Les estuaires sont des zones de transition entre les eaux fluviales et les océans soumis à de fortes contraintes d’origine anthropique, telles que la pollution chimique. Pourtant, les estuaires sont d’une importance écologique primordiale, et sont notamment des zones de nourricerie ou de reproduction pour de nombreuses espèces. Le Flet européen Platichthys flesus est un modèle souvent utilisé comme espèce sentinelle dans les estuaires. Le but de ces travaux est d’explorer les mécanismes de réponse du Flet européen à la contamination chimique, afin éventuellement d’identifier de nouveaux biomarqueurs. Il a donc été choisi de mener cette étude par une approche de protéomique par électrophorèse en deux dimensions. Les protéines différentiellement accumulées en réponse à la pollution ont été identifiées par MALDI TOF-TOF. Ces études par protéomique ont été complétées par des mesures ciblées de transcription de gènes. Tout d’abord, des flets juvéniles issus d’un élevage ont été contaminés expérimentalement avec deux doses d’un cocktail de HAP et PCB (concentration retrouvée dans la Seine, et 10 fois celle-ci). Après 29 jours de contamination, le métabolisme énergétique paraît dérégulé. Des protéines impliquées dans les défenses anti-oxydantes et la détoxification sont accumulées dans le foie des poissons contaminés. Les résultats nous ont conduit à poser l’hypothèse de l’implication de la BHMT dans un cycle aboutissant à la production de GSH, et qui pourrait donc participer à la détoxification ou aux défenses anti-oxydantes. Ensuite, les profils protéiques de foies de poissons issus de 3 estuaires de la Manche ont été comparés. Les profils protéiques des foies de poissons de la Seine et de la Tamar, 2 estuaires présentant des profils de contamination différents, se sont révélés différents des profils protéiques des foies des poissons de la Canche. Des différences moins marquées entre les profils protéiques des foies de poissons de la Seine et de la Tamar pourraient refléter les différences entre les contaminants présents dans ces estuaires. / Estuaries are important areas highly susceptible to anthropogenic degradations such as pollution. Estuarine species have to cope not only with environmental constraints inherent to estuarine habitats, but also with the presence of contaminants, the occurrence of hypoxic events or with waters warming. The European flounder Platichthys flesus is considered as a sentinel species in estuarine water quality monitoring. This study investigates the molecular mechanisms allowing the European flounder to cope with these different stress factors, both in environmental and experimental conditions, in order to eventually identify potential biomarkers of the response to contamination. A proteomic approach using 2-dimensional electrophoresis followed by MALDI TOF-TOF mass spectrometry allowed us to identify differentially expressed proteins in flounder livers, and then to better understand the mechanisms and a pathway implied in the response of flounder to environmental constraints. These observations were completed by targeted markers analyses by qPCR and enzymatic activity measurements. First, farm flounders were experimentally contaminated with two concentrations of PAH/PCB cocktails (concentrations found in the Seine and ten times this concentration). After 29 days of contamination, energetic metabolism was deregulated in contaminated flounder livers. Proteins involved in anti-oxidative defenses and detoxification were also accumulated. We suggest that BHMT could be implied in a pathway leading to the production of GSH allowing detoxification and anti-oxidative defense. Then, Flounders were fished in contrasted estuaries along the French Atlantic coast. The liver proteomic patterns of Flounders from the Seine (France) and the Tamar (UK), two estuaries displaying different contamination patterns, and from the Canche (France), were compared to characterize the proteins differentially expressed between these sites. Proteome profiles reflected the contamination patterns in each estuary.

L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique. / The Gironde estuary shows frequent events of hypoxia, particularly during summer in the Garonne tidal river near the city of Bordeaux, in the presence of a dense turbidity maximum, when river discharge is low and water is warm. Field observations reveal that decreases in oxygen concentrations are linked to the combination natural processes (inputs from the watershed and sediment hydrodynamics) and anthropogenic processes (loads of partially treated urban waters). In order to quantify the mechanisms controlling the temporal and spatial variations of dissolved oxygen, a 3D biogeochemical model was coupled to the hydro-sedimentary model. It allowed simulate the transport of solutes and suspended material, the biological reactions consuming oxygen, and the re-aeration by the atmosphere. The biogeochemical model reproduces satisfactorily the seasonal and neap-spring time scale variations of dissolved oxygen around the city of Bordeaux and quantifies the relative contribution of urban and watershed inputs to oxygen consumption. When used to simulate future conditions (50 years), the model indicates that summer hypoxia will likely increase in the future, due to the increase in water temperatures and decrease in river discharge (droughts), and increase in population in the megacity of Bordeaux. Simulation of different management scenarios indicate that support for low-water river discharge, improvement of waste water treatments, and eventually a displacement of urban load downstream will be necessary in order to avoid a drastic alteration of the quality of the aquatic system.

