Depuis 1999, deux organisations inuit de l'Arctique de l'Est canadien affirment que le gouvernement canadien a ordonné l'élimination de tous les chiens des Inuit dans les années 1950 et 1960 pour leur imposer la sédentarisation et faciliter leur assimilation. Selon ces deux organisations, cette "politique d'élimination des chiens" aurait eu des impacts extrêmement négatifs : elle aurait contribué à la désintégration de la culture inuit traditionnelle ainsi qu'à l'émergence de problèmes sociaux inconnus jusque-là dans l'Arctique. Pour le gouvernement canadien, les accusations de ces organisations ne sont pas fondées. S'il reconnaît que des chiens puissent avoir été éliminés lorsque les circonstances l'exigeaient (maladie, accidents, etc.), il nie avoir adopté une politique qui aurait visé à l'élimination systématique de tous les chiens à cette époque. Cette thèse s'inspire de l'ethnographie historique, une approche théorique qui met l'accent sur l'étude des spécificités culturelles propres à chacun des protagonistes impliqués dans les processus de colonisation. Ses objectifs sont les suivants : (i) décrire les actions gouvernementales à l'égard des chiens dans douze communautés de l'Arctique de l'Est canadien dans les années 1950 et 1960 à l'aide de données d'archives, de témoignages d'Inuit et de non-Inuit ainsi que de références trouvées dans la littérature; (ii) dégager la logique inhérente aux gestes posés par l'administration nordique (comment elle administrait le Nord et quelles étaient ses intentions), et comprendre comment les Inuit ont interprété les gestes commis à l'égard de leurs chiens; (iii) analyser la revendication contemporaine en explorant les motifs qui ont poussé les organisations inuit à revendiquer au sujet de cette question des chiens ainsi que les réactions gouvernementales face aux revendications inuit; (iv) montrer la pertinence d'une approche anthropologique basée sur l'ethnographie historique pour faire l'étude d'une revendication contemporaine. Cette thèse parvient à la conclusion que si l'administration nordique a cherché à contrôler les chiens des Inuit pour limiter les risques d'accidents et de transmission de maladies, son objectif n'a jamais été de les éliminer tous. Ce contrôle s'inscrivait plutôt dans le contexte d'une entreprise coloniale dont l'objectif était de recréer dans le Nord un monde similaire à celui du Sud.

La vallée de Stuckberry a été touchée par une importante variabilité climatique au cours de l'Holocène et constitue actuellement un environnement en transition rapide en raison de la hausse des températures. Le retrait du glacier principal de la vallée a entraîné la formation de quatre lacs, où l'âge de chaque lac est proportionnel à la distance de l'océan Arctique. Les sédiments des lacs représentent un trésor d'informations sur les changements passés dans le bassin versant de la vallée de Stuckberry et fournissent une « mémoire à long terme » de la façon dont les lacs ont réagi à ces changements. L'objectif spécifique de l'étude est de caractériser les changements au fil du temps dans la structure des communautés microbiennes. Pour ce faire, l'ADN a été extrait à partir de couches de sédiments et la technologie de séquençage d'amplicons du gène de l'ARNr 16S a été utilisée pour la fraction bactérienne et archéenne et la technologie métagénomique shotgun a été utilisée dans quelques couches ciblées pour la fraction virale. Des analyses bio-informatiques et statistiques ont ensuite été effectuées pour réaliser l'affiliation taxonomique et les comparaisons de la diversité microbienne des couches des carottes de sédiments des lacs, l'hypothèse étant que la diversité microbienne varierait avec le temps et que cette dynamique reflèterait les changements environnementaux passés dans le bassin versant. Les résultats obtenus dans cette recherche nous permettent de conclure qu'il y a bien des changements au niveau des structures des communautés microbiennes au fil du temps qui semblent être influencées par les changements environnementaux subits par la vallée de Stuckberry et les variances entre les lacs semblent être dues à leur composition physico-chimique respective et à leur temps d'évolution différent. Ce travail contribue à de nouvelles connaissances sur les forces à l'origine des changements épisodiques et interannuels des communautés microbiennes. / Stuckberry Valley experienced significant climatic variability during the Holocene and is currently an environment in rapid transition due to rising temperatures. The retreat of the main glacier from the valley resulted in the formation of four lakes, where the age of each lake is proportional to its elevation above the Arctic Ocean. The sediments from these lakes represent a treasure trove of information about past changes in the Stuckberry Valley watershed and provide a "long-term memory" of how the lakes responded to these changes. The specific objective of the study is to characterize changes over time in the structure of microbial communities. To do this, DNA was extracted from discrete sediment layers followed by 16S rRNA gene amplicon sequencing for the bacterial and archaeal fractions and shotgun sequencing of a few targeted layers to characterize viruses. Bioinformatics and statistical analyses were then performed to determine taxonomic affiliations and to compare the microbial diversity of the sediment core layers of the four lakes, based on the hypothesis that the microbial diversity would vary over time and that this dynamic reflected past environmental changes in the watershed. Our results suggest that the structure of the microbial community over time was influenced by environmental changes in Stuckberry Valley, while the variation between lakes appears to result from their respective physico-chemical composition and their different ages. This work gives new insight into the forces behind episodic and interannual changes in microbial communities.

