L'objectif principal de cette thèse est de caractériser les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes dans un manteau neigeux arctique. Une attention toute particulière est portée au mercure, dont le cycle biogéochimique complexe est encore mal connu. Avant toute chose, les fractions biotiques et abiotiques d'un manteau neigeux saisonnier doivent être caractérisées. A partir d'échantillons de neige et d'eau de fonte prélevés au cours d'une étude de deux mois en 2007 à Ny-Ålesund, nous avons montré que la diversité des séquences est élevée et nous avons également examiné le devenir du mercure, depuis son dépôt au cours des phénomènes de déplétions jusqu'à son transfert lors de la fonte des neiges. Les résultats de cette campagne ont souligné la nécessité d'améliorer nos connaissances sur la spéciation du mercure et ont conduit à l'élaboration d'un biocapteur mer-lux pour mesurer la fraction biodisponible de mercure, déployé lors d'une seconde campagne de deux mois au printemps 2008. En parallèle à l'analyse chimique, nous avons suivi les changements dans la structure des communautés microbiennes présentes dans les échantillons de neige et d'eau de fonte. Nous avons enfin exploré l'effet de la contamination au mercure sur la fonction de la communauté et démontré que le méthylmercure affecte la structure des communautés ainsi que sa fonction à des concentrations beaucoup plus faibles que précédemment rapportées. Nos résultats fournissent une base pour de nouvelles études sur l'interaction entre la composition chimique, la présence de contaminants anthropiques et la structure des communautés microbiennes.

Le mercure est un polluant global posant des problèmes de santé publique. Il est émis par des sources naturelles et anthropiques. Aux pôles, une chimie particulière amène à une oxydation du mercure de l'atmosphère qui provoque des dépôts de mercure divalent sur la neige.Ce travail de thèse propose d'étudier la composante microbiologique dans le cycle du mercure en zone polaire afin de comprendre si elle joue un rôle dans l'entrée du mercure dans les écosystèmes polaires. Pour réaliser cette étude nous avons travaillé sur différents types d'échantillons : micro organismes isolés de la neige comme des levures et des bactéries, plancton collecté en arctique, biofilms échantillonnés en arctique et en antarctique.Les résultats obtenus indiquent que les différents types de microorganismes semblent capable de réagir avec le mercure déposé.Ce type d'approche à l'interface entre la chimie et de la biologie était une première au laboratoire de glaciologie, les résultats obtenus ouvrent des perspectives intéressantes pour la compréhension du cycle du mercure en zone polaire.

Le but de ce projet est d'améliorer la représentation numérique des processus turbulents de couche limite stable (CLS) sur l'océan Arctique dans le modèle Global Environnemental Multi-échelles (GEM). L'expérience numérique réalisée consiste à simuler le climat observé durant la campagne SHEBA d'un an sur un petit domaine régional à haute résolution (110 x 120 @ 0,5 degré) centré sur la mer de Beaufort. Dans la simulation de contrôle effectuée avec la version non modifiée de GEM, le modèle surestime systématiquement le vent de surface Ūr, la vitesse de friction u* et le flux de chaleur latente (HL) qui est 6 fois trop intense l'été en comparaison des valeurs observées au point SHEBA. De plus, le modèle n'arrive pas à simuler les vents faibles observés (Ūr < 1,6 m/s) et manifeste un biais sec persistant dans la CLS durant toute l'année. En comparant la fonction de stabilité utilisée dans GEM øGEM avec les observations de la campagne SHEBA, on remarque que ce paramétrage mène à une surestimation du mélange turbulent en stratification très stable (RiB > 10¯²) qui pourrait expliquer une partie des erreurs du modèle. L'implémentation d'une fonction de stabilité dérivée à partir des observations de SHEBA øSHEBA dans la simulation de sensibilité A a permis d'améliorer Ūr et u* dans le modèle GEM. La longueur de rugosité de la glace de mer utilisée dans le modèle GEM zo,GEM = 0,16 mm aussi ne correspond pas aux observations de la campagne SHEBA. En fait, l'unique paramètre zo,GEM utilisé par GEM est trop faible pour le transfert de quantité de mouvement et trop grande pour le transfert de chaleur et d'humidité. L'implémentation des longueurs de rugosité observées à SHEBA (zom,SHEBA et zoh,SHEBA) dans la simulation de sensibilité B a amélioré Ūr simulé. Le vent minimal Ūmin = 2,5 m/s est un autre paramètre utilisé par GEM qui est susceptible d'être