Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une petite population endémique, peu étudiée, occupe maintenant les eaux de l'estuaire moyen du Saint-Laurent et du fjord du Saguenay. Des données sur la densité, la composition (âges et sexes) des hardes, l'alimentation et les déplacements en août 1973, juin-septembre 1974 et juin-août 1975 sont tirées de l 200 heures d'observations systématiques (85,5% d une falaise haute de 15 m a l'embouchure du Fjord), et d'interviews avec environ 250 pêcheurs et ex-chasseurs de bélugas. De la falaise, on a observé 2 379 bélugas (max. 255/jour, le 22 juin 1975). On a suivi un troupeau de 20-25 animaux pendant 15,5 heures le ler août 1975. La densité mensuelle moyenne variait de 0,6 a 9,3 individus/h, sauf en septembre 1974 (25,1 indiv./h); la densité minimale a semblé se produire en juillet (0,6/h en 1974, 2,6/h en 1975). Les bélugas occupent le Saguenay de la mi-juin jusqu'en novembre; on les retrouve principalement dans les anses les plus importantes du Fjord inférieur, .dont sept aires présumées d'alimentation (probablement surtout du Capelan) a des profondeurs de 0,75-50 m. On a reconnu 88 individus avec marques naturelles, l un identifie plusieurs fois en trois ans et un autre en deux ans dans le Fjord inférieur. A l embouchure du Fjord, les bélugas nagent ordinairement vers l'amont durant l'étale de mer basse et vers l'aval durant la phase rapide du reflux. Ils suivent des trajets habituels en montant ou descendant le Saguenay, souvent près du rivage ou les courants de marée leur seraient favorables. Le troupeau suivi pendant 15,5 heures a passé 32,8% du temps dans trois aires présumées d'alimentation hors du Fjord et 67,2% a se déplacer entre de telles aires. Les bélugas ont parcouru 58 km à une vitesse moyenne de 3,74 km/h. Si la population de bélugas du Saint-Laurent est de 500 individus, alors leurs besoins métaboliques seraient de 18,34 tonnes métriques de nourriture (Capelan) par jour. / A small, little studied, endemic population of bélugas, or white whales, now occupies the Middle St. Lawrence Estuary and Saguenay Fjord. Data on density, sex and age composition of herds, feeding and movements in August 1973, June-September 1974 and June-August 1975 were obtained through more than 1 200 hours of systematic visual observations (85,5% from a 15 m cliff at the mouth of the Fjord), and interviews with about 250 fishermen and ex-beluga whalers. From the cliff, 2 379 bélugas (max. 255/day, June 22, 1975) were observed. A school of 20-25 bélugas was followed during 15,5 hours on August 1, 1975. Mean monthly density varied from 0,6 to 9,3 individuals/h, except in September 1974 (25,1 indiv./h); minimum density seems to occur in July (0,6/h in 1974, 2,6/h in 1975). Bélugas occupy the Saguenay from mid-June until November, and occur mainly in the more important coves of the lower Fjord, seven of which were presumably feeding areas (probably mostly for Capelin) at depths of 0,75-50 m. A total of 88 individuals with natural markings were recognized, one being seen several times in three years and another in two years in the lower Fjord. At the mouth of the Fjord, bélugas usually travel upstream during slack low water and downstream at fast ebb. They follow habitual routes on their way up or down the Saguenay, often close to shore where these tidal currents are presumably more favorable. The school followed during 15,5 hours spent 32,8Z of the time in three presumed feeding areas outside the Fjord and 67,2% travelling between such areas. They swam over 58l<m at a mean speed of 3,74 km/h. If there are 500 bélugas in the St. Lawrence population, they will have a metabolic need for 18,34 metric tons/day of food (capelin).

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Un des défis actuels en écologie du plancton est de déterminer la contribution relative des processus abiotiques et biotiques dans le contrôle environnemental des communautés planctoniques selon différentes échelles spatiales et suivant un continuum d'hétérogénéité environnementale. Cette thèse répond à ces attentes et vise deux principaux objectifs: (1) déterminer l'hétérogénéité spatiale de la biomasse et de la structure en taille des communautés planctoniques aux échelles intra- et inter-lacs; (2) évaluer la contribution relative des facteurs environnementaux ascendants "Bottom-Up" et/ou descendants "Top-Down" à l'origine de cette hétérogénéité. Afin de répondre à ces objectifs, quatre études ont été réalisées à différentes échelles spatiales intra-lac et inter-lacs. A l'échelle intra-lac, nous avons déterminé dans un lac de tourbière l'influence de la prédation par les invertébrés (Chaoboridae) et de la physico-chimie des eaux sur la distribution horizontale et verticale de la biomasse zooplanctonique et sur sa