Le réchauffement climatique dans l’Arctique canadien est deux fois plus rapide que la moyenne globale, ce qui accélère la fonte de la banquise et bouleverse radicalement la faune, la flore et les communautés de la région tout entière. Ce réchauffement est causé non seulement par la hausse des émissions de gaz à effet de serre, mais également par des agents de forçage climatique de courte durée comme les aérosols troposphériques. Toutefois, le forçage radiatif des aérosols dans la région polaire est beaucoup moins bien estimé que celui des gaz à effet de serre, notamment le CO2, et demeure toujours incertain. Cette grande incertitude résulte principalement de la grande variabilité spatiotemporelle des propriétés chimiques et physiques des aérosols, en plus de la complexité des boucles de rétroaction observées en Arctique. D’ailleurs, les données sur les caractéristiques des aérosols et de leur répartition à travers la région sont très limitées, et ce, plus particulièrement dans le Haut-Arctique canadien. Pour remédier à ce problème, une série de mesures a été effectuée sur une période de 3 ans (2016-2019) dans le laboratoire de recherche sur l’environnement atmosphérique polaire (PEARL, 80N 86O) situé près de la station météorologique d’Eureka, au Nunavut, Canada. La distribution en taille des aérosols a été mesurée en se servant de plusieurs instruments, dont un compteur optique de particules (OPC), un granulomètre de mobilité électrique à balayage (SMPS) et un granulomètre aérodynamique (APS). Les propriétés optiques des aérosols ont été déterminées avec deux extinctiomètres photoacoustiques (PAX) qui opèrent respectivement à des longueurs d’onde de 405 et 870 nm. Les observations réalisées à l’observatoire PEARL démontrent une forte variation saisonnière dans les propriétés optiques et microphysiques des aérosols polaires. Pendant l’hiver et le printemps, l’atmosphère arctique est envahie par une brume sèche d’origine anthropique qui se traduit par une forte augmentation dans la taille, la concentration en nombre et les propriétés optiques extensives des aérosols. Les épisodes de brume arctique commencent généralement en mi-décembre, où des évènements de poussières minérales ont aussi été observés, et se terminent en mai où la formation et le grossissement de nouvelles particules s’amorcent. Le début du printemps mesure les concentrations d’aérosol en mode accumulation les plus élevées durant l’année. Les aérosols les plus sombres qui composent la brume arctique ont été identifiés comme étant de la suie ou du carbone noir transporté dans l’Arctique à partir de l’Eurasie et de l’Alaska. Quelques relations systématiques entre les propriétés optiques et la distribution de taille des aérosols ont également été calculées et révèlent une différence majeure entre les aérosols interagissant avec la lumière à 405 et 870 nm. / Global warming in the Canadian Arctic is twice as fast as the global average, accelerating the melting of sea ice and radically disrupting the fauna, the flora, and the communities of the whole region. Arctic warming is caused not only by rising greenhouse gas emissions, but also by the short-lived climate forcing agents such as tropospheric aerosols. However, aerosol radiative forcing in the polar region is less precisely estimated than that of greenhouse gases, notably CO2, and remains highly uncertain. This large uncertainty arises mainly from the high spatiotemporal variability in aerosol chemical and physical properties, in addition to the complexity of the feedback loops observed in the Arctic. Furthermore, datasets on aerosol characteristics and their distribution across the region are very limited, particularly in the Canadian High Arctic. To address this issue, a series of measurements were conducted over a 3-year period (2016-2019) at the Polar Atmospheric Environment Research Laboratory (PEARL, 80N 86W) near Eureka weather station, in Nunavut, Canada. Aerosol size distribution was measured using several instruments including an Optical Particle Counter (OPC), a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), an Aerodynamic Particle Sizer (APS). Aerosol optical properties were determined by two Photoacoustic Extinctiometers (PAXs) which operate at wavelengths of 405 nm and 870 nm, respectively. Observations made at the PEARL observatory show a strong seasonal variation in the optical and microphysical properties of polar aerosols. In the winter and spring, the Arctic atmosphere is impacted by an anthropogenic haze that results in a sharp increase in aerosol size, number concentration, and optical properties. Arctic haze episodes typically occur in mid-December, when mineral dust events have also been observed, and end in May when formation and growth of new particles begin. Early spring exhibits the highest accumulation-mode aerosol concentrations during the year. The darkest Arctic haze aerosols have been identified as soot or black carbon transported into the Arctic from Eurasia and Alaska. Some systematic relationships among aerosol optical properties and size distribution have also been calculated and reveal a major difference between aerosols interacting with light at 405 nm and 870 nm.