inadéquat pour simuler la CLS. Ce paramètre est utilisé pour éviter une division par zéro par vent faible lors du calcul du nombre de Richardson RiB. En utilisant une valeur plus réaliste de Ūmin = 1,0 m/s dans la simulation de sensibilité C, on arrive à simuler les vents faibles (Ūr < 1,6 m/s) qui n'étaient pas simulés par la version originale du modèle GEM. Dans la simulation D, l'implémentation d'une nouvelle équation diagnostique basée sur l'équation de Clausius-Clapeyron pour qr a éliminé complètement le biais sec dans le modèle. Indirectement, la correction à qr a ramené le HL simulé très près des valeurs observées en réduisant le gradient vertical qr -qs responsable de l'évaporation à la surface. Tous les modèles régionaux participant au projet ARCMIP avaient des défauts semblables (biais sec, HL surestimé et u* trop intense) à ceux du modèle GEM pour une expérience très similaire. Il est donc très probable que l'implémentation des mêmes modifications dans ces modèles soit aussi bénéfique. Il est aussi probable qu'en implémentant ces paramétrages dans les modèles participant au Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) ait un effet bénéfique sur l'océan Arctique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modélisation du climat arctique, Couche limite atmosphérique, Interaction atmosphère-glace- océan, Paramétrisation physique.

La région arctique s’ouvre peu à peu aux activités humaines, en raison du réchauffement climatique et de la fonte des glaces, dûs en partie aux effets radiatifs des aérosols et de l'ozone. En conséquence, les émissions locales de pollution en Arctique pourraient augmenter, et devenir prépondérantes comparées à la source historique liée au transport de pollution depuis les moyennes latitudes. Dans cette thèse, j’effectue des simulations régionales de la troposphère arctique avec le modèle WRF-Chem, combiné à de nouveaux inventaires des émissions de pollution locales en Arctique (navigation et torches pétrolières). Deux cas d’étude issus de campagnes de mesure par avion sont analysés. Premièrement, j’étudie un évènement de transport d’aérosols depuis l’Europe au printemps 2008, afin d’améliorer les connaissances sur cette source majeure de pollution. Deuxièmement, je détermine l’impact des émissions de la navigation en Norvège en été 2012, où la navigation Arctique est actuellement la plus intense. J’utilise ces cas d’étude pour valider la pollution modélisée et améliorer WRF-Chem en Arctique. J’effectue avec ce modèle amélioré des simulations des impacts actuels (2012) et futurs (2050) de la navigation et des torches pétrolières en Arctique. Les résultats indiquent que les torches sont et devraient rester une source majeure d’aérosols de carbone suie réchauffant en Arctique. La navigation en Arctique est une source de pollution importante en été et, en 2050, pourrait devenir une source majeure de pollution locale. / The Arctic is increasingly open to human activity due to rapid warming, associated with decreased sea ice extent. This warming is due, in part, to the effect of short-lived atmospheric pollutants (aerosols, ozone). As a result, Arctic pollutant emissions should increase in the future, and their impacts might become significant compared to the now predominant source due to pollution transport from the mid-latitudes. In this thesis, regional simulations of the Arctic troposphere are performed with the WRF-Chem model, combined with new emission estimates for oil and gas extraction and shipping in the Arctic. The model is used to analyze two case studies from recent airborne measurement datasets: POLARCAT-France in 2008, ACCESS in 2012. First, I investigate an aerosol transport event from Europe to the Arctic in spring 2008, in order to improve our understanding of this major source of Arctic pollution. Second, I determine the air quality and radiative impacts of shipping emissions in Northern Norway in summer 2012, where most current Arctic shipping occurs. I use these results to validate modeled pollution, and to improve WRF-Chem for Arctic studies. The updated model is used to investigate the current (2012) and future (2050) impacts of Arctic shipping and Arctic gas flaring in terms of air quality and radiative effects. Results show that Arctic flaring emissions are and should remain a strong source of local black carbon aerosols, causing warming, and that Arctic shipping is already a strong source of aerosols and ozone during summer. In 2050, diversion shipping through the Arctic Ocean could become a major source of local surface aerosol and ozone pollution.