structure en taille (Chapitre 1). Dans le lac Geai, l'hétérogénéité du zooplancton était aussi importante sur l'axe horizontal que vertical. La prédation était le facteur le plus important influençant la répartition horizontale et verticale du zooplancton. La taille et la densité des Chaoboridae, ainsi que la conductivité des eaux influençaient la répartition horizontale du zooplancton dans le lac. Sur l'axe vertical, la biomasse zooplanctonique diminuait avec la profondeur. Le zooplancton évitait les eaux hypolimnétiques froides et anoxiques où se retrouvaient de fortes densités de gros prédateurs Chaoboridae. La seconde étude à l'échelle intra-lac avait pour objectif d'évaluer dans un lac subalpin les effets de la prédation par les juvéniles de perche (Perca fluviatilis) sur la distribution horizontale et verticale des daphnies et des copépodes cyclopoïdes au cours d'un cycle jour-nuit (Chapitre 2). La répartition horizontale et verticale du zooplancton était inverse à celle des poissons. Sur l'axe vertical, le zooplancton était situé de jour dans l'hypolimnion évitant ainsi la prédation par les juvéniles de perche situés dans les eaux épilimnétiques. Une forte opposition horizontale a été identifiée autant de jour que de nuit. La majorité de la densité zooplanctonique a été enregistrée en zone littorale, tandis que la biomasse de perche était principalement pélagique. Nous avons proposé l'hypothèse que la répartition inverse horizontale et verticale du zooplancton face à leur prédateur était due à la prédation des poissons, ainsi que par leur comportement d'anti-prédation (migrations horizontale et verticale). Au cours de la nuit, les cyclopoïdes qui constituaient le principal item du régime alimentaire des perches, étaient plus abondants dans les eaux métalimnétiques plus froides qui étaient évitées par les jeunes perches. A l'échelle inter-lacs, nous avons testé l'influence de la géologie sur la relation phosphore-chlorophylle a (Chapitre 3). Des modèles phosphore-chlorophylle a déterminant la réponse quantitative de la biomasse algale totale et pour 4 classes de taille (< 3 pin, 3 - 20 pm, < 20 pm, et> 20 pm) face aux gradients de TP ont été établis pour les lacs du sud du Québec. Nous avons finalement évalué l'influence d'autres paramètres physicochimiques sur ces relations. Les lacs étudiés reposait sur un socle granitique caractéristique du bouclier canadien. Ces lacs présentaient des concentrations en chlorophylle a plus faible par unité de phosphore que les lacs retrouvés sur des socles sédimentaires. Les lacs les plus productifs étaient dominés par des algues de grandes tailles (>20 pm), tandis que les algues de petites tailles (< 20 pm) étaient plus abondantes dans les lacs de type oligotrophe. L'identification de l'alcalinité comme variable complémentaire à nos modèles de prédiction a permis de proposer l'hypothèse d'un contrôle algal par broutage par le gros zooplancton herbivore dans les lacs plus productifs et alcalins. Les sources de variations spatiales de la biomasse zooplanctonique ont été quantifiées aux échelles intra- (entre les strates) et inter-lacs (entre les lacs) (Chapitre 4). L'influence des facteurs environnementaux abiotiques et biotiques "Bottom-Up" et "TopDown" sur les variations de la biomasse et de la structure en taille du zooplancton (53-100 pm, 100-202 pm, 202-500 pm, > 500 pm) ont été évalués dans les 3 strates limnétiques des lacs du sud du Québec. La variation de la biomasse zooplanctonique était plus importante entre les lacs qu'entre les strates d'un même lac. Cependant, les variations entre les strates n'étaient pas constantes d'un lac à l'autre. Les facteurs "Bottorn-Up" ont été identifiés comme la plus importante source de variation épilimnétique de la biomasse zooplanctonique entre les lacs. Les facteurs "Top-Down", soit la présence ou l'absence de piscivore dans les lacs, expliquaient la structure en taille des communautés zooplanctoniques ainsi que leur variation verticale (entre les strates). Les lacs où les piscivores étaient absents (dominance des planctivores) présentaient des communautés zooplanctoniques dominées par des petits individus. L'ensemble de ces résultats permet de conclure que l'hétérogénéité des communautés planctoniques augmentent avec l'échelle d'observation. A petites échelles (intra-lac, inter-strates), les facteurs biotiques (prédation) exercent un contrôle sur les communautés planctoniques, tandis qu'à plus grandes échelles (inter-lacs), ce sont les facteurs abiotiques (physico-chimie et morphométrie) qui expliquent en premier lieu la variabilité du plancton. La complémentarité des facteurs abiotiques et biotiques "BottomUp" et biotiques "Top-Down" dans le contrôle des communautés planctoniques est omniprésente quel que soit l'échelle d'observation.

