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Les proliférations de cyanobactéries nocives dans les écosystèmes d’eau douce font l’objet d’une préoccupation grandissante dans la population et dans le milieu scientifique. Une meilleure compréhension des facteurs qui contrôlent ces proliférations est essentielle pour en améliorer leur prédiction et leur gestion. L’objectif général de cette thèse est de comprendre les changements dans la structure de la communauté cyanobactérienne d’un réservoir d’eau douce. Le réservoir du lac Saint-Charles constitue une importante source d'eau potable pour la ville de Québec (Canada) et le signalement d’efflorescences de cyanobactéries y est de plus en plus fréquent depuis l’automne 2006. La collecte de données physiques, chimiques et biologiques pendant 5 années consécutives (2007-2011) a tout d’abord permis d’identifier l’état mésotrophique du lac et de mettre en évidence les importantes variations interannuelles des variables limnologiques, fournissant des conditions intermittentes favorables à la dominance des cyanobactéries. De larges variations spatiales – sur un gradient nord/sud – mais aussi interannuelles ont été révélées, à la fois en terme de concentrations observées et d’espèces dominantes (Microcystis aeruginosa, Anabaena flos-aquae et Aphanocapsa/Aphanothece sp.). Ces résultats ont souligné l’existence de contrôles environnementaux contrastés (phosphore, température, stabilité de la stratification) agissant sur les différents taxons de cyanobactéries et la forte sensibilité aux changements environnementaux des réservoirs à écoulement rapide tels que le lac Saint-Charles. L'analyse détaillée des sédiments du lac indique le faible potentiel d’inoculum sous forme de cellules en dormance. Cette observation contraste avec le cas de nombreux lacs touchés par les efflorescences de cyanobactéries et indique le potentiel d’une réponse rapide au contrôle de l’apport en sels nutritifs provenant du bassin versant. L’ensemble de ces recherches a permis de mettre en évidence la nature hautement dynamique des réservoirs d’eau douce, leur sensibilité à l’eutrophisation malgré un court temps de résidence, et la nécessité d'une surveillance continue afin de détecter au mieux l'apparition des taxons responsables pour les proliférations de cyanobactéries / The occurrence of harmful blooms of cyanobacteria in freshwater ecosystems is subject to growing public as well as scientific concern. An improved understanding of the factors controlling the proliferation of bloom-forming taxa is an essential requirement for the adequate prediction and management of this water quality problem. The overall objective of this thesis was to understand the cyanobacterial community dynamics of a north-temperate reservoir. The Lake St. Charles reservoir is a major source of drinking water for Quebec City, Canada, and cyanobacterial blooms have appeared episodically in the lake since autumn 2006. Physical, chemical and biological variables were measured over 5 consecutive summers (2007-2011). This confirmed the mesotrophic status of the lake, and underscored the large interannual variation in limnological conditions that provided intermittently favorable conditions for cyanobacterial growth and dominance. There were pronounced variations in cyanobacterial community biomass and structure among the 5 years, including in the dominant species (Microcystis aeruginosa, Anabaena flos-aquae and Aphanocapsa/ Aphanothece sp.). In addition, large differences in community biomass and composition were observed spatially, with significantly higher cyanobacterial concentrations in the north relative to south. These results indicated that there were contrasting environmental controls (phosphorus, temperature, stability of the stratification) acting on the different taxa of cyanobacteria. This large spatial and temporal variability also reflects the dynamic nature of high through-flow reservoirs such as Lake St. Charles. In situ sediment mapping implied that benthic resting cells, if present, were mostly below detection at all sites. This low potential to inoculate the water column from sediments contrasts with many lakes affected by cyanobacteria blooms and indicates the potential for a rapid response to nutrient loading control in the Lake St. Charles watershed. This research has highlighted the markedly dynamic nature of freshwater reservoirs, their potential sensitivity to eutrophication despite a short hydraulic residence time, and the need for continuous monitoring in order to detect the appearance of bloom-forming cyanobacteria.