Ces travaux, effectués dans le cadre de la 4e année polaire internationale et à partir des mesures in-situ obtenues durant le projet POLARCAT-France, ont pour objectifs de fournir, dans un premier temps, une climatologie des panaches de pollution transportés depuis les continents sources (Amérique du Nord, Europe et Asie) vers l’Arctique. La climatologie contient des informations sur les propriétés physique, chimique et optique des particules d’aérosols, l’origine des panaches ayant été déterminée à l’aide du modèle lagrangien de rétro-trajectoire FLEXPART. Dans un second temps, les processus qui influent sur les propriétés des particules de pollution durant leur transport vers l’Arctique ont été étudiés. Si au cours de la campagne d’été au Groenland, il a été montré que la totalité des panaches rencontrés ont subit un processus de dépôt humide durant leur transport vers l’Arctique, la campagne de printemps au nord de la Suède a permis de mettre en avant l’évolution d’un même panache échantillonné lors de 3 vols consécutifs ainsi que des propriétés de mélange entre les contributions anthropiques et naturelles de deux panaches asiatiques. / The aims of this thesis were, in a first step, to build a climatology of pollution plumes transported from source continents to the Arctic as measured during the POLARCAT-France campaigns performed in spring and summer 2008, in the frame of the 4th International Polar Year. The climatology is including informations on aerosol particle physical, chemical and optical properties and is organized as a function of pollution plume origins (determined with the Lagrangian transport model FLEXPART). In a second step, aerosol processes which influenced aerosol properties during transport to the Arctic were studied. During the summer campaign, the whole plumes encounter experienced wet scavenging processes on their pathway to Groenland. In spring, a plume was sampled during three consecutive days and thus, its ageing was characterised. Finally, two Asian plumes allowed us to highlight the external mixing between anthropogenic and biomass burning contributions transported to northern scandinavia.

La hausse des températures et les modifications du régime des précipitations affectent les écosystèmes particulièrement fragiles des régions arctiques et subarctiques et ont des conséquences socio-économiques pour les populations locales. La perception et l'évaluation des opportunités et des risques qui y sont associés, dépendent des moyens de subsistance, des normes, des valeurs et des représentations du monde des individus qui y sont confrontés.La perception du climat est culturellement et socialement construite. Cette perception varie dans le temps et dans l'espace et, parfois même, diffère parmi différents groupes sociaux en fonction des valeurs et des modes de représentation du monde. Pour toutes ces raisons, nous avons non seulement étudié certains phénomènes météorologiques mais aussi intégré le cadre culturel, politique et historique dans lesquels ils s'inscrivent. Nous avons analysé l'environnement et le climat – et par extension, les événements météorologiques à forts impacts – comme des objets socio-culturels afin de mieux comprendre à la fois leurs impacts mais aussi leurs perceptions par les habitants. Ce travail se situe à la croisée de ces chemins, en confrontant l'observation, et donc les changements, et la perception qu'en ont différents acteurs, en considérant deux régions distinctes, les mers nordiques et la République de Touva.Dans une première partie, nous avons analysés l'impact des Polar Lows, d'intenses cyclones de méso-échelle qui se développent sur les mers libres de glace de l'Arctique pendant l'hiver, sur les régions côtières du nord de la Norvège. Ces systèmes sont associés à des vents de surface forts avec bien souvent des rafales qui peuvent être très violentes (Heinemann et Claud, 1997). Les conditions en mer lors du passage d'un PL peuvent s'avérer dangereuses avec des fortes vagues, des précipitations neigeuses brutales et du blizzard. Ces événements météorologiques extrêmes représentent un véritable risque pour les activités maritimes et côtières de la région, notamment pour le transport maritime, la pêche et les plateformes pétrolières et gazières offshore. En effet, les nouvelles zones libres de glace offrent de multiples opportunités économiques dans ces régions, en particulier en mer de Barents. Or dans le même temps, le recul de la banquise élargit mécaniquement les régions de formation des PLs.Dans une seconde partie, nous avons regardé les impacts du changement climatique et des événements météorologiques sévères en République de Touva. La République de Touva