Nous pouvons trouver des propriétés structurelles similaires dans presque tous les réseaux trophiques (ensemble d’interactions de prédation). L'existence de ces invariants suggère qu’il serait possible, pour chaque réseau trophique, de déterminer des paramètres généraux qui décrivent sa structure. Il serait également possible de faire le cheminement inverse, soit à partir de paramètres généraux, d’obtenir une structure de réseau qui respecte ces invariants. C’est ainsi que fonctionnent les modèles génératifs, qui prédisent une structure à partir de paramètres généraux. Cependant, les modèles génératifs peuvent générer des structures de réseau qui diffèrent des données empiriques, parce qu'ils intègrent différentes hypothèses sur les mécanismes qui façonnent les réseaux trophiques, et donc sur les paramètres généraux qui doivent être utilisés. Dans ce mémoire, j’étudie l'effet de la pondération de la stabilité à l'aide du paramètre sigma (écart-type maximum des forces d’interactions qu’il ne faut pas dépasser si l’on veut que le réseau d’espèces reste stable) sur la distribution des propriétés de réseau obtenues par différents modèles génératifs. En effet, en donnant une plus grande importance aux réseaux dont la structure est a priori stable (potentiellement plus proche de celles retrouvées dans la nature) on pourrait corriger les prédictions des modèles en rapprochant leurs résultats des données empiriques. Le principe de correction fait ici référence à l’utilisation des probabilités par les modèles génératifs : la correction est la modification de ces probabilités en faveur des réseaux stables afin qu’ils soient sur-représentés dans les données générées. Notre hypothèse est donc que la pondération de la stabilité pourrait améliorer les prédictions des modèles génératifs. Les modèles génératifs étudiés ici sont les modèles de cascade, de niche et de hiérarchie emboîtée. Notre principale conclusion est que, de manière contre-intuitive, la pondération de la stabilité n’améliore pas la différence entre les structures de réseaux empiriques et celles des réseaux générés par les mo-dèles. Nos résultats montrent que pour les réseaux étudiés, la plus grande différence entre les réseaux trophiques modélisés par les modèles génératifs et les réseaux empiriques est la nature du modèle et non la correction par la pondération de la stabilité. Cela suggère que ces modèles prédisent la structure à partir d’un nombre de paramètres insuffisants, où de paramètres ne représentant qu’une fraction de la structure du réseau. Le modèle de niche présente la prédiction la plus proche des données empiriques, mais seulement pour les réseaux comptant jusqu'à 20 espèces. Cette étude souligne donc le long chemin qu'il nous reste à parcourir avant de pouvoir représenter les réseaux trophiques de façon réaliste à partir de modèles génératifs simples. / We can find similar structural properties in almost every food web. The existence of these invariants suggests that it could be possible for each food web to determine general parameters. The reverse case also works, i.e. from general parameters, to obtain a network structure. This is how generative models work, they predict a structure from general parameters. However, the network structures obtained from generative models differ from empirical data, because they incorporate different assumptions about the mechanisms that shape food webs and thus the gen-eral parameters used. In this study, I’ll investigate the effect of weighting stability using the sigma parameter (maximum standard deviation of interaction forces that should not be exceeded if the species network is to remain stable). I’m studying its effect on the distribution of network prop-erties obtained by different generative models. Indeed, by giving greater importance to networks whose structure is stable, one could correct the predictions of the models by bringing their results closer to the empirical data. The correction is the modification of these probabilities in favor of stable networks so that they are more easily chosen by the model. Our hypothesis is therefore that weighting stability could improve the predictions of the cascade, niche and nested hierarchy models. Our main conclusion is that stability weighting does not improve the difference between empirical and model-generated network structures. Our results show that for the networks stud-ied, the biggest difference between food webs modeled by generative models and empirical net-works is the nature of the model and not the correction by stability weighting. This suggests that these models predict structure from an insufficient number of parameters or from parameters that represent only a fraction of the network structure. The niche model shows the closest pre-diction to the empirical data, but only for networks with up to 20 species. This study highlights the long way to go before we can realistically represent food webs using generative models.

Le feu est la principale perturbation naturelle dynamisant les écosystèmes du biome boréal. En ce sens, il affecte toutes les composantes de ces écosystèmes, incluant le couvert végétal, les conditions du sol, la faune et les populations humaines. Des effets complexes des changements climatiques sur les feux sont à prévoir, et la compréhension de ces effets est cruciale pour prédire le futur des écosystèmes et leur impact sur les populations locales. Ceci est d’autant plus vrai que les études portant sur l’écologie des feux sont rares pour les zones plus nordiques, comme au Nunatsiavut, la région Inuite du nord du Labrador. De plus, bien que la science occidentale puisse aider à développer cette compréhension, le savoir écologique des populations autochtones qui ont toujours cohabité avec les feux est aussi fondamental. Dans ce contexte, des entrevues semi-dirigées ont été menées dans deux communautés inuites (Nain et Postville, Nunatsiavut) pour documenter le savoir inuit local au sujet de cette perturbation et de ses impacts. Des inventaires écologiques traditionnels ont aussi été menés, complémentant les savoirs inuits. Les populations végétales au sol ont aussi été caractérisées sur le site de trois feux de forêt en régénération pour clarifier comment ces communautés végétales se rétablissent après feu dans la région, et comment certaines variables environnementales et biotiques affectent cette réponse. Comme résultats clefs, cette étude a démontré que les utilisations des sites de feux par les Inuit sont dominées par la récolte de bois brûlés, suivi d’activités généralement réalisées en parallèle comme la chasse. La relation avec le feu varie entre les deux communautés, cette relation étant plus proche à Postville qu’à Nain en lien avec des différences dans la taille et la distance des feux par rapport aux communautés, de même que différents niveaux d’hétérogénéité dans le paysage avant le passage des feux. Cette étude a démontré que le rétablissement des communautés végétales après feux en milieux côtiers au Nunatsiavut suit les patrons généraux observés ailleurs, notamment dans le sud-est et l’ouest du Labrador, tels qu’une transition des communautés muscinales de lichens, avec quelques exceptions notables, telle que des effets négatifs inattendus du feu sur Vaccinium angustifolium, qui devraient faire l’objet de recherches plus approfondies. / Forest fires are the predominant natural disturbance driving ecosystem dynamics in the boreal forest. As such, fire affects all components of these ecosystems, including vegetation cover, soil condition, wildlife and human populations. As ongoing climate change is expected to have complex impacts on forest fires, notably increasing their frequency, intensity and magnitude, understanding these effects is crucial to predicting the future of ecosystems and their impacts on local human communities. This is especially true in areas where studies on forest and fire ecology have been scarce, as in Nunatsiavut, the Inuit region of northern Labrador, Canada, encompassing coastal mountainous zones. Furthermore, while Western science can help develop this understanding, the Indigenous Knowledge of populations that have always coexisted with fire, is also key to understand fire and its impacts. In this context, semi-structured interviews were conducted in two Inuit communities (Nain and Postville, Nunatsiavut) to document local Inuit Knowledge of fire and its impacts. To complement Inuit Knowledge, ecological field studies were also conducted. As part of this thesis three regenerating forest fire sites were studied to clarify how ground vegetation communities regenerate after fire in the region, and how environmental and biotic variables affect the responses. As key outcomes, this study showed that wood harvesting, followed by concomitant activities such as hunting and berry harvesting, dominated Inuit use of previously burnt sites. Inuit use and relationship with forest fires differed in the two studied communities, the more southern community of Postville had a closer relationship with fires than Nain, notably due to differences in the size of fires and their distance from the communities, as well as different levels of pre-fire landscape heterogeneity. This study also showed that the re-establishment patterns of ground vegetation communities after fire in coastal Nunatsiavut mostly follows those observed in southeast and western Labrador, which included community switches in moss species and lichens; however there were unexpected negative impacts of fire on Vaccinium angustifolium, which requires further investigation.