Cette recherche en géopolitique a pour ambition d’analyser la situation sociopolitique particulière de l’Arctique canadien par le biais des représentations qu’elle engendre à différentes échelles. L’engouement actuel pour la zone arctique, en lien avec le réchauffement climatique, amène à repenser certaines stratégies, notamment la réglementation des espaces maritimes. Un différend oppose déjà les États-Unis au Canada dans la manière de percevoir les eaux arctiques, dont le célèbre passage du Nord-Ouest. En effet, en matière de statut, les premiers considèrent le Passage du Nord-Ouest comme un détroit international, les seconds comme des eaux intérieures canadiennes. Dans ce contexte, le Canada -qui ces dernières années ne cesse de revendiquer sa souveraineté sur ces eaux arctiques - doit aussi y assurer une certaine sécurité de navigation, au risque de perdre toute crédibilité en cas de problème maritime. Ainsi, mon analyse se focalise sur la navigation dans les eaux arctiques. Je renseigne d’abord celle-ci de manière tangible pour réfléchir ensuite à ses enjeux et conséquences pour le territoire arctique et sa mise en valeur. En termes d’aménagement, les acteurs interagissent avec le territoire en fonction des perceptions et représentations qu’ils ont de celui-ci et, réciproquement, le territoire se construit par le biais de ces représentations engendrées. Or, la mise en valeur du territoire arctique sous l’effet de la navigation témoigne d’un développement plutôt exogène et empreint de représentations fort diversifiées. Il convient alors de s‘interroger sur le contexte de formation des représentations grâce à une approche historique avant de traiter des risques et vulnérabilités de la navigation en tant que tels. / The aim of this geopolitics research is to analyze the particular sociopolitical situation of the Canadian Arctic using the representations it generates at different scales. The increasing interest in the Arctic zone, associated with a warming climate, makes us think back certain strategies, especially the regulation of maritime spaces. There is already a conflict between the United States and Canada in how the Arctic water is perceived, including the Northwest Passage, in terms of statute: international strait versus Canadian inland waters. In this context, Canada – which, over the past years, is continually claiming sovereignty over those Arctic waters – must also guarantee a safe navigation; otherwise it will lose credibility if any maritime problem occurs. Thus, my analysis focuses on navigation in Arctic waters. First, I give information about this navigation in a tangible way. Second, I broaden the study to what are the stakes and the consequences on the Arctic territory and its development. From a management perspective, stakeholders interact with the territory according to the perceptions and the representations they have of it and, vice versa, the territory is built by the means of these generated representations. However, the enhancement of the Arctic territory under the influence of navigation expansion shows rather exogenous development and the mark of extremely diversified representations. Finally, we will enquire into the context of structuring formation by means of a historical approach before discussing risks and vulnerabilities of navigation.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les copépodes dominent la biomasse du mésozooplancton des régions arctiques et subarctiques, où lumière, glace et production primaire varient fortement selon les saisons. En transformant le carbone fixé par les microalgues en réserves lipidiques pour survivre l'hiver, les Calanus spp. constituent une source d'énergie cruciale pour les poissons, oiseaux et mammifères marins. Historiquement, les copépodes sont étudiés par un comptage taxonomique après un échantillonnage par filets. Cette thèse propose un autre paradigme en combinant l'utilisation d'outils d'imagerie plus récents et une approche dite « par traits fonctionnels ». Les traits fonctionnels sont des propriétés mesurables à l'échelle individuelle et influençant le succès écologique des organismes (i.e. taille, régime trophique, migration verticale). Ils sont partagés par plusieurs espèces et peuvent être reliés à des fonctionnalités des écosystèmes comme l'export de carbone ou l'énergie disponible pour les réseaux trophiques par exemple. Comme une majorité des traits possèdent une signature morphologique, nous les avons définis sur deux types d'images individuelles du plancton, complémentaires et couramment utilisées : des images in situ de l'Underwater Vision Profiler (UVP) et des images en couleur prises lors d'observations au stéréomicroscope. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment les traits fonctionnels des copépodes, identifiés sur des images, peuvent être reliés aux dynamiques environnementales et au fonctionnement des écosystèmes arctiques et subarctiques. Dans le Chapitre 1, nous analysons des images in situ prises par l'UVP au moment de la fonte printanière de la banquise dans l'arctique canadien. Des variables morphologiques sont utilisées pour projeter les images dans un espace statistique, et les axes synthétisent les variations morphologiques en trois traits continus : la taille, l'opacité (qui nous renseigne sur les structures pigmentées), et la complexité du contour (indiquant probablement un taux d'activité par la visibilité des appendices). Cette analyse exploratoire a révélé des traits nouveaux, dont les variations étaient fortement corrélées à la fonte de la banquise et à l'efflorescence des algues. Plusieurs arguments indiquent que les maxima d'opacité des individus peuvent être attribués à la présence d'astaxanthine, un pigment caroténoïde rouge. Dans le Chapitre 2, une revue de la littérature a mis en évidence les conditions écologiques propices à la coloration des copépodes pour divers écosystèmes aquatiques à l'échelle globale. Nous démontrons que la pigmentation rouge peut participer au succès des individus (croissance, survie, reproduction) grâce aux propriétés antioxydantes de l'astaxanthine. Comme la pigmentation semble ajustable à de courtes échelles temporelles et avantageuse dans diverses conditions environnementales (lumière intense, basses températures et couvert de glace, ou grandes profondeurs), nous pensons qu'elle peut être considéré comme un de "couteau-suisse" de protection métabolique. Dans le Chapitre 3, une méthode de déconvolution de la couleur de l'astaxanthine a été utilisée pour produire un indice de rougeur sur des images de copépodes arctiques observés au stéréomicroscope. L'indice a été validé par comparaison avec une quantification chimique des pigments, et peut être utilisé pour des images prises dans diverses conditions grâce à une étape préalable de calibration des canaux de couleur. Cette thèse montre qu'il est possible d'extraire un maximum d'information à partir d'une image de plancton pour dégager des tendances écologiques sur de grands jeux de données, tout en gardant accès à la variabilité interindividuelle. Utiliser les traits définis ici (taille, pression de broutage, taux d'antioxydants), en combinaison avec d'autres outils, pourrait participer à la compréhension du fonctionnement des réseaux trophiques. / Copepods dominate the mesozooplankton biomass of arctic and sub-arctic regions, where light, ice and primary production are highly variable according to the season. By converting carbon fixed by microalgae into lipid reserves for winter survival, Calanus spp. are a crucial source of energy for fish, birds and marine mammals. Historically, copepods have been studied by taxonomic counting after net sampling. This thesis proposes an alternative paradigm by combining the use of more recent imaging tools and functional trait-based approach. Functional traits are properties that are measurable at the individual scale and influence the ecological success of organisms (i.e. size, trophic regime, vertical migration). They are shared by several species and can be related to ecosystem functionalities such as carbon export or energy available for food webs for example. As a majority of them have a morphological signature, we defined them on two types of individual plankton images, complementary and commonly used: in situ images from the Underwater Vision Profiler (UVP) and color images taken during stereomicroscope observations. The objective of this thesis is to understand how functional traits of copepods, identified in images, can be related to environmental dynamics and functioning of arctic and sub-arctic ecosystems. In Chapter 1, we analyze in situ images taken by the UVP at the time of spring melt in the Canadian arctic. Morphological variables are used to project the images into a statistical space, and the axes synthesize morphological variation into three continuous features: size, opacity (which tells us about pigmented structures), and complexity of contour (likely indicating feeding activity through appendage visibility). This exploratory analysis revealed novel traits, having variations strongly correlated with sea ice melt and algal blooms phenology. Several arguments indicate that opacity maxima in individuals can be attributed to the presence of astaxanthin, a red carotenoid pigment. In Chapter 2, a review of the literature highlighted the ecological conditions conducive to copepod coloration for various aquatic ecosystems on a global scale. We demonstrate that red pigmentation can participate in the success of individuals (growth, survival, reproduction) through the antioxidant properties of astaxanthin. Since pigmentation appears to be adjustable on short time scales and advantageous under various environmental conditions (intense light, low