L'hétérogénéité spatiale dans la colonne d'eau d'un lac joue un rôle important sur le contrôle de la distribution du phytoplancton et sur le maintien de sa diversité. Des gradients verticaux environnementaux (p. ex. de température, de lumière ou de nutriments) bien prononcés favorisent la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies et, à travers une différenciation des niches disponibles pour plus d'espèces, sa diversité. Ces relations entre l'hétérogénéité de l'habitat et le phytoplancton ont été montrées par des études expérimentales ou à partir d'observations sur un ou quelques lacs. Cependant, il reste à déterminer si les patrons pour un ensemble de lacs présentant différentes caractéristiques morphométriques et chimiques sont conformes à ces attentes et si la diversité fonctionnelle se révélera plus sensible à ces gradients que les indices taxonomiques traditionnels. Dans les lacs tempérés de l'Hémisphère Nord, la thermocline estivale et le gradient de lumière dans la colonne d'eau constituent les principales structures physiques susceptibles d'affecter le phytoplancton. L'objectif principal de cette étude était ainsi d'évaluer comment la structure physique de la colonne d'eau [pénétration de lumière, profondeur et forme (coefficient de variation de la température) de la thermocline et résistance thermique relative au mélange] affecte la distribution et la diversité du phytoplancton. Les mesures de distribution utilisées incluent la profondeur du maximum de biomasse et le coefficient de variation de la chlorophylle a totale et des différents groupes spectraux de phytoplancton, tandis que pour la diversité deux indices taxonomiques (la richesse en espèces et l'indice de Shannon) et un indice de diversité fonctionnelle ont été utilisés. Afin d'atteindre cet objectif, 45 lacs de deux régions distinctes du Sud du Québec (Canada), l'Estrie et les Laurentides, ont été examinés. Les deux régions diffèrent dans la géologie de leurs bassins versants et dans leur chimie de l'eau. Les patrons dans la distribution, la composition et la diversité du phytoplancton au regard des facteurs environnementaux ont également été examinés dans 18 lacs de l'Estrie lors de trois périodes distinctes de la stratification estivale : le printemps tardif, la mi-été et le début de l'automne. Les résultats de cette étude ont montré que pour l'ensemble des lacs, des gradients plus prononcés de température favorisaient la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies de biomasse, tandis que le maximum de chlorophylle a était plus profond dans les lacs présentant des eaux plus claires et caractérisés par un coefficient de variation de la température plus élevé. D'autre part, la distribution des différents groupes de phytoplancton était distinctement reliée à la couleur de l'eau et à la concentration du phosphore total dans l'épilimnion. En comparant les deux régions, les lacs des Laurentides ont montré des thermoclines moins profondes, et un coefficient de variation de la température ainsi qu'une résistance thermique relative au mélange plus élevés que dans les lacs de l'Estrie. Par conséquent, la biomasse totale et la biomasse des groupes spectraux de phytoplancton étaient distribuées de façon plus hétérogène dans les Laurentides. Sur l'ensemble des lacs, les indices de diversité s'appuyant sur la taxonomie traditionnelle étaient plus élevés dans les lacs présentant une plus grande hétérogénéité verticale de la température mais sujets au mélange induit par le vent. L'indice de Shannon était également plus faible dans les lacs plus eutrophes. L'autre indice de diversité, la diversité fonctionnelle, était uniquement et plus fortement relié à la profondeur maximale du lac, une variable qui intègre d'autres variables physiques associées à la différentiation et à la stabilité de l'habitat pour le phytoplancton (p. ex. le coefficient de variation de la température et la résistance thermique relative au mélange). Alors que les mesures de diversité taxonomique différaient peu entre les régions, la diversité fonctionnelle était plus élevée en Estrie. D'autre part, l'indice de Shannon et la diversité fonctionnelle diminuaient avec la profondeur maximale du lac en Estrie, mais suivant une relation opposée dans les Laurentides. Dans la plupart des lacs étudiés, les changements dans la composition des communautés phytoplanctoniques durant la saison de croissance suivaient le patron de succession du phytoplancton prédit pour les lacs dimictiques tempérés, sauf pour quelques exceptions. Dans les trois périodes examinées, des gradients de température plus prononcés favorisaient la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies, alors que le maximum de biomasse était moins profond dans les lacs eutrophes avec peu ou pas de stratification. La position verticale du maximum de biomasse des différents groupes de phytoplancton ne variait pas avec la période examinée, alors que leur biomasse était distribuée de façon plus homogène au début de l'automne, particulièrement pour les cyanophytes et les cryptophytes. Cependant, la plus grande variation temporelle dans les variables phytoplanctoniques a été observée pour les trois mesures de diversité, avec des valeurs plus élevées à la mi-été quand la stratification thermique était plus prononcée et plus stable. En conclusion, les résultats de cette étude montrent que pour un ensemble de lacs une hétérogénéité spatiale plus élevée de la colonne d'eau favorise la formation d'agrégats de phytoplancton et sa diversité. De plus, l'indice de diversité fonctionnelle montre des réponses plus simples et plus fortes aux facteurs environnementaux que les indices de diversité taxonomique traditionnels. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : phytoplancton, distribution verticale, diversité, hétérogénéité de l’habitat, structure thermique, lumière.