L'intensification de l'activité agricole depuis la deuxième moitié du 20e siècle, notamment l'utilisation de produits agrochimiques dans les bassins versants, a affecté la qualité des ressources d’eau douce. Des traces de produits agrochimiques, tels que les pesticides et les engrais, sont transportées par ruissellement de surface ou lixiviation, provoquant des effets directs ou indirects sur les organismes aquatiques. Se trouvant à la base des réseaux trophiques aquatiques, les micro-organismes sont des habitants indispensables dans les écosystèmes d’eau douce, où ils jouent également un rôle important pour les services écosystémiques en tant que propulseurs des cycles biogéochimiques. En faisant partie de l'écosystème, les communautés bactériennes sont susceptibles aux perturbations anthropiques croissantes qui se déroulent dans leurs milieux. Le but principal de cette thèse est d'étudier l'effet de perturbations agricoles simulées sur les bactéries d'eau douce par une approche expérimentale avec des réservoirs extérieurs (mésocosmes) et en utilisant le séquençage d’ADN à haut débit. Des mésocosmes ont été remplis de 1 000 litres d'eau provenant d'un lac bien préservé et, ensuite, ont été traités avec des pesticides largement utilisés au monde en combinaison avec des engrais. Les trois études présentées dans cette thèse explorent les réponses du bactérioplancton dans cette même expérience sous différents angles : la première (chapitre II) s'est concentrée sur les réponses écologiques des communautés bactériennes à de différentes combinaisons de produits agrochimiques; la deuxième (chapitre III) a examiné si les gènes de résistance aux antibiotiques pourraient changer le succès d'espèces soumises à une grave contamination par un herbicide et, finalement, la troisième (chapitre IV) a suivi les altérations évolutives parmi les espèces ayant des réponses écologiques similaires par rapport au traitement avec l’herbicide. En mettant l'accent sur la réaction des communautés exposées à un mélange de produits agrochimiques, le chapitre II complémente des études écotoxicologiques, qui se concentrent traditionnellement sur les réponses d'une seule espèce à des produits chimiques isolés. Les mésocosmes ont été exposés à de différentes concentrations d'un herbicide à base de glyphosate et d'un insecticide néonicotinoïde, séparés ou en combinaison, en plus d'apports faibles ou élevés en nutriments. Le séquençage des amplicons du gène de l'ARNr 16S et la prédiction des variantes de séquences ont étés faits pour étudier la diversité taxonomique, ainsi que le profilage de l'utilisation microbienne des sources de carbone pour décrire les changements de diversité fonctionnelle à travers le temps. Les résultats ont révélé que la stabilité des communautés microbiennes varie en fonction du type et de l'intensité de la perturbation. Bien que les communautés bactériennes n’aient pas réagi à l’introduction de l’insecticide ou d’engrais, elles sont modifiées de manière intensive sous des concentrations élevées de l'herbicide à base de glyphosate. Des aspects distincts de la diversité des communautés ont réagi différemment aux perturbations : alors que la composition fonctionnelle est restée stable face aux perturbations, la composition taxonomique au niveau taxonomique le plus fin a été sensible au glyphosate et résiliente aux échelles taxonomiques plus larges (c'est-à-dire, du genre au phylum). Ces résultats soulignent la complexité des réponses écologiques et fournissent des évidences de la redondance fonctionnelle concernant l'utilisation des sources de carbone dans les communautés microbiennes. Le chapitre III a testé l'hypothèse selon laquelle les gènes de résistance aux antibiotiques, en particulier les pompes d'efflux, favorisent la survie des bactéries en présence de l'herbicide à base de glyphosate. Cette hypothèse n'a été confirmée que par des études expérimentales en laboratoire avec des cultures bactériennes et plus récemment dans les microbiomes du sol. C'était donc la première fois que cette hypothèse a été testée dans un système aquatique. Au chapitre II, on a observé que l'herbicide à base de glyphosate favorisait la domination de nombreux taxons de l'embranchement des protéobactéries, dont Agrobacterium, un genre qui code pour l'enzyme cible du glyphosate appartenant à la classe des résistants. Cependant, d'autres espèces codant pour la classe de l'enzyme sensible au glyphosate étaient également favorisées, ce qui implique le rôle d'autres mécanismes de résistance. Dans le chapitre III, les analyses de métagénomes et des génomes assemblés par métagénomes ont révélé une augmentation de la fréquence de gènes de résistance aux antibiotiques après l'administration de fortes doses de l'herbicide. D’ailleurs, l'abondance relative des espèces présentes après qu’une forte dose de l'herbicide a été administrée était mieux prédite par la présence de gènes d'efflux d'antibiotiques dans leur génome que par la présence du gène codant pour l'enzyme résistante au glyphosate. Ces résultats renforcent les études récentes et contribuent aux premières évidences provenant des communautés bactériennes d'eau douce. L'objectif du chapitre IV était de vérifier si les bactéries ayant la même réponse écologique à la contamination par l'herbicide à base de glyphosate présenteraient également des réponses évolutives similaires. En plus, ce chapitre avait pour but de contribuer aux preuves expérimentales du modèle de l'écotype stable, un modèle proéminent sur l'évolution et l'origine de la diversité dans les espèces bactériennes. On a supposé que les espèces favorisées par l'herbicide subiraient des balayages sélectifs éliminant la variation génétique dans le génome, comme le prédit le modèle évolutif de l'écotype stable. Pour tester cette hypothèse, des polymorphismes nucléotidiques ont été quantifiés au sein des populations bactériennes au cours du temps dans 12 populations bien représentées