temperatures and ice cover, or great depths), we believe it can be considered as a "swiss army knife" of metabolic protection. In Chapter 3, an astaxanthin color deconvolution method was used to produce a redness index on stereomicroscope images of arctic copepods. The index was validated by comparison with a chemical quantification of the pigments, and can be used for images taken under various conditions thanks to a prior calibration step of the color channels. This thesis shows that it is possible to extract a maximum amount of information from a plankton image to identify ecological trends on large datasets, while keeping access to inter-individual variability. Using the traits defined here (size, grazing pressure, antioxidant levels), in combination with other tools, could participate in understanding the functioning of food webs.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les écosystèmes d'eau douce des latitudes extrêmes sont confrontés à une série de menaces liées à des changements climatiques rapides, dépassant les seuils écologiques. Toutefois, l'hétérogénéité des paysages et le manque de données de surveillance à long terme empêchent de prédire avec précision les réactions biotiques au changement climatique. Compte tenu de la diminution prévue de la couverture de glace, la compréhension limitée des réponses biotiques sur de longues périodes dans les lacs de l'Arctique devient évidente. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse comprennent la reconstitution des conditions environnementales de la fin de l'Holocène dans trois lacs situés le long des franges côtières du bras Clements Markham (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), sur le nord de l'île d'Ellesmere, et l'établissement d'une taxonomie complète des diatomées dans la région étudiée. L'influence présumée de la diminution de la couverture glaciaire a probablement amélioré la disponibilité de la lumière et diversifié les microhabitats récemment dans chaque lac de recherche. Cela se reflète dans la structure des assemblages de diatomées de chaque lac, les diatomées étant manifestement absentes dans la plupart des enregistrements jusqu'aux intervalles les plus élevés. Les premiers assemblages de diatomées de l'Arctique étaient principalement constitués de fragilarioïdes benthiques, qui se sont considérablement diversifiés au cours des 80 dernières années. Ce changement floristique a inclus des espèces planctoniques centrées, représentatives d'une plus grande stabilité thermique résultant de saisons prolongées sans glace. L'émergence et la diversification des diatomées correspondent à des pics notables de la teneur en matière organique et à des hausses de température dans l'Arctique, ce qui corrobore ce nouveau régime écologique. Collectivement, cette recherche élargit la documentation limitée des apparitions récentes de diatomées sur l'île d'Ellesmere, découvrant un changement récent et supplémentaire qui a initié une plus grande diversification des espèces en raison de changements environnementaux récents et rapides. / Freshwater ecosystems at extreme latitudes face a range of threats from rapid climatedriven changes, surpassing ecological thresholds. However, landscape heterogeneity and limited long-term monitoring data hinders accurate predictions of biotic responses to climate change. Given the projected declines in ice cover, the limited understanding of biotic responses over extended timeframes in Arctic lakes becomes evident. Within this context, the objectives of this thesis include reconstructing late-Holocene environmental conditions of three lakes along the coastal fringes of the Clements Markham Inlet (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), on northern Ellesmere Island and to establish a comprehensive diatom taxonomy in the study region. The presumed influence of declining ice cover likely enhanced light availability and diversified microhabitats recently in each research lake. This was reflected in the diatom assemblage structures, as diatoms were conspicuously absent throughout most of the records until the uppermost intervals. Early Arctic diatom assemblages primarily consisted of benthic fragilarioids, culminating in a substantial diversification over the last ~80 years. This floristic shift included planktonic centric species, representative of greater thermal stability resulting from prolonged ice-free seasons. The emergence and diversification of diatoms corresponded with notable spikes in organic matter content and temperature rises across the Arctic, further corroborating this novel ecological regime. Collectively, this research broadens the limited documentation of recent diatom appearances on Ellesmere Island, uncovering a recent, additional shift that has initiated a wider species diversification due to recent and rapid environmental changes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un « mode de persistance » concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un « mode de mémoire » concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du « mode de mémoire » malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du « mode de persistance » des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents / Sea ice experiences some major changes in the early 21st century. The recent decline of the summer Arctic sea ice extent, reaching an all-time record low in September 2012, has woken renewed interest in this remote marine area. Sea ice seasonal forecasting is a challenge of operational oceanography that could benefit to several stakeholders : fishing, energy, research, tourism. Moreover, sea ice is a boundary condition of the atmosphere. As such, as tropical sea surface temperature, it may drive some atmosphere seasonal predictability. The goal of this PhD work was to set up a dedicated Arctic sea ice seasonal forecasting system, using CNRM-CM5.1 coupled climate model. We address the initialization strategy, the creation and the evaluation of the hindcasts (or re-forecasts). In contrast to sea ice concentration, very few thickness data are available over the whole Arctic ocean. In order to initialize sea ice and the ocean dynamically and thermodynamically, we used the ocean-sea ice component of CNRM-CM5.1, named NEMO-GELATO, in forced mode. The initialization run is a forced simulation driven by ERA-Interim forcing over the period 1990-2010. Corrections based on satellite data and in-situ measurements leads to skilful simulation of the ocean and sea ice mean state and interannual variability. Sea ice thickness seems overall underestimated, based on the most recent estimates. Some characteristics of sea ice inherent predictability are then addressed. A diagnostic potential predictability study allowed us to identify two regimes of predictability using sea ice volume and the ice thickness distribution. The first one is the 'persistence regime', for winter sea ice area. March sea ice area is potentially predictable up to 3 months in advance using simple persistence, and surface covered by thin ice to a lesser extent. The second one is the 'memory regime', for summer sea ice area. September sea ice area is potentially predictable up to 6 months in advance using volume and to a greater extent the area covered by relatively thick ice. These results suggest that a comprehensive winter volume and thickness initialization could improve the summer forecasts. Summer and winter seasonal hindcasts shows very encouraging skills, in terms of raw and detrended anomalies. These skills suggest a predicatibility from initial conditions besides predictability due to the trend. Summer forecasts analysis shows that the volume and the ice thickess distribution explains a high fraction of the variance of predicted sea ice extent, which confirms the existence of the 'memory regime'. Winter forecasts also suggest the 'persistence regime'. A regional investigation of the winter hindcast helps precising the role of the ocean in the forecasts, and shows to what extent our system predictions could be used operationally, especially in the Barents Sea

La couverture neigeuse arctique peut atteindre jusqu'à un tiers de la surface terrestre. Cet environnement, chimiquement très dynamique, est en interaction avec tous les compartiments environnementaux : l’atmosphère, le sol, les aquifères, et ce influence la biosphère toute entière. Durant les dernières décennies, la neige a été reconnue comme étant un réservoir de microorganismes. Pourtant l’écologie des microbes du manteau neigeux reste mal comprise. L’objectif principal de cette thèse est donc de caractériser le manteau neigeux en tant qu’écosystème fonctionnel, par définition une communauté d’organismes vivants, en conjonction avec la composante non vivante de leur environnement et agissant comme un système. Pour cela, la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes a été analysée via la technologie de séquençage haut débit pour deux types de modèles de manteau neigeux : une neige saisonnière d’eau douce d’un manteau neigeux terrestre (Ny--‐Alesund, Svalbard) et une couverture neigeuse saline sur la glace de mer (Nuuk, Greenland). Le premier objectif est de caractériser l’hétérogénéité des communautés microbiennes en relation avec les fluctuations conditions environnementales. La composition des communautés microbiennes du manteau neigeux est très variable en fonction de l’avancement dans la saison du printemps vers l’été et en fonction de la profondeur. La corrélation entre les fonctions microbiennes et les conditions environnementales soutient l’hypothèse que les communautés microbiennes interagissent avec les fluctuations des conditions en abiotiques de leur habitat. Le second objectif concerne la spécificité des communautés microbiennes du manteau neigeux ; si le manteau neigeux est un écosystème fonctionnel alors les communautés microbiennes le composant devraient présenter des caractéristiques spécifiques liées à leur adaptation