Une atmosphère saine est un besoin élémentaire pour le bien être et la santé humaine. La matière particulaire en suspension (Particle Matter, PM) est bien connue pour avoir un impact significatif sur la santé. Les mesures de PM2.5 et PM10 au niveau du sol reflètent l’influence de la dynamique de la couche limite et du mélange des aérosols locaux ou advectés sur de grandes distances. Le lien entre épaisseur optique en aerosol (aerosol optical thickness, AOT) et PM dépend de la relation entre propriétés optiques et massiques et de la distribution verticale des particules dans l’atmosphère. Nous présentons 3 expériences de terrain dédiées à la caractérisation des aérosols de pollution dans le Nord de la France: la première lors d’un évenement de pollution printanier sur Lille, la seconde durant un événement de pollution hivernal sur Dunkerque et la troisième durant des occurrences de brise de mer sur le littoral Dunkerquois. Nous avons utilisé 2 systèmes Lidar différents, le premier dans le visible (532 nm) et le second dans l’UV (355 nm); un photomètre solaire automatique et des mesures de PM2.5 et PM10 par TEOM. L’altitude supérieure de la couche de mélange (Mixed boundary layer, MBL) est détectée par Lidar et nous avons été capable de suivre le développement classique de la couche limite convective ainsi que des décroissances brutales d’altitude de la MBL dues à la brise de mer. Les profils d’extinction aérosols ont été estimés en utilisant un rapport Lidar de 67 sr à 532 nm à Lille, 77 sr à 532 nm et 30 sr à 355 nm à Dunkerque. Nous avons analysé l’impact du transport grande échelle de masses d’air polluée, du développement convectif de la MBL et du développement de la cellule de brise de mer sur les profils verticaux d’extinction en aérosols. Le signal Lidar dans les premières centaines de mètres est très bien corrélé (coefficient de corrélation supérieur à 0.9) avec les concentrations massiques mesurées au sol dans tous les cas. Il est également montré que l’introduction de la hauteur de la MBL permet une meilleure détermination des PM à partir de l’épaisseur optique. / Clean air is considered to be a basic requirement for human health and well-being. Particulate matter is known to have a significant impact on health. The variability of Particle Matter (PM2.5 and PM10) concentrations recorded at ground-level is influenced by the boundary layer dynamics, local emissions, and advection and mixing of large scale transported aerosols. The link between columnar aerosol optical thickness (AOT) and ground-level PM depends on the relationship between mass and optical properties and on the vertical distribution of aerosols in the atmosphere. We present three field experiments dedicated to the characterization of pollution aerosols in the North of France: the first one during a spring pollution episode in metropolitan area of Lille (50.61°N, 3.14°E), the second one during a winter pollution episode in the industrial coastal city of Dunkerque (51°04'N; 2°38'E) and the third one during summer sea breezes on coastal area of Dunkerque. We have used 2 different Lidar systems, one in the UV (355 nm) and the other one in the visible (532 nm), an automatic sun photometer, and PM2.5 and PM10 measurements with TEOM. The mixed layer (MBL) top altitude is detected from the Lidar signal and we were able to monitor the classical diurnal evolution of the convective continental boundary as well as short-time decreases in the MBL height due to sea breeze occurrences. The aerosol extinction profiles were estimated using a Lidar ratio of 67 sr at 532 nm in Lille, and 77 sr at 532 nm and 30 sr at 355 m in Dunkerque. We have analyzed the impact of long range transport of polluted air masses, convective development of the MBL, and sea breeze development on the vertical profile of aerosol extinction coefficient. The Lidar signal in the first few hundred meters is well correlated (correlation coefficient above 0.9) with the PM concentrations in all cases. It is found that introducing the Lidar derived MBL height enable a better estimation of PM from measured AOT. Clean air is considered to be a basic requirement for human health and