dans le séquençage métagénomique qui a été fait dans le chapitre III. Contrairement à ce que l'on attendait, les populations écologiquement prospères ont montré une variété de réponses évolutives et la diversité n'a été supprimée que dans quelques-unes d'entre elles. Les résultats montrent que d'autres mécanismes évolutifs qui maintiennent la variation génétique, tels que des balayages sélectifs à l'échelle du gène plutôt qu’à l'échelle du génome, peuvent être plus souvent impliqués dans le succès des espèces qui survivent au stress anthropique. Mis ensemble, ces résultats soulignent la complexité des réponses bactériennes face à une perturbation anthropique au niveau des communautés, des populations, des gènes et des allèles. Les connaissances apportées par cette thèse peuvent améliorer les évaluations des risques de déversements accidentels en eau douce. Le changement permanent à des niveaux taxonomiques fins et la sélection croisée pour les gènes de résistance aux antibiotiques en présence de concentrations élevées d'herbicides indiquent des risques qui devraient être mieux compris par rapport à leur prédominance et les mécanismes qui les causent. D’ailleurs, la dynamique évolutive décrite ici sur une échelle de temps de courte durée fournit des données pour soutenir une importante théorie sur la différenciation et la spéciation bactériennes. / Agriculture intensification in the second half of the 20th century, particularly the use of agrochemicals within watersheds, has affected freshwater quality. Traces of agrochemicals, such as pesticides and fertilizers, reach freshwater systems through runoff or leaching, causing direct or indirect effects on aquatic organisms. Microorganisms are essential inhabitants of aquatic systems as they are at the foundation of food webs and play roles in ecosystem functioning as important drivers of biogeochemical cycles. By being part of the ecosystem, bacterial communities are subject to the increasing anthropogenic perturbations in their environment. The main objective of this thesis is to investigate the effect of simulated agricultural perturbations on freshwater bacteria through an experimental approach with outdoor tanks (mesocosms) and using high-throughput DNA sequencing. Mesocosms were filled with 1,000 L of water from a pristine freshwater lake and treated with widely used pesticides in combination with fertilizers. The three main studies in this thesis explored the bacterioplankton responses in this experiment through different angles: the first study (chapter II) focused on ecological responses to a combination of agrochemicals; the second (chapter III) explored how changes in antibiotic resistance genes could explain the ecological success of species facing severe herbicide contamination and the third study (chapter IV) tracked evolutionary changes among species with similar ecological responses to the herbicide treatment. Chapter II aimed to complement ecotoxicological studies, that traditionally focus on single species responses to individual chemicals, by focusing on communities exposed to a mixture of agrochemicals, as typically observed in nature. For that, the mesocosms were exposed to different concentrations of a glyphosate-based herbicide and a neonicotinoid insecticide, isolated or in combination, in addition to low or high nutrient inputs. Sequencing of 16S rRNA gene amplicons and inference of amplicon sequence variants were done to study taxonomic diversity, as well as profiling microbial use of carbon sources to describe functional diversity changes through time. The results revealed that the stability of microbial communities varies according to the type and intensity of the disturbance. The highest dose of the glyphosate-based herbicide was the major driver of ecological responses within bacterial communities, which were not altered by the insecticide nor by nutrient fertilization. Distinct aspects of community diversity responded differently to perturbation: while functional composition remained stable in face of disturbances, taxonomic composition was sensitive to glyphosate at the finest taxonomic level and resilient at higher taxonomic units (i.e. genus to phylum). These results highlight the complexity of ecological responses and provide evidence of functional redundancy regarding the use of carbon sources in these communities. Chapter III tested the hypothesis that antibiotic resistance genes, particularly efflux pumps, would favour bacterial survival in the presence of the glyphosate-based herbicide. This hypothesis has only been confirmed through experimental laboratory studies with bacterial cultures and more recently in soil microbiomes, it was thus the first time it was tested in an aquatic system. As observed in chapter II, glyphosate-based herbicide favoured the dominance of many taxa of the phylum Proteobacteria, including Agrobacterium, a genus that encodes the glyphosate-resistant target enzyme. However, other species encoding the glyphosate-sensitive version of the enzyme were also favoured, implying other resistance mechanisms. In chapter III, the analysis of metagenomes and metagenome-assembled genomes revealed an increased frequency of antibiotic resistance genes following high doses of the herbicide. Additionally, the relative abundance of species after a severe herbicide pulse was better predicted by the presence of antibiotic efflux genes in their genome than by the presence of the gene encoding the resistant glyphosate target enzyme. These results reinforce recent studies and contribute to the first evidence from freshwater bacterial communities. The goal of chapter IV was to test if bacteria with the same ecological response to the contamination with the glyphosate-based herbicide would also show similar evolutionary responses. Furthermore, this chapter aimed to contribute to experimental evidence to the stable ecotype model, a prominent model on the evolution and