Les intégrons sont des plateformes génétiques bactériennes de capture et d'expression de gènes. Les intégrons cliniques sont les principaux responsables de la forte augmentation récente des bactéries multirésistantes aux antibiotiques. Cependant, dans l’environnement, ils ne représentent qu’une part minime de l’importante diversité des intégrons. Ainsi, les objectifs de cette thèse étaient (i) d’évaluer l’étendue de la diversité des intégrons dans l’environnement, (ii) de comprendre les phénomènes responsables de la structuration du pool d’intégrons dans le compartiment sédimentaire d’un milieu estuarien anthropisé et (iii) de rechercher l’existence potentielle d’intégrons indicateurs du niveau de contamination chimique.Le suivi des intégrons de classes 1, 2 et 3 et des populations d’E. coli dans des sédiments du bassin versant de la Risle impactés par des sources de contamination fécale bien caractérisées ont montré qu’en étiage, les souches d’E. coli d’origine humaine se disséminaient sur de courtes distances. Les intégrons de classe 1 se disséminent sur des distances un peu plus importantes et se maintiennent dans les 12 premiers centimètres du compartiment sédimentaire au moins.Une méthode a été développée permettant, pour la première fois, l’analyse de la diversité des intégrons via séquençage haut-débit. L’application de cette méthode sur une carotte sédimentaire de 4,8 m de profondeur prélevée dans l’estuaire fluvial de la Seine a permis de mettre en évidence plusieurs milliers de classes d’intégrons dont de nombreuses intégrases encore jamais répertoriées. La diversité des intégrons chute fortement avec la profondeur. Les intégrons de classe 1, majoritaires dans les sédiments de surface, ont une abondance qui chute fortement avec la profondeur cependant ils répondent plutôt positivement à la contamination chimique renforçant l’idée de leur utilisation comme proxy de pollutions anthropiques récentes. Trois classes d’intégrons dominent dans la vase consolidée représentant 38% des séquences obtenues dans la carotte sédimentaire mais répondant plutôt négativement à la contamination chimique. Enfin, la structure du pool d’intégrons est fortement corrélée à celle de la communauté bactérienne mais semble en partie indépendante de la communauté bactérienne dans deux des fractions sédimentaires profondes avec la dominance d’une nouvelle classe d’intégrons qui semble sélectionnée par les HAP. / Integrons are bacterial genetic platforms allowing acquisition and expression of genes. Clinical integrons play a major role in the strong increase of antibiotic multi-resistant bacteria recently observed. However, in the environment, they represent only a tiny fraction of the large integron diversity. Therefore, the aims of this thesis were (i) estimating the extent of the integron diversity in the environment, (ii) understanding phenomena responsible for integron pool structure in anthropized estuarine sediments and (iii) looking for integrons potentially proxy of chemical pollution level. The research of class 1, 2 and 3 integrons and the analysis of E. coli populations in sediments from the Risle drainage basin impacted by well-characterized fecal contamination sources show that E. coli strains with human origins were spread on short distances during low water level periods. However, class 1 integrons are spread on slightly longer distances and remain present in the 12 first centimeters of sediments at least. A methodology was developed allowing, for the first time, the analysis of integron diversity by high-throughput sequencing. In this way, the analysis of a 4.8 meter core sediment from the fluvial Seine estuary highlighted several thousands integron classes including many new integrases absent from data bases. Integron diversity decreases along with depth. Class 1 integrons are the majority integrons in surface sediments but their abundance strongly decreases in deep sediments. Class 1 integron abundance rather responds positively to chemical pollutions accentuating the idea that class 1 integrons could be used as proxy of recent anthropogenic pollutions. In the sediment core, three integron classes outshine the whole dataset: they represent 38% of all the sequences from the sediment core. However, abundances of these three majority integron classes rather respond negatively to chemical pollution levels. Integron pool structure is highly correlated to bacterial community diversity but seems to be partially independent to bacterial community diversity within two deep fractions from the sediment core: in these two sediment fractions, a new integron class outshines the rest of integron classes and seems to be specific to these two sediment fractions. Furthermore, this new integron class seems to be selected by PAH.