well-being. Particulate matter is known to have a significant impact on health. The variability of Particle Matter (PM2.5 and PM10) concentrations recorded at ground-level is influenced by the boundary layer dynamics, local emissions, and advection and mixing of large scale transported aerosols. The link between columnar aerosol optical thickness (AOT) and ground-level PM depends on the relationship between mass and optical properties and on the vertical distribution of aerosols in the atmosphere. We present three field experiments dedicated to the characterization of pollution aerosols in the North of France: the first one during a spring pollution episode in metropolitan area of Lille (50.61°N, 3.14°E), the second one during a winter pollution episode in the industrial coastal city of Dunkerque (51°04'N; 2°38'E) and the third one during summer sea breezes on coastal area of Dunkerque. We have used 2 different Lidar systems, one in the UV (355 nm) and the other one in the visible (532 nm), an automatic sun photometer, and PM2.5 and PM10 measurements with TEOM. The mixed layer (MBL) top altitude is detected from the Lidar signal and we were able to monitor the classical diurnal evolution of the convective continental boundary as well as short-time decreases in the MBL height due to sea breeze occurrences. The aerosol extinction profiles were estimated using a Lidar ratio of 67 sr at 532 nm in Lille, and 77 sr at 532 nm and 30 sr at 355 m in Dunkerque. We have analyzed the impact of long range transport of polluted air masses, convective development of the MBL, and sea breeze development on the vertical profile of aerosol extinction coefficient. The Lidar signal in the first few hundred meters is well correlated (correlation coefficient above 0.9) with the PM concentrations in all cases. It is found that introducing the Lidar derived MBL height enable a better estimation of PM from measured AOT.

Le broutage du phytoplancton par les copépodes arctiques effectue le transfert d’énergie des producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. Les interactions prédateur-proie entre le phytoplancton et le zooplancton dans la colonne d’eau sont toutefois difficiles à étudier puisque l’échantillonnage du zooplancton se fait généralement à l’aide de filets qui stratifient grossièrement la colonne d’eau. La détermination des paramètres physiologiques chez les copépodes, tels que le contenu lipidique, se fait aussi à une résolution verticale grossière. Pour pallier cette limite, ce projet de recherche utilise le LOKI (Lightframe On-sight Key-species Investigation), un système de caméra sous-marine fournissant des données à une résolution verticale de 1 m. Un modèle d’identification automatique du zooplancton qui repose sur l’intelligence artificielle a été développé et appliqué à des profils échantillonnés au cours de l’automne 2013 dans la polynie des eaux du nord et le détroit de Nares dans l’Arctique canadien. Le modèle transforme les images du LOKI en information taxonomique et différencie un grand nombre d’organismes et de classes de particules (n=114), incluant les stades de développement des copépodes. Deux études ont été réalisées à partir des images du LOKI identifiées automatiquement. Premièrement, lors d’une dérive Lagrangienne, les distributions verticales à haute résolution (1 m) des copépodes Calanus hyperboreus, C. glacialis et Metridia longa ont été mises en relation avec leurs lipides totaux (TL, mg) et leur abondance lipidique (LF, %). Les copépodites de C. hyperboreus et C. glacialis avec une faible LF effectuent une migration nycthémérale vers les eaux de surface pendant la nuit pour se nourrir, alors que les individus du même stade de développement avec une haute LF cessent leur migration et restent en profondeur, probablement pour la diapause. La migration pour la diapause chez C. hyperboreus semblait avoir lieu pour une LF d’environ 50% alors que C. glacialis avait besoin d’une plus grande LF (60%). Un modèle bioénergétique a montré que les femelles du genre Calanus avaient suffisamment de lipides en réserve pour demeurer en diapause pendant plus de 365 jours, soulignant leur capacité à