origin of diversity in bacterial species. If assumptions of the stable ecotype model were confirmed by the experiment, species favoured by the herbicide would experience selective sweeps purging genetic variation across the genome. To test this hypothesis, single nucleotide variants were quantified within bacterial populations over time in 12 populations well-represented in the metagenomic sequencing that was performed in chapter III. Differently than expected, ecologically successful populations showed a variety of evolutionary responses and diversity was purged only in a few of them. The results show that other evolutionary mechanisms that maintain genetic variation, such as gene-wide specific sweeps rather than genome-wide sweeps, may be more often involved in the success of species surviving anthropogenic stress. Together, these results highlight the complexity of bacterial responses in the face of an anthropogenic disturbance at the level of communities, populations, genes, and alleles. The knowledge provided by this thesis may improve assessments of the potential risks of accidental spills in freshwater. The permanent change at fine taxonomic levels and the cross-selection for antibiotic resistance genes in the presence of high concentrations of herbicide indicate risks that should be better understood regarding their predominance and causing mechanisms. Moreover, the evolutionary dynamics here described in a short-term time scale provide observational data to support a theoretical background on bacterial differentiation and speciation.

Les interactions font partie intégrante des écosystèmes. Que ce soit aux niveaux les plus fins, comme les protéines, ou les plus larges, comme les méta-communautés, il est possible de les regrouper en réseaux et d’en étudier la structure. Cela a permis de mettre en évidence que certaines structures sont observables à différents niveaux, c’est le cas par exemple des réseaux emboîtés. De plus, les réseaux d’interaction ont la spécificité de ne pas être fixes dans le temps et l’espace, ce qui leur confère un avantage de taille pour l’étude de l’évolution. Ils peuvent ainsi servir de support à l’études des mécanismes intervenants dans les processus évolutifs. Cependant, il n’existe pas encore de méthodologie ayant fait consensus sur l’utilisation des réseaux et leur analyse à différentes échelles d’organisation. Cette thèse se base sur l’hypothèse que les réseaux, de par leurs propriétés, sont pertinents à considérer pour comprendre l’évolution et ce à différentes échelles d’organisation, et offrent la possibilité de faire des liens entre chacune d’entre elles. L’approche basée sur les réseaux, combinée à l’utilisation de modèles théorique serait donc un outil méthodologique puissant dans l’élargissement des connaissances concernant les processus sous-jacents à l’évolution. La thèse qui suit composée de six chapitres dont le contenu est le suivant. Elle commence par un chapitre d’introduction aux concepts d’intérêts, notamment sur l’évolution et la coévolution. Le deuxième chapitre est une introduction à l’utilisation des réseaux en écologie, suivit par le troisième chapitre qui effectue une revue non exhaustive des méthodologies développées autour des réseaux d’interactions. Les chapitres suivants sont en quelque sorte une mise en pratique de ces méthodes et ce à différents niveaux d’organisation. Le quatrième chapitre revient sur une étape avortée de ce doctorat qui servira tout de même à la construction du modèle du chapitre suivant. Le cinquième chapitre se concentre sur la coévolution et son suivit au travers des réseaux d’interaction entre les bactéries et leurs virus. Enfin, le sixième chapitre traque l’évolution des communautés grâce à la structure des arbres phylogénétiques et structure des réseaux d’interactions au cours du temps. / Interactions are an integral part of ecosystems. Whether at the finest levels, such as proteins, or the broadest, such as meta-communities, it is possible to group them into networks and study their structure. This made it possible to demonstrate that certain structures can be observed at different levels, such as nested networks, for example. In addition, interaction networks have the property of not being fixed in time and space, which gives them a major advantage for the study of evolution. They can thus serve as a support for the study of the mechanisms involved in the evolutionary processes. However, there is not yet a methodology that has achieved consensus on the use of networks and their analysis at different organizational scales. This thesis is based on the hypothesis that networks, by virtue of their properties, are relevant to consider in order to understand evolution at different organizational scales, and offer the possibility of making links between each of them. The network-based approach, combined with the use of theoretical models, would therefore be a powerful methodological tool in expanding knowledge about the processes underlying evolution. The thesis which follows consists of six chapters whose content is as follows. It begins with an introductory chapter to the concepts of interest, in particular on evolution and coevolution. The second chapter is an introduction to the use of networks in ecology, followed by the third chapter which performs a non-exhaustive review of the methodologies developed around interaction networks. The following chapters are in a way a practical application of these methods at different levels of organization. The fourth chapter returns to an aborted stage of this doctorate which will nevertheless be used to construct the model of the following chapter. The fifth chapter focuses on coevolution and its follow-up through the interaction networks between bacteria and their viruses. Finally, the sixth chapter tracks the evolution of communities thanks to the structure of phylogenetic trees and the structure of interaction networks over time.