Le krill est un crustacé macrozooplanctonique qui joue un rôle clé dans l'écosystème marin pélagique. Il représente une plateforme trophique entre les producteurs primaires planctoniques et les niveaux supérieurs de la chaine alimentaire. Dans un contexte de changements environnementaux, la compréhension des impacts de la variabilité naturelle du forçage physique sur la physiologie du krill et la dynamique des populations apparait essentielle pour mieux appréhender la dynamique, l’évolution et la gestion des écosystèmes marins subarctiques. Dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent (EGSL), les communautés de krill sont dominées par deux espèces sympatriques, Meganyctiphanes norvegica et Thysanoessa raschii. L'objectif principal de ce projet de recherche était d'étudier, à travers le développement de modèles biophysiques, les effets de la variabilité environnementale sur la distribution, la reproduction et la croissance de ces deux espèces. Le projet nous a permis i) de construire un modèle physiologique spécifique à l'espèce (IBM) pour le stade adulte des deux espèces de krill et de le valider avec les données disponibles ; ii) d'identifier spatiotemporellement les zones de croissance et de reproduction potentielles de l'EGSL pour les deux espèces iii) d'étudier le rôle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii face à la variabilité environnementale. Dans le premier chapitre, nous avons construit un modèle physiologique basé sur l'individu et spécifique à chaque espèce représentant de manière réaliste le cycle de vie annuel des deux espèces à la station Rimouski située dans l'estuaire du Saint-Laurent. Nous avons montré que la dynamique de production des individus de M. norvegica et de T. raschii était fortement liée à l'environnement alimentaire. Cependant, les deux espèces ont montré des trajectoires de croissance et de reproduction bien différentes, T. raschii montrant une saison de production estivale, alors que M. norvegica montrait une saison de production plutôt automnale. Le modèle a permis de mettre en évidence comment la compréhension et la mise en oeuvre des processus d'alimentation étaient essentielles pour une représentation précise de la dynamique de croissance de chacune des espèces. Dans le deuxième chapitre, nous avons couplé le modèle physiologique développé au chapitre 2 à un modèle de circulation générale 3D et à un modèle biogéochimique de type NPZD, afin d'étudier la dynamique de production à l'échelle de l'EGSL dans son ensemble. Les résultats ont montré une forte saisonnalité du potentiel de croissance et de reproduction des deux espèces, étroitement liée à la dynamique du phytoplancton et du zooplancton, représentant leur champ de proies. Bien que les connaissances soient limitées au nord-est du golfe, les résultats de notre modèle ont montré l'émergence de zones de forte production, dans l'estuaire, dans la région du détroit de Belle Isle, le long de la côte ouest de Terre-Neuve et le long de la côte nord. Notre étude a également mis en évidence l'existence d'un circuit cyclonique de production du krill longeant les rives de l'ensemble de l'EGSL, de la péninsule d'Avalon, au sud de Terre-Neuve, à la rive nord du Québec en traversant le détroit de Belle Isle, durant la saison de production (avril à octobre). Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à quantifier la contribution relative de la variabilité environnementale interannuelle (2003 et 2006) et celle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii dans le système EGSL. Nos résultats ont montré qu'environ 15% de la variabilité totale des variables d'état du modèle IBM pouvait être expliquée par la variabilité interindividuelle simulée ajoutée au modèle IBM. Les résultats montrent également que l'inclusion de la variabilité interindividuelle n'a pas modifié significativement la réponse de la population en réponse à l’environnement : les mesures de centralité des variables d'état obtenues entre 2003 et 2006 sont restées similaires dans les simulations avec et sans variabilité interindividuelle. Cependant, il en est résulté un élargissement des distributions de fréquence des variables d'état. De plus, une augmentation des réponses positives des variables d'états lors des simulations avec variabilité interindividuelle a également émergé des résultats du modèle pour l'année 2003, évoquant une résistance de la population face à la variabilité de l'environnement. Les résultats de cette thèse fournissent des données importantes pouvant être intégrées dans un plan de gestion écosystémique et constituent une base pour l'étude de la variabilité interannuelle et la compréhension de l'évolution future de la dynamique de production pour les deux espèces. / Krill are macrozooplanktonic crustaceans play a key role in the pelagic marine ecosystem. They represent a crucial trophic platform between planktonic primary producers and the upper food-web levels. In a context of environmental changes, understanding the impacts of the natural variability of physical forcing on krill physiology and population dynamics appears essential to better apprehend the dynamics, evolution and management of subarctic marine ecosystems. In the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL), krill