se reproduire à partir de leurs réserves (capital breeders). Dans une deuxième étude, le couplage des stades de développement de C. hyperboreus et C. glacialis et de leur nourriture phytoplanctoniques a été étudié à haute résolution verticale dans la polynie des eaux du Nord et le détroit de Nares. Trois types de distributions verticales de copépodes en réponse au maximum de chlorophylle de subsurface (MCS) et au rayonnement photosynthétiquement actif incident ont été identifiés, tous étant conformes à l’hypothèse d’évitement des prédateurs. Aux stations où les abondances de copépodes étaient les plus élevées dans le MCS, C. hyperboreus et C. glacialis (stades C4 et C5) était partitionnés verticalement à fine échelle (1-2 m). Alors que les pics d’abondance de C. hyperboreus C4 et C5 ont été trouvés au coeur du MCS, les pics d’abondance de C. glacialis C4 et C5 étaient juste au-dessus et en dessous de leurs congénères. Le partitionnement pourrait être expliqué par une stratégie optimale de recherche de nourriture ou par les préférences alimentaires des copépodes pour les taxons phytoplanctoniques occupant le MCS. Un éclairage nouveau sur le fin couplage vertical entre le phytoplancton et le zooplancton est important pour une meilleure compréhension des effets des changements climatiques sur l’écosystème marin Arctique. / The grazing of phytoplankton by Arctic copepods channels energy from primary producers to higher trophic levels. However, the predator-prey interactions between phytoplankton and zooplankton in the water column are difficult to study since zooplankton sampling still relies heavily on nets that roughly stratify the water column. The quantification of physiological parameters of copepods, such as lipid content, is also made at coarse vertical resolution. To overcome this limitation, this research used the Lightframe On-sight Keyspecies Investigation (LOKI) system, an underwater camera that provides 1 m vertical resolution. An automatic zooplankton identification model, based on artificial intelligence, was developed for the analysis of profiles sampled in fall 2013 in the North Water Polynya (NOW) and Nares Strait (NS), in the Canadian Arctic. The model turns LOKI images into taxonomic information and can differentiate 114 taxa (organisms and particles), including the developmental stages of copepods. Two studies were carried out based on automatically identified LOKI images. First, during a Lagrangian drift, fine-scale vertical distributions (1-m resolution) of the copepods Calanus hyperboreus, C. glacialis and Metridia longa were studied in relation to their total lipids (TL, mg) and lipid fullness (LF, %). C. hyperboreus and C. glacialis with low LF performed diel vertical migration to surface waters at night to feed, while same-stage individuals with high LF ceased migrating and remained at depth to diapause. Migration to diapause in C. hyperboreus occurred at a LF of approximately 50%, while C. glacialis needed a higher LF (60%). A bioenergetics model showed that Calanus females had enough lipids stored to diapause for over 365 days, highlighting their capacity for capital breeding. In a second study, the fine-scale vertical coupling of C. hyperboreus and C. glacialis developmental stages with their phytoplankton food was studied in the NOW and NS. Three types of copepod vertical distributions in response to the subsurface chlorophyll maximum (SCM) and incident photosynthetic active radiation levels were identified, all of them being in accordance with the predator avoidance hypothesis. At stations where copepod abundances peaked in the SCM, C4 and C5 C. hyperboreus and C. glacialis were vertically partitioned on a fine scale (1-2 m). While C. hyperboreusC4 and C5 abundance peaks were found in the core of the SCM, C. glacialis C4 and C5 peaked just above and below their congeners. The partitioning could be explained by optimal foraging theory or the copepods’ feeding preferences for phytoplankton taxa occupying the SCM. Insight into the fine scale vertical coupling of phyto- and zooplankton is important for a better understanding of climate change effects on the Arctic marine ecosystem.