Il est de plus en plus clair que nos écosystèmes sont liés les uns aux autres de façons multiples et parfois complexes. De plus en plus nous identifions de nouvelles façons dont deux systèmes échangent des ressources et de l’énergie. Le rôle de ces échanges et transferts est encore difficile à quantifier. Nous en savons relativement peu sur les interactions de ceux-ci avec des processus locaux et spatiaux, ainsi que sur leur importance relativement à ces processus locaux et régionaux plus connus. À travers ce projet, nous cherchons à éclaircir l’importance relative des subsides particulaires de feuilles (et particulièrement de leur stoechiométrie) sur les communautés littorales d’invertébrés benthiques. Nous avons récolté des invertébrés et des feuilles mortes sur 23 sites à travers 7 lacs relativement isolés de l’influence humaine et avons comparé l’influence de la stoechiométrie de ces subsides à l’influence de facteurs locaux de qualité de l’eau et de facteurs spatiaux. Les résultats suggèrent que l’importance de la qualité nutritive (i.e. stoechiométrie) est secondaire aux facteurs locaux de qualité de l’eau dans des milieux naturels. L’importance des subsides particulaires de feuilles semble être grandement dépendante du contexte et pourrait gagner en importance dans des contextes de fortes perturbations. Les résultats indiquent que la qualité nutritive des subsides de feuilles, leur contenu relatif en azote et phosphore, est associée avec de plus grande abondance de plusieurs taxons. La richesse spécifique n’étant pas affecté, c’est à travers l’équitabilité (i.e. une distribution des abondances plus stable) que la qualité nutritive des feuilles pourrait promouvoir une plus grande biodiversité d’invertébrés benthiques. / It is clear now, more than ever before, that our ecosystems are linked to one another in multiples and sometimes complex ways. The role of these exchanges and transfers is still hard to quantify. We know little of the interactions of these fluxes with local and spatial processes happening in ecosystems, as well as their relative importance compared to local and regional drivers of ecosystem functions and community structure. With this project, we aim to untangle the relative importance of particulate subsidies of leaves (and specifically their stoichiometry) on littoral communities of benthic invertebrates in lakes. We collected invertebrates and leaf litter on 23 sites across 7 lakes somewhat isolated from human influence and compared the influence of leaf litter stoichiometry to the influence of local water quality and spatial variables. Results suggest that nutritive quality of leaf litter (i.e. stoichiometry) is secondary to water quality. Importance of leaf subsidies appears to be context dependant and could gain in importance in systems with higher degrees of disturbances. Results that nitrogen and phosphorus content of leaf subsidies is associated with higher abundances of several taxonomic groups. Species richness being unaffected, it is through higher evenness (i.e. even distribution of abundances) that higher quality of leaves may promote higher biodiversity of benthic invertebrates.

L’objectif de ce mémoire était d’évaluer l’influence de la latitude, de variables abiotiques et du type de tourbières (bog ou fen) sur la diversité des plantes vasculaires et des bryophytes. Des inventaires ont été réalisés dans 380 tourbières du nord-ouest du Québec (49° à 55° N). Les effets de la latitude, de la continentalité, du climat et de variables abiotiques locales sur la diversité α (richesse spécifique et dispersion fonctionnelle), la diversité β (indices LCBD) et la composition ont été évalués pour les deux groupes de plantes. La diversité α des bryophytes augmentait vers le nord, alors que la diversité α des plantes vasculaires présentait des patrons différents dans les bogs et les fens en réponse à la latitude. Il y avait une homogénéisation taxonomique et fonctionnelle vers le nord pour les deux groupes de plantes et dans les deux types de tourbières. Les variables environnementales avaient des effets différents sur les deux groupes de plantes, dépendamment de l’indicateur de biodiversité utilisé. La composition taxonomique et fonctionnelle des bryophytes et des plantes vasculaires étaient principalement structurées par les conditions locales contrastantes entre les bogs et les fens, tandis que les variations bioclimatiques le long du gradient latitudinal jouaient un rôle secondaire. Les futures études et politiques de gestion des milieux naturels devraient tenir compte de plus d’un indicateur de diversité et considérer les différences entre les deux écosystèmes et les deux groupes de taxons afin de planifier les efforts de conservation et afin d’évaluer les effets des changements environnementaux. / This study aimed to evaluate the influence of latitude, abiotic variables on vascular and bryophyte diversity in bogs and fens. Inventories were conducted in 380 peatlands in northeastern Québec (49° to 55° N). Changes in α-diversity (species richness and functional dispersion), β-diversity (LCBD indices) and composition in response to latitude, continentality, climate, and local abiotic variables were evaluated for both plant groups. Bryophyte α-diversity increased northward, while vascular α-diversity showed contrasting patterns in bogs and fens in response to latitude. Environmental variables had different effects on both species’ groups, and patterns varied depending on the diversity indicator used, as α- and β-diversity and functional and taxonomic diversity were often decoupled. There was taxonomic and functional homogenization with latitude for both groups of plants in both habitats. Bryophyte and vascular taxonomic and functional composition were primarily structured by contrasting local conditions in bogs and fens, while bioclimatic variations along the latitudinal gradient played a secondary role. These results highlight the contrasting biodiversity patterns in both peatland types and the importance of local habitat conditions in structuring vascular and bryophyte biodiversity. Therefore, future studies and policies should include more than one diversity indicator and consider the differences between ecosystems and taxon groups when evaluating the effects of environmental changes on biodiversity and planning conservation.