Le zooplancton exerce un rôle primordial dans les transferts d’énergie à travers les réseaux trophiques océaniques et dans le cycle biogéochimique du carbone des écosystèmes marins. La communauté entière recycle du CO2 en consommant le carbone photosynthétiquement fixé en surface, et en le respirant ensuite. Des migrateurs verticaux transportent du carbone stocké et le respirent en profondeur, contribuant à son exportation de la zone épipélagique. En Arctique, ce flux actif respiratoire n’a pas été mesuré, malgré un potentiel élevé de transport du à la forte contribution du migrateur saisonnier Calanus hyperboreus à la biomasse zooplanctonique. Cette thèse exploite une série quasi-annuelle de profils de biomasse et de respiration zooplanctoniques pour : (1) quantifier ce processus en mer de Beaufort; (2) améliorer les connaissances sur les fluctuations saisonnières de la distribution verticale de sept copépodes arctiques clés; et (3) suivre le cycle biologique de C. hyperboreus. Ce grand herbivore constituait 45 % de la biomasse zooplanctonique et a effectué les migrations verticales les plus extensives. Son ascension saisonnière, de l’ordre de 200 m, et celles de moindre ampleur de C. glacialis et du petit omnivore Oithona similis, ont coïncidé avec les efflorescences d’algues de glace et phytoplanctoniques. Malgré une reproduction hivernale vigoureuse en profondeur, une débâcle hâtive de la banquise, et une production primaire élevée, un faible recrutement au stade copépodite a entrainé une stagnation de la croissance de la population de C. hyperboreus. Très abondant, l’omnivore Metridia longa, et Microcalanus pygmaeus, ont pu exercer dans leur habitat mésopélagique un contrôle sur cette population en interceptant les œufs de C. hyperboreus flottant vers la surface. Le cryophile Pseudocalanus spp. est resté en permanence dans la zone épipélagique froide, tandis que le mésopélagique Triconia borealis, possiblement un semi-parasite de C. hyperboreus, était associé avec dans la couche Atlantique plus chaude. La température a eu peu d’effet sur les déplacements verticaux des copépodes arctiques. Le grand zooplancton, dominé par les Calanus, était responsable de 89% du broutage zooplanctonique de la production primaire brute d’avril à juillet. Les transports de carbone au delà de 100 m et 200 m par ces Calanus étaient du même ordre de grandeur que les flux gravitationnels de carbone organique particulaire à ces profondeurs. Ces résultats soulignent l’importance d’inclure le transport actif dû aux migrateurs saisonniers du grand zooplancton dans les bilans de carbone de l’Océan Arctique. / Zooplankton play a pivotal role in the energy transfer through the oceanic food webs and in the biogeochemical carbon cycle within marine ecosystems. The entire community recycles CO2 by consuming photosynthetically fixed carbon and respiring it thereafter. Vertical migrants transport stored carbon and respire it at depth, thus, contributing to its export from the epipelagic zone. Active respiratory flux has not been measured in the Arctic despite the high potential for transport due to the strong contribution of the seasonal migrant Calanus hyperboreus to zooplankton biomass. This thesis exploits a quasi-annual time series of zooplankton biomass and respiration profiles to: (1) quantify this process in the Beaufort Sea; (2) improve our knowledge on the seasonal fluctuations of the vertical distribution of seven key arctic copepods; and (3) track the life cycle of Calanus hyperboreus. This large herbivore contributed 45% to the zooplankton biomass and performed the most extensive vertical migration. Its seasonal ascent, ranging about 200 m, and those of lesser magnitude of C. glacialis and the small omnivore Oithona similis, coincided with the ice algae and phytoplankton blooms. Despite vigorous winter reproduction at depth, a precocious ice break-up, and high spring-summer primary production, weak recruitment to copepodite stage caused C. hyperboreus population growth to stagnate. In their mesopelagic habitat, the highly abundant omnivore Metridia longa, and Microcalanus pygmaeus, could have exerted a control on this population by intercepting C. hyperboreus eggs floating toward the surface. The cryophilic Pseudocalanus spp. remained year-round in the cold epipelagic zone while the mesopelagic Triconia borealis, likely a semi-parasite of C. hyperboreus, was associated with it in the warmer Atlantic layer. Temperature had little effect on the vertical displacements of arctic copepods. The Calanus-dominated large zooplankton was responsible for 89% of zooplankton grazing on the April-July gross primary production. Carbon transport below 100 m and 200 m depth, mediated by the Calanus species, was of the same magnitude as the gravitational fluxes of particulate organic carbon to these depths. These results stress the importance of including active transport by large zooplankton migrants in carbon budgets of the Arctic Ocean.

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L’analyse de photographies de la région de la rivière Boniface (Nunavik) a montré une forte expansion du couvert arbustif entre 1957 et 2008. L’objectif principal de ce projet était de déterminer si cette expansion est observable dans les assemblages polliniques récents des sédiments lacustres de cette région. Pour ce faire, une analyse pollinique à fine résolution temporelle a été effectuée sur les sédiments de deux lacs. Les pourcentages polliniques du bouleau glanduleux, la principale espèce responsable de la densification du couvert arbustif, sont plus élevés dans les sédiments récents de ces lacs. De plus, les influx polliniques calculés à l’aide de la datation au 210Pb montrent une augmentation des genres Betula et Alnus depuis environ 1975. Ces influx polliniques doivent toutefois être interprétés avec prudence en raison de difficultés liées à l’élaboration de la chronologie des sédiments. L’analyse pollinique à fine résolution semble néanmoins permettre de détecter l’expansion récente des arbustes.

Le lièvre d’Amérique (Lepus americanus) est une espèce clef de la forêt québécoise, particulièrement à cause de son rôle écologique. Actuellement, sa gestion est limitée par les moyens de qualifier son habitat. En effet, les outils dont nous disposons ne sont pas assez précis et leur résolution est grande par rapport au domaine vital de l’espèce. Mon étude visait donc à élaborer un nouvel outil de gestion en cherchant l’échelle ou la combinaison d’échelles caractérisant le plus fidèlement la qualité de l’habitat du lièvre d’Amérique. J’ai réalisé cette étude dans une sapinière à bouleau jaune située au nord-ouest de Québec. J’ai mis en relation trois années de relevés de fèces avec des données d’habitat prises à six échelles spatiales (10 m, 25 m, 50 m, 100 m, 250 m et 500 m). Ces données d’habitat, i.e. obstruction visuelle latérale de la végétation, fermeture de la canopée et composition en feuillus, conifères provenaient de données de terrain pour les trois premières échelles et de cartes forestières pour les trois autres. J’ai pu déterminer que l’environnement qui influençait le plus la répartition du lièvre allait jusqu’à 50 m de rayon autour d’un point et que les variables les plus significatives étaient la densité latérale de la végétation ainsi que la présence de conifères en régénération.

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