L’objectif principal de ce mémoire était d’évaluer et d’interpréter les changements interannuels dans la production primaire nette du phytoplancton et des diatomées en particulier, à partir d’un suivi temporel de la distribution verticale et de l’inventaire des nutriments dans le sud-est de la mer de Beaufort (2003-2011) et le nord de la baie de Baffin (1997-1999; 2005-2011). En mer de Beaufort, une augmentation de la consommation de nitrate était cohérente avec l’approfondissement de la nitracline par le phytoplancton du maximum sub-superficiel de chlorophylle. Pour la baie de Baffin, les résultats suggèrent une baisse de la productivité associée à une augmentation de la stratification et un mélange réduit. L’analyse des rapports de consommation pour les différents nutriments ainsi que ceux de la composition élémentaire de la matière organique particulaire indique que ces changements sont causés principalement par les diatomées en réponse aux récentes perturbations environnementales subies par l’océan Arctique.

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.

L'agriculture verticale en bâtiment est un nouveau mode de production innovant en pleine expansion. Elle permet de recréer des conditions optimales de culture et a comme avantage d'augmenter la productivité et la qualité des légumes produits. Aux vues de l'importance de la lumière dans le processus de photosynthèse et du coût économique relié à l'éclairage artificiel en agriculture verticale, l'objectif de cette étude était d'établir une stratégie d'éclairage artificiel pour la production de légumes-feuilles biologiques en production verticale en milieu contrôlé. Plus précisément, d'identifier l'effet de l'intégrale d'énergie lumineuse journalière (IEJ), soit la photopériode par la densité de flux photonique photosynthétique (DFPP), du fractionnement de la photopériode, de l'utilisation d'une phase de faible intensité lumineuse en remplacement de la phase nocturne et de la composition spectrale sur la performance agronomique et la qualité de verdurettes. Trois séries d'expériences ont été réalisées ; la première portait sur l'étude de la photopériode et de l'intensité lumineuse sur la croissance de légumes-feuilles jusqu'au stade adulte, la seconde étudiait le fractionnement de la photopériode sur 12 espèces ou cultivars de verdurettes au stade juvénile et la troisième, réalisée en milieu commercial à la ferme l'Abri Végétal, évaluait l'impact de la qualité spectrale sur les mêmes 12 espèces ou cultivars de verdurettes. Cette étude a démontré que la fragmentation et l'allongement de la photopériode à 20-h par jour par rapport à une photopériode conventionnelle de 18 h pour une même IEJ a permis d'augmenter de 20 à 23 % la productivité des verdurettes cultivées, et ce, sans causer de désordres physiologiques. L'effet de la phase de faible intensité lumineuse, correspondant au point de compensation lumineux, sur les légumes-feuilles au stade adulte et verdurette n'a toutefois pas augmenté la productivité. Les réponses des légumes-feuilles au stade adulte et juvénile ont été spécifiques à l'espèce ou cultivar.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les flux de carbone organIque particulaire (POC) sont des déterminants clés de la régulation du climat sur Terre. Les rapides changements climatiques qui affectent les hautes latitudes nordiques sont susceptibles de modifier abruptement la dynamique des flux de POC dans l'océan Arctique. Les implications de telles modifications pour le réseau alimentaire marin et le climat sont inconnues. Afin d'examiner le contrôle physique et biologique des flux verticaux de POC dans l'océan Arctique, des pièges séquentiels à particules ont été mouillés dans la région du plateau canadien de la mer de Beaufort. Une . première étude sur le talus continental a révélé le fonctionnement horizontal partiel des flux de POC dans les mers englacées, puisqu'environ la moitié du flux vertical récolté à cet endroit a été relié à l'advection latérale de particules par la convection thermohaliQe. Ainsi, advenant un accroissement de la quantité de matériel organique ·produite dans un océan Arctique à couvert de glace estival absent, la séquestration de POC serait augmentée à cause de la formation d'un plus grand volume de glace saisonnière. L'investigation subséquente du cycle annuel d'export de POC sur le plateau a permis d'élaborer un modèle conceptuel de cet écosystème qui varie selon l'importance relative des apports de POC labile ou réfractaire. Ce modèle suggère que si les changements climatiques induisent une augmentation des apports terrigènes et de détritus sur les plateaux arctiques, le développement d'un écosystème basé sur le recyclage du POC serait favorisé. Finalement, l'examen de la variabilité interannuelle des flux de POC en marge du plateau ~ révélé que les flux verticaux les plus élevés étaient détectés en concomitance avec un retrait tardif des glaces, une forte floraison pulsée et un mismatch apparent avec les consommateurs pélagiques. Ce résultat supporte qu'une débâcle précoce et une plus longue saison de production primaire dans les mers arctiques profiterait davantage au transfert trophique de POC qu'à son export vertical. La conclusion générale de la thèse illustre la complexité de prédire la nature et la magnitude des flux verticaux de POC dans un océan Arctique affecté par de multiples changements environnementaux. Le maintien à long terme d'observatoires marins (ex. lignes de mouillage) est donc essentiel à une meilleure synthèse des liens qui unissent le climat et le cycle du carbone organique dans les hautes latitudes nordiques.