aux conditions de cet habitat, malgré la variabilité. La comparaison de la distribution fonctionnelle entre la neige et des environnements distants (polaires ou non) ainsi que des environnements en interaction proche permet de confirmer une spécificité des communautés microbiennes de la neige. Le troisième objectif se concentre sur la sélection environnementale ; étant donné que l’existence d’une communauté microbienne spécifique implique que des processus de sélection se réalisent au sein du manteau neigeux. La comparaison de la distribution de la structure (quels microorganismes sont présents) et la fonction (que sont-ils capables de faire ?) des communautés microbiennes en fonction de la source des microorganismes au sein d’un manteau neigeux couvrant la glace de mer révèle que la communauté est largement influencée mais diffère de leur source en réponse aux conditions environnementales spécifiques. Les résultats préliminaires des analyses metagénomiques et metatranscriptomiques ont révélé qu’il existe une grande variabilité entre les communautés présentes et potentiellement actives au sein du manteau neigeux. Bien que des limitations conceptuelles et techniques persistent, les méthodes de séquençages haut-débit basées sur les molécules d’ARN sont des outils prometteurs pour décrire les réponses à court terme des communautés microbiennes du manteau neigeux aux variations des conditions environnementales. Finalement, une approche mécanistique préliminaire basée sur la mise en place de microcosmes de neige artificielle et des microorganismes modèles a été développée afin de déterminer les processus de colonisation au sein du manteau neigeux. Alors que de nombreuses questions demeurent concernant l’activité microbienne et les interactions complexes de communautés, les études menées durant cette thèse ont permis de soutenir l’hypothèse que la neige est un écosystème fonctionnel. / The Arctic seasonal snowpack can extend at times over a third of the Earth’s land surface. This chemically dynamic environment interacts with different environmental compartments such as the atmosphere, soil and meltwater, and thus, strongly influences the entire biosphere. During the last decades, snow has been recognized as a microbial reservoir. The ecology of snow microorganisms however remains poorly understood. The main goal of this thesis was to investigate the snow as a functional ecosystem; i.e. a community of living organisms in conjunction with the non--‐living component of their environment and interacting as a system. In order to do so, microbial community taxonomic and functional composition of snow samples from two arctic snowpack models: seasonal snow from terrestrial fresh water snowpack (Ny--‐Alesund, Svalbard) and sea ice snow cover (Nuuk, Greenland) was analyzed using high throughput sequencing technologies. The first objective addressed microbial community heterogeneity in relation with fluctuating environmental conditions. Snow microbial community composition was highly variable during spring season and depth. The relationship between microbial functions and environmental conditions supports the hypothesis that the snow microbial community interacts with the abiotic variability characteristic of their habitat. The second objective addressed snow community specificity; if the snowpack is a functional ecosystem, then the microbial communities inhabiting it should have specific features related to their adaptation to the conditions of this environment, despite variability. The comparison of functional distribution between snow and both remote (polar and non polar) and closely interacting environments provided evidence of snowpack microbial community specificity. The third objective focused on environmental selection, given that the existence of a specific snow microbial community implies that one or more selective processes occur in the snowpack. Comparing the distribution of microbial community structure and function as related to the source of the microorganisms in a sea ice snow cover revealed that snow microbial communities were largely influenced by, yet differed from their seeding sources in response to specific environmental conditions. Mechanistic approaches with model microorganisms in snow microcosms were developed during this thesis and, based on preliminary results, will help to determine colonization processes within snowpack. Finally, preliminary results in the first section of Chapter 4 also showed that a high variability exists between the microorganisms present within the snowpack, and those that are active. Although technical and conceptual issues remain, RNA based high throughput sequencing was evaluated as an encouraging tool to evaluate short--‐term responses of microbial communities to environmental fluctuations. While numerous questions remain about microbial activity and complex community interactions, the results from this thesis support the hypothesis that snow is a functional ecosystem.

