical, Light, Iron, Nutrient, and Gases Model). Subsequently, Sibert et al. (2010, 2011) developed a simplified nitrogen-based NPZD model incorporating sympagic biogeochemistry, later renamed BiGCIIM (BioGeoChemical Ice Incorporated Model). Both models were either coupled to a 3-D numerical ocean (NEMOv3.6) and sea ice (LIM2) model framework to evaluate their ability to predict spatio-temporal chlorophyll a concentrations observed from satellite and in situ measurements, as well as to assess the primary physical drivers of productivity. In a nitrogen-limited environment such as the HBC, a nitrogen-based model is expected to provide results more in line with observations. Our study found that both models replicated the spatiotemporal chlorophyll a patterns observed from satellite imagery, with the phosphate-based BLING model showing slightly better performance, while the nitrogen-based BiGCIIM model showed better agreement with point observations. In addition, the thesis highlights the significant influence of sea ice dynamics and river runoff on the variability of predicted chlorophyll a concentrations within both BGCMs. Furthermore, BiGCIIM's ability to resolve several ecologically relevant primary producer groups associated with pelagic and sympagic ecology provided valuable insights into their contributions to total primary production within the HBC. This thesis highlights the importance of selecting BGCMs tailored to specific research questions, ensuring that the model's complexity and underlying assumptions match the study objectives and data availability.