No description available.

Les contaminants d’intérêt émergent (CIEs) ont fait l’objet d’un nombre croissant d’études ces dernières années, notamment dans les milieux aquatiques. Il existe cependant certains manques de connaissances concernant leur occurrence et leur distribution dans les systèmes hydrologiques complexes, notamment la distribution verticale à travers différentes masses d’eau. Les variations saisonnières entre conditions estivales et hivernales restent difficiles à établir en raison des conditions météorologiques hivernales rigoureuses au Canada, limitant l’accessibilité des échantillons. Ainsi, ce projet de maîtrise a porté sur l’étude de 90 CIEs, comprenant des pesticides, des produits pharmaceutiques et marqueurs anthropiques, des hormones et des substances perfluorées dans un environnement océanographique, soit l’Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (EGSL). Deux expéditions ont été menées en conditions hivernales (hivers 2019 et 2020) et une en conditions estivales (été 2019). Ces missions ont permis d’évaluer, dans un premier temps, la distribution spatiale des CIEs dans l’eau de surface le long de l’EGSL, puis, dans un second temps, la variation des concentrations de surface associées aux différentes températures, salinités, couvertures de glace, processus de dégradation ou débit du fleuve des saisons. Par ailleurs, un échantillonnage à plusieurs profondeurs durant l’hiver 2020 a permis de dresser un profil vertical des concentrations le long de l’Estuaire et du Golfe du Saint-Laurent. Finalement, la filtration de larges volumes d’eau de surface durant l’hiver 2020 a permis d’évaluer la concentration des CIEs adsorbés sur la matière en suspension (phase particulaire) et conséquemment, le partitionnement entre la phase dissoute et particulaire, influencé par la variation de la salinité et de la quantité de matière en suspension. Les analyses ont été effectuées grâce au développement et à la validation d’une nouvelle méthode multi-résidus impliquant la chromatographie liquide à ultra-haute performance (UHPLC) couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS). À notre connaissance, il s’agit de la première étude à caractériser divers contaminants émergents dans les eaux de l’Estuaire et du Golfe du Saint-Laurent, particulièrement pendant la période hivernale et à travers la colonne d’eau. / Contaminants of Emerging Concern (CECs) have been increasingly studied since recent years, for instance in aquatic ecosystems. However, there exist significant knowledge gaps regarding their occurrence and distribution in complex hydrological systems, including their vertical distribution in different water bodies. Seasonal variations between summer and winter conditions are also difficult to establish because of the rigorous winter weather conditions in Canada, restricting the accessibility of samples. Thus, this project focused on the study of 90 CECs, including pesticides, pharmaceuticals and anthropogenic markers, hormones, and perfluorinated substances in an oceanographic environment, namely the St. Lawrence Estuary and Gulf (SLEG). Two expeditions were conducted under winter conditions (winters 2019 and 2020) and one under summer conditions (summer 2019). These expeditions first assessed the spatial distribution of CECs along the SLEG and, secondly, the seasonal and annual variations of the concentrations associated with the different temperatures, salinities, ice cover, degradation processes or seasonal river flow. In addition, sampling at multiple depths during the winter of 2020 allowed for documenting the vertical profiles of CECs throughout the SLEG. Finally, the filtration of large volumes of surface water during the winter of 2020 allowed for the evaluation of the CECs adsorbed onto suspended particle matter (SPM) and consequently, the partitioning between dissolved and particulate phases, influenced by salinity and SPM variations. Analyses were performed following the development and validation of a new multi-residue method involving ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled with high-resolution mass spectrometry (HRMS). To the best of our knowledge, this is the first study to report the occurrence of emerging contaminants in the SLEG, especially during the winter season and across the water column.