Dans la forêt boréale, les températures augmentent et les régimes de précipitations changent, ce qui entraîne une augmentation de l'intensité et de la fréquence des conditions de sécheresse. Ces changements devraient se poursuivre et avoir des effets complexes et variables sur la végétation de la forêt boréale, notamment la modification de la composition due à la sécheresse, la mortalité des arbres et la disparition des forêts. L'objectif de cette thèse était de fournir une meilleure compréhension fonctionnelle des relations arbre-eau pour deux espèces d'arbres boréales communes et co-occurrentes (l’épinette noire; Picea mariana et le mélèze laricin; Larix laricina) à travers la forêt boréale de l'ouest du Canada. Pour ce faire, j’ai étudié comment les différents éléments de l'hydraulique des arbres, y compris la transpiration, et le déficit hydrique, étaient affectés par les conditions locales (structure du peuplement, conditions édaphiques et type de couverture terrestre), les stratégies fonctionnelles des arbres (caractéristiques structurelles et foliaires) et/ou les conditions climatiques (déficit de pression de vapeur, rayonnement, température de l'air, pluie et évapotranspiration). J'ai déterminé que l'utilisation acquisitive des ressources se traduisait par une productivité plus élevée chez le mélèze laricin, lorsque la disponibilité en eau était élevée, que les nutriments n'étaient pas limités et que la concurrence pour la lumière était favorable. L'épinette noire, en revanche, avait une acquisition lente des ressources, privilégiant la conservation de l'eau par rapport à la croissance radiale. J'ai déterminé que la transpiration de l'épinette noire et du mélèze laricin était influencée par l'hétérogénéité du site dans un complexe de tourbières boréales boisées, entraînant une variabilité de la contribution de la transpiration à l’échelle de l’évapotranspiration de l'écosystème. J’ai associé des variables environnementales au déficit hydrique des arbres au niveau de l'espèce afin de déterminer les facteurs de stress hydrique chez l'épinette noire et le mélèze laricin sur cinq sites de la limite sud à la limite nord de la forêt boréale. J'ai determiné que le déficit hydrique quotidien des arbres était contrôlé par la transpiration, tandis que les périodes plus longues (jours à semaines) de stress dû à la sécheresse étaient contrôlées par le rayonnement solaire et la disponibilité de l'eau, et étaient coordonnées avec les flux d'évapotranspiration à l’échelle du peuplement. Il est important de comprendre les relations hydriques des espèces d'arbres dans le biome boréal occidental du Canada, car la disponibilité en eau devrait devenir de plus en plus limitée dans cette région. Malgré des stratégies différentes selon les espèces pour faire face aux conditions actuelles de la forêt boréale, il existe des incertitudes quant à la résilience des arbres face aux changements environnementaux prévus. La poursuite des travaux visant à quantifier les réponses des espèces d'arbres communes et répandues à des conditions progressivement limitées en eau aidera à comprendre la résilience des forêts boréales face aux changements environnementaux rapides et à maintenir leurs services écosystémiques liés à la régulation du climat, à la séquestration du carbone, à l'habitat de la faune et de la flore, à la culture et à l'économie. / In the boreal forest, air temperatures are increasing, and precipitation regimes are changing, leading to amplified intensity and frequency of drought conditions. Changes are projected to continue, resulting in complex and variable effects on boreal forest vegetation including drought-induced forest compositional changes, tree mortality and, in some places, forest loss. The objective l of this work was to provide an improved functional understanding of tree-water relationships for two common and co-occurring boreal tree species (black spruce; Picea mariana and tamarack; Larix laricina) across Canada’s western boreal forest. To achieve this objective, I explored how different elements of tree-water relations, including transpiration, and tree water deficit were affected by local conditions (stand structure, edaphic conditions, and land cover type), tree functional strategies (structural and foliar traits), and/or meteorological conditions (vapor pressure deficit, radiation, air temperature, rain, and evapotranspiration). In Chapter 2, I explored the coordination between resource-use strategies of tamarack and black spruce, and found that acquisitive resource-use resulted in higher productivity in tamarack, when water availability was high, nutrients were not limited and competition for light was favourable. Black spruce, by contrast, had slow resource acquisition, prioritizing water conservation over radial growth. Next, in Chapter 3, I determined that transpiration of black spruce and tamarack were influenced by site heterogeneity across a forested boreal peatland complex, leading to variability in the contribution of stand-level transpiration to ecosystem evapotranspiration. Finally, in Chapter 4, I paired environmental variables with species-level tree water deficit to determine the drivers of water-stress in black spruce and tamarack across five sites spanning the extent of the boreal biome in western North America from the southern to northern boreal tree-line. I determined that daily tree water deficit was controlled by transpiration, while longer periods (days to weeks) of drought stress were controlled by solar radiation and water availability. Both short and long periods of tree water deficit caused greater stand-level fluxes of evapotranspiration. Understanding water relations of tree species in Canada’s western boreal biome is of utmost importance as water availability is projected to become increasingly limited in this region. Although tree species have different strategies to cope with current conditions in the boreal forest, there is uncertainty regarding the resilience of black spruce and tamarack to projected environmental changes. Continued work to quantify the responses of common and widespread tree species to progressively water-limited conditions will help to understand the resilience of boreal forests in the face of rapid environmental change, and to maintain their ecosystem services related to climate regulation, carbon sequestration, wildlife habitat, culture and economy.