se localise entre 49°5 et 53°5 N en latitude, 88°5 et le 99°E en longitude, c'est par conséquent une région subarctique très méridionale. Le climat y est extrêmement continental et les précipitations ont tendance à être faibles en raison de la faible teneur en humidité dans l'air froid. La plupart du territoire est caractérisé par une végétation forestière de taïga ou de steppe semi-aride. Au cours du XXème siècle, la région a connu des changements socio-économiques majeurs, parfois brutaux, avec notamment le passage d'une société communiste à l'économie planifiée à une économie de marché au début des années 1990. Malgré ces récents bouleversements, les pasteurs nomades (chevaux, vaches, yaks, moutons, chameaux) en Touva occidentale et les chasseurs-cueilleurs éleveurs de rennes en Touva orientale, vivent toujours en étroite relation avec l’environnement naturel. Les populations autochtones de Touva, confrontées à un changement rapide de la société et à des changements globaux causés par certaines politiques régionales et nationales contemporaines, avec notamment l’expansion de l'industrie minière et par le développement de mégaprojets (complexe hydroéléctrique, construction d'une voie chemin de fer), offrent des points de vue variés, en fonction de leurs modes de vie, sur les changements environnementaux qu'ils observent et leurs impacts sur leurs activités quotidiennes. / The perception of the climate is culturally and socially constructed. For this reason, we have studied some weather events integrating the cultural, political and historical contexts in which they occur.In a first part, we analyzed the impact of Polar Lows, intense mesocyclones that develop over ice-free Arctic seas during winter time, on coastal regions of Norway. The passage of PL can provoke dangerous sea conditions with strong waves, sudden snowfall and blizzard. This phenomenon may represent a risk to maritime and coastal activities in the region, particularly for shipping, fishing and oil and gas offshore platforms.In a second part we studied the impacts of climate change and severe weather events in the Republic of Tuva. Tuva is a very southern subarctic region. Its climate is extremely continental and precipitation tend to be low due to the low moisture content in the cold air. During the twentieth century, the region has experienced major socio-economic changes, sometimes brutal, including the transition from a communist and planned economy to a market economy in the early 1990. Despite these recent changes, pastoralists in western Tuva (horses, cows, yaks, sheep, camels) and reindeer herders in eastern Tuva, still live in close contact with the natural environment. Indigenous peoples of Tuva are facing global changes caused by certain contemporary regional and national policies, including the expansion of the mining industry and the development of mega projects. They offer different points of view, describing environmental changes and their impact on their daily activities.

Les régions arctiques et subarctiques subissent un changement climatique plus rapide et plus sévère que n’importe où ailleurs dans le monde. Ces rapides modifications accentuent l’urgence d’étudier ce milieu extrême avant qu’il ne soit entièrement modifié et que la banquise n’ait totalement disparue à l’été, affectant grandement les communautés microbiennes qui s’y développent. Dans cette thèse, je me suis intéressée à la dynamique du composé algal diméthylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), dans et sous la glace de première année pendant la fonte printanière dans l’archipel Arctique canadien. Au début du printemps, les importants réservoirs de DMSP particulaire (DMSPp) et dissous (DMSPd) présents à la base de la glace contribuent fortement au réservoir de la colonne d’eau sous-jacente via le drainage et le lessivage des saumures. Ces libérations ponctuelles de matière organique favorisent la production bactérienne de DMS. Suite à la disparition complète du couvert de neige, la fonte de la glace augmente la transmittance de la lumière à travers cette dernière et la stratification de la colonne d’eau qui favorisent le développement de floraisons phytoplanctoniques sous la glace. Ces floraisons sont associées à de fortes concentrations de DMSP, particulièrement lorsque des diatomées pennales d’origine sympagique dominent la communauté algale. Lorsque ces algues sont soudainement exposées à la lumière à la lisière des glaces, elles blanchissent et exsudent la majorité de leur contenu cellulaire en DMSP. Ce nouveau réservoir de DMSPd est alors disponible pour les bactéries qui peuvent le transformer en DMS. Une importante variabilité de la photosensibilité