La distribution et l’abondance des poissons sont largement déterminées par les interactions trophiques et les conditions environnementales. Les changements climatiques en Arctique constituent des modifications environnementales majeures susceptibles d’influencer le succès des espèces. Au sein du réseau trophique pélagique de l’Arctique canadien, la morue arctique (Boreogadus saida) assure la majeure partie des flux de carbone entre la production zooplanctonique et les prédateurs supérieurs. Cependant, l’écologie des stades adultes de cette espèce clé reste très mal connue. Ce manque de connaissances est largement imputable aux difficultés d’échantillonnage dans les conditions extrêmes de l’océan Arctique. L’acoustique sous-marine a été utilisée dans cette thèse, en couplage avec des données d’océanographie physique et biologique, afin d’améliorer les connaissances sur l’écologie de la morue arctique en mer de Beaufort. Une série temporelle hivernale acquise à une station fixe de 230 m de profondeur en baie de Franklin a permis de percer l’écologie hivernale de la morue arctique. L’étude à l’échelle saisonnière a montré que sous le couvert de glace, la morue arctique se maintenait dans la partie inférieure de la colonne d’eau, et était associée à l’halocline pacifique. Les estimations de biomasses ont progressivement augmenté à partir de la fin janvier (10 g m–3) pour atteindre des valeurs maximum en avril (2673 g m–3). Cette accumulation de morue arctique résulte probablement d’une advection passive dans les eaux de talus. L’étude à l’échelle journalière a mis au jour l’existence de migrations verticales journalières de la morue arctique, déclenchées par le taux de changement de lumière. La migration nocturne d’une partie de la population vers la surface reflète un comportement adopté par les plus petits individus pour s’alimenter en réduisant à la fois la compétition avec les plus grands individus et le risque de prédation par les phoques. Enfin, l’étude de la distribution spatiale avant la consolidation de la banquise a montré que la morue arctique se concentrait sur les talus (isobathes 150 à 600 m) du plateau du Mackenzie et du golfe d’Amundsen. Les densités étaient plus faibles (< 1 g m–3) que dans l’agrégation hivernale et constituaient probablement la source de l’agrégation détectée en baie de Franklin. Cette thèse a permis de caractériser l’habitat de la morue arctique et les interactions trophiques qui déterminent son comportement. Les estimations de biomasses ont confirmé l’importance de cette espèce dans le réseau trophique pélagique de l’Arctique. / Distribution and abundance of fish are greatly determined by trophic interactions and environmental conditions. Climate change in the Arctic constitutes major environmental modifications likely to influence the success of species. Within the pelagic trophic web of the Canadian Arctic, Arctic cod (Boreogadus saida) makes the most part of carbon fluxes between zooplanktonic production and top predators. However, the ecology of adult stages of this key species remains poorly known. This lack of knowledge is mostly attributable to sampling difficulties in the extreme conditions of the Arctic Ocean. Marine acoustics were used in this thesis, coupled with physical and biological oceanographic data, in order to improve the knowledge about Arctic cod’s ecology in the Beaufort Sea. A winter time series collected at 230 m deep fixed station in Franklin Bay enabled to uncover winter ecology of Arctic cod. The seasonal scale study showed that under the sea-ice cover, Arctic cod maintained in the lower half of the water column, and was associated with Pacific halocline. Biomass estimates progressively increased from late January (10 g m–3) to reach maximum values in April (2673 g m–3). This Arctic cod accumulation probably resulted from a passive advection within slope waters. The daily scale study revealed the existence of diel vertical migrations of Arctic cod, triggered by the rate of change in light intensity. The nocturnal migration of a part of the population toward surface reflects a behaviour adopted by smaller individuals to feed, reducing at the same time competition with larger individuals and predation by seals. Finally, the study of spatial distribution prior to sea-ice consolidation showed that Arctic cod concentrated on slopes (isobaths 150 to 600 m) of Mackenzie shelf and Amundsen Gulf. Densities were lower (< 1 g m –3) than in the winter aggregation and likely constituted the source for the aggregation detected in Franklin Bay. This thesis enabled to characterize the habitat of Arctic cod and trophic interactions that determine its behaviour. Biomass estimates confirmed the importance of this species in the pelagic food web of the Arctic.