Les flux d'eau douce, glace de mer et courants océaniques, de l'Océan Arctique vers les mers nordiques jouent un rôle critique sur l'Atlantic Meridional Overturning Circulation et donc sur le système climatique. Les facteurs contrôlant ces flux sont encore partiellement méconnus. Un moyen indirect de retracer l'intensité et les schémas de circulation de la glace de mer est de retracer l'origine des sédiments qu'elle transporte, et qui sédimentent le long des grands courants de glace et d'eau douce vers l'Atlantique Nord. Il s'agit donc de tracer un flux particulaire direct, lié à la matrice des particules détritiques. Un second flux, indirect, provient des éléments dissous dans les masses d'eau, marqués par les processus d'adsorption/désorption le long des marges où les flux particulaires terrigènes sont les plus importants. L'extraction de la phase authigène d'un signal dissous par lessivage spécifique, a permis de documenter l'évolution des masses d'eau transitant par le détroit de Fram. Les données isotopiques de Pb, Nd et Sr nous ont permis d'identifier deux sources principales de sédiments depuis le dernier maximum glaciaire jusqu'au Dryas Récent : les marges canadiennes et russes alors recouvertes par des calottes de glace. Après le Dryas Récent, les sources sédimentaires sont plus diverses avec notamment une contribution des marges groenlandaises et des mers de Chukchi et Est Sibérienne. La fraction authigène montre un changement entre ~ 19.8 et 16.4 ka probablement liée à la déglaciation de la calotte Eurasienne. Plus récemment, les valeurs [Epsilon]Nd suggèrent une influence accrue des eaux Pacifiques sur les masses d'eaux sortantes par le détroit de Fram / Freshwater exports (sea-ice and oceanic currents) from the Arctic Ocean to the nordic seas is a critical component of the Atlantic Meridional Overturning Circulation and hence of the climatic system. Factors controling those exports are still partially unknown. An indirect way of tracing the intensity and patterns of sea-ice circulation is to trace the origin of the sediments it carries and that settle along the main drift routes towards the North Atlantic. We hence document a direct sedimentary flux that is linked to the detrital particle matrices. Another flux, this one being indirect, comes from the dissolved elements that adsorb onto particles along continental margins where sedimentary fluxes are the highest. We have extracted the authigenic (dissolved) phase from the sediment in order document the evolution of water-masses in Fram Strait since the last glacial maximum. Pb, Nd and Sr isotopic data allowed us to identify two sedimentary sources from the late glacial to the onset of the younger Dryas : canadian and western russian margins, then covered by large ice sheets. After the Younger Dryas however, sedimentary supplies originate from several sources including Greeland, Chukchi Sea and East Siberian Sea margins. The authigenic phase displays a change from 19.8 to 16.4 ka likely linked to the early deglaciation of the Eurasian ice sheet. More recently, [Epsilon]Nd values reflect a more important contribution from the Pacific on water masses exiting through Fram Strait