des algues est cependant observée en fonction de la composition spécifique de la communauté algale. Les diatomées pennales d’origine sympagique montrent une plus forte tolérance que les diatomées centrales planctoniques. Cette thèse met donc en évidence pour la première fois l’importance du réservoir de DMSPd dans la glace, ainsi que son influence sur les communautés microbiennes vivant dans la colonne d’eau sous-jacente. Elle souligne également l’importance du réservoir de DMSP associé aux floraisons phytoplanctoniques sous la glace et la sensibilité des algues à un choc lumineux en fonction de la composition taxonomique de la floraison. / Climate change is faster and more severe in polar Arctic and Subarctic regions than anywhere else in the world. The dramatic changes recently observed in the Arctic impel us to study this extreme environment before the summer sea ice completely vanishes along with the diversified microbial communities it supports. This thesis explores the fate of the algal compound dimethylsulfoniopropionate (DMSP), precursor of the climate active gas dimethylsulfide (DMS), within and beneath first year ice during the spring melt period in the Canadian Arctic Archipelago. In early spring, the large pools of particulate and dissolved DMSP (DMSPp and DMSPd, respectively) from the bottom sea ice strongly influence the underlying water column following brine release. These punctual releases of organic matter favor the bacterial production of DMS in surface waters. Following the complete disappearance of the snow cover, ice melt favors the penetration of light through the ice pack and the stratification of the water column which enhance the development of under-ice phytoplankton blooms. These blooms are associated with high DMSP concentrations, particularly when dominated by sympagic pennate diatoms. When these algal cells are suddenly exposed to direct sunlight in open waters such as leads or ice edge zones, they bleach and exude their DMSP cellular content. This new DMSPd reservoir then becomes available for bacterioplankton and its potential conversion into DMS. Furthermore, an important variability of algal photosensitivity is observed between algal communities investigated as a function of their taxonomic composition. Sympagic pennate diatoms show greater photoprotective capabilities than planktonic centric diatoms. This thesis highlights the importance of the DMSPd pool in sea ice and its influence on microbial communities in the underlying water column. This study is the first to report on the very high DMSP concentrations associated with under-ice phytoplankton blooms, and evaluate the sensitivity of algae to a sudden light change depending of the taxonomic bloom composition.

Dus aux conditions uniques en Arctique (des températures et aux rapports de mélange de vapeur d'eau extrêmement bas, à la réflexivité élevée des surfaces de la glace de mer et de la neige, inversion de température dans la basse troposphère et à l'absence de la radiation solaire pendant des périodes prolongées), les processus macro et microphysiques contrôlant la formation des nuages sont complexes et uniques. La validation de ces paramètres atmosphériques simulés par les différents modèles numériques du climat présentement utilisés par les plus grands centres de recherche au monde avec les observations est indispensable pour mieux connaître et, par conséquent, mieux paramétriser ces processus complexes. Le nouveau Modèle Canadien Régional du Climat GEM-LAM (une version à aire limitée du modèle Global Environnemental à Multi-échelle) a été évalué pour la période de septembre 1997 à octobre 1998 au-dessus de l'océan Arctique Ouest. Cette période coincide avec la campagne de mesures du projet SHEBA (Surface Heat Budget of the Arctic Ocean). Les versions 3.2.2 et 3.3.0 du modèle sont évalués dans cette étude. La radiation solaire et terrestre vers le bas à la surface, l'albédo de surface, la vapeur d'eau dans la verticale, les contenus en eau liquide et solide et la couverture nuageuse simulés par GEM-LAM sont évalués avec les données d'observation SHEBA et comparés aux résultats des modèles participants à l'expérience d'inter-comparaison de modèles climatiques régionaux ARCMIP. Une comparaison plus poussée entre les moyennes journalières a été faite et les biais des modèles, le RMSE et le coefficient linéaire de corrélation sont calculés pour plusieurs champs radiatifs et microphysiques. Sur une base mensuelle, les modèles représentent la radiation des longues et courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface raisonnablement bien, mais le décalage entre les simulations suivant les différents modèles est plus grand pour les SWD que pour les LWD à la surface. GEM-LAM surestime l'albédo de la surface pendant toutes les saisons dans cette expérience. De plus, le modèle GEM se comporte similairement aux autres modèles participant à cette expérience et tend à sous-estimer la quantité de vapeur d'eau intégrée verticalement pendant l'hiver, tandis que le GEM la surestime durant l'été. La majorité des modèles surestime la couverture nuageuse hivernale, par contre, ils simulent plus ou moins correctement la couverture nuageuse durant l'été. Sur une base quotidienne, tous les modèles participant à l'expérience ARCMlP simulent relativement bien la radiation des courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface, mais les valeurs quotidiennes de l'eau liquide intégrée à la verticale sont légèrement moins bien simulées. Les deux versions du modèle GEM-LAM (v3.2.2 et v3.3.0) ont aussi de la difficulté à bien simuler la couverture nuageuse sur une base quotidienne comme les autres modèles participant à cette expérience. Les nuages optiques minces sont l'une des raisons permettant d'expliquer le grand écart entre la couverture des nuages simulée par les modèles et les observations. Pour éliminer ce problème dans notre analyse, un filtre des nuages optiquement minces a été appliqué en sortie du modèle GEM -LAM. Après filtrage des nuages optiquement minces dans le modèle GEM, pour chaque filtre sélectionné (0,5, 1, 1,5, 2), la couverture nuageuse décroit significativement durant la saison hivernale. Par contre, la couverture nuageuse est insensible au filtre durant la saison estivale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique, Modélisation, GEM-LAM, SHEBA, ARCMIP, Radiation, Couverture nuageuse.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / L'objectif principal de cette étude était de quantifier, à la base de la glace de mer de première année dans l’archipel Arctique canadien, la variabilité spatiale des principales réactions biologiques du cycle de l'azote, soit l'assimilation du nitrate et de l'ammonium, la nitrification, l'ammonification et la fixation de N₂ afin d’en comparer les taux et de les relier à la variabilité des conditions environnementales du milieu. Les flux d'azote quantifiés ont démontré une grande variabilité selon les conditions biologiques, physiques et chimiques de la glace. La productivité du milieu, estimée par la concentration en biomasse, modulait un grand nombre de ces flux, dont l’intensité relative était généralement semblable pour l'ensemble des sites échantillonnés malgré la variabilité des conditions environnementales. L’ammonification s’est avérée particulièrement importante, favorisant une assimilation conséquente de l’ammonium et une production essentiellement régénérée. Les résultats de cette étude approfondissent la compréhension des mécanismes régulant les flux biologiques d’azote dans la glace de mer et pourront servir à l’élaboration de scénarios futurs en resserrant la paramétrisation des modèles biogéochimiques.

Cette thèse doctorale est la première étude systématique d'une classe d’écosystèmes extrêmes nouvellement découverts dans l'environnement arctique : les communautés de tapis microbiens et leurs habitats sur les plates-formes de glace nordiques. L'objectif principal était d’examiner la structure et la dynamique de ces cryo-écosystèmes à plusieurs échelles et d'étudier l'interaction entre les aspects physiques et biologiques sur les cinq plates-formes de glace principales trouvées dans le Haut Arctique canadien. Cette étude comprend une large gamme de méthodologies, soit : l’énumération microscopique des algues ; la quantification des pigments avec la chromatographie liquide de haute performance ; les mesures automatisées de salinité, d'éclairement et de température ; des survols en hélicoptère accompagnés de prise d’échantillons ; et l’analyse d’images de télédétection. La limnologie chimique et physique des cryo-habitats à travers cet écosystème est hétérogène et une communauté diversifiée de phototrophes a été retrouvée dans les tapis microbiens. La fragmentation de l’habitat a eu peu d'effet sur la biodiversité du cryo-écosystème. Cependant, des gradients environnementaux ont été associés à la structure de la communauté des tapis microbiens. L'hypothèse stipulant que les organismes des tapis microbiens des plates-formes de glace subsistent dans des conditions sub-optimales a été évaluée en examinant des réponses métaboliques aux changements de salinité, d’éclairement et de température. Les micro-organismes hétérotrophes se sont avérés spécialisés aux conditions extrêmes répandues sur la glace, tandis que les micro-organismes photosynthétiques ont toléré une plus large gamme de conditions, suggérant ainsi qu’ils étaient des extrêmotrophes (terme défini dans cette étude comme la tolérance des microbes aux conditions locales mais possédant une croissance in situ en dehors de leurs optimums physiologiques) plutôt que des extrêmophiles (la spécialisation aux conditions locales, avec une croissance in situ près des limites physiologiques). Un assemblage de pigments accessoires et photoprotecteurs a été associé à la communauté autotrophe, ce qui peut expliquer la gamme de tolérance plus large des extrêmotrophes. Le rapport entre la couverture du tapis microbien et la perte de masse de la surface de la plate-forme de glace a été examiné. Une concentration élevée de sels nutritifs dans les tapis microbiens a indiqué que ce micro-environnement différait considérablement de l'écosystème entier. Ces résultats soulignent l'importance du couplage biotique-physique sur la plate-forme de glace autant que dans le reste de la cryosphère. Pendant la période d'étude, un événement de détachement d’une partie de la plate-forme de glace Ward Hunt ainsi que le drainage d'un lac épiplate-forme (eau douce barrée par la glace flottant sur l’océan) ont été observé. Une analyse supplémentaire a suggéré que le réchauffement du climat ait contribué à cet événement, ce qui souligne la vulnérabilité des habitats dépendants des plates-formes de glace et de leur valeur comme indicateurs des changements climatiques. Ces cryo-écosystèmes fournissent également de nouvelles connaissances reliées à la vie microbienne dans les milieux polaires extrêmes, ouvrant de nouvelles avenues sur la survie, la croissance et l'évolution pendant les périodes glaciaires du passé, y compris l'ère précambrienne. / This doctoral thesis is the first systematic study of a newly discovered class of extreme ecosystems in the arctic environment: microbial mat communities and their habitats on northern ice shelves. The overarching objective was to examine the structure and dynamics of these cryo-ecosystems at several scales and to examine the interaction between physical and biological aspects on the five major ice shelves found in the Canadian High Arctic. This study made use of a broad range of methods including: microscopic enumeration of algal taxa; quantification of pigments with high performance liquid chromatography; automated over-winter measurements of salinity, irradiance and temperature; helicopter-assisted surveys and sampling; and analysis of satellite imagery. The chemical and physical limnology of the cryo-habitats across this entire ecosystem was found to be heterogeneous and a diverse community of phototrophic microorganisms was found within the microbial mats. Habitat fragmentation was shown to have little effect on the biodiversity of the cryo-ecosystem, however environmental gradients were significantly associated with microbial mat community structure. The hypothesis that ice shelf microbial mat organisms subsist in sub-optimal conditions was tested by examining metabolic responses to changes in salinity, irradiance and temperature. Heterotrophic microbiota were found to be optimized for the extreme conditions prevalent on the ice shelf, whereas photosynthetic micro-organisms tolerated a broader range, suggesting they were extremotrophic (defined by this study as tolerance by microbiota to local conditions but with in situ growth well outside their physiological optima) rather than extremophilic (a more narrow specialization to local conditions, with in situ growth close to physiological maxima). An assemblage of sunscreening and accessory pigments was associated with the autotrophic community, which may account for the extended tolerance range of the extremotrophs. The relationship between microbial mat cover and the surface ablation of the ice shelf was examined and a high concentration of nutrients within the microbial mats indicated that this microenvironment differed greatly from the properties of the bulk ecosystem. These results underscore the importance of biotic-physical coupling on the ice shelf, and in the cryosphere in general. A break-up event on the Ward Hunt Ice Shelf and the drainage of an epishelf lake (ice-dammed freshwater overlying seawater) was discovered during the study period. Further analysis suggested that climate warming contributed to this event, which highlights the vulnerability of ice shelf dependent habitats and their value as indicators of climate change. These cryo-ecosystems also provide new insights into microbial life under extreme polar conditions, with implications for survival, growth and evolution during glacial periods in the past, including the Precambrian Era.