communities are dominated by two sympatric species, names Meganyctiphanes norvegica and Thysanoessa raschii. The main objective of this research project was to study, through the development of biophysical models, the effects of environmental variability on the distribution, reproduction and growth of these two species. The project allowed us i) to build a species-specific physiological based model (IBM) for adult stage of both krill species and to validate it with available data; ii) to identify spatio-temporally the potential growth and reproduction areas in the EGSL for both species iii) to study the role of the intraspecific variability on T. raschii population dynamics facing the environmental variability. In the first chapter we built a physiological species-specific based model representing realistically the annual adult life cycle for both dominant species at the Rimouski station located in the St. Lawrence River Estuary. We showed that the production dynamics of M. norvegica and T. raschii individuals were strongly linked to the feeding environment. However, both species exhibited well different growth and reproductive trajectories, T. raschii showing a summer production season, while M. norvegica an autumnal production season. The model highlighted how understanding and implementing feeding processes was essential for accurate representation of the growth dynamics of each species. In the second chapter, we coupled the physiological model developed in Chapter 2 with a 3D general circulation model and a biogeochemical model of the NPZD type, in order to study the production dynamics at the EGSL scale. The results showed a strong seasonality of the growth and reproduction potential of both species, closely related to the dynamics of phytoplankton and zooplankton, representing their prey field. Although knowledge was limited in the northeastern Gulf, model results showed the emergence of high production areas in the Estuary, in the Strait of Belle Isle, along the western coast of the Newfoundland and along the North Shore. Our study also highlighted the existence of a larger cyclonic circuit of krill production and transport that runs along the shores of the whole EGSL, from the Avalon Peninsula in the south of Newfoundland to the North Shore of Québec across the Strait of Belle Isle, and back to the Estuary upstream during the production season (April to October). In the third chapter, we are interested in quantifying the relative contribution of interannual environmental variability (2003 and 2006) and inter-individual variability on the production dynamics of T. raschii in the EGSL system. Our results showed that about 15% of the variability of IBM model state variables could be explained by the level of simulated inter-individual variability. Results also showed that inclusion of inter-individual variability did not significantly modify the system's response at the population level in response to the environment: the centrality measures of the state variables obtained between 2003 and 2006 remained similar in the simulations with and without inter-individual variability. However, this has resulted in an expansion of the frequency distributions of the state variables. Moreover, an increase in the positive responses of the state variables during simulations with inter-individual variability also emerged from the results of the model for the year 2003, evoking a resistance of the population to the variability of the environment. These results provide important data to integrate in fully ecosystem-based management plan. They represent a baseline to the study of the inter-annual variability and the understanding of the future production dynamics evolution for the both species.

La vie sur la Terre est apparue et a évolué dans un milieu physique qui change dans le temps et l’espace. Les êtres vivants se trouvent dans les environnements qui englobent l’ensemble des conditions physiques, chimiques et biologiques qui les permettent de compléter leur cycle de vie. Certains facteurs environnementaux comme la température et la présence d’eau affectent particulièrement l’abondance et la distribution des espèces autour de la Terre. Il y a aussi des variations du milieu physique dans le temps. La vie sur Terre subit des cycles annuels, saisonniers et journaliers et certains cycles peuvent se compléter en quelques heures. Tous les changements spatiaux et temporaux façonnent le milieu physique et les écosystèmes s’y développant. Par exemple, dans le médiolittoral, les organismes subissent des changements dus à l’action des marées. Le mouvement de l’eau causé par les marées expose, pendant une période de temps, les organismes y habitant à des conditions extrêmes. Ces communautés, majoritairement composées d’algues et d’invertébrés, sont dotées d’adaptations physiologiques ou comportementales qui leur permettent de survivre à ces conditions. Les invertébrés mobiles présentent souvent des changements comportementaux qui leur permettent de trouver des endroits moins stressants servant de refuges pendant la marée basse. Cette étude se consacre à étudier le comportement d’un gastéropode du médiolittoral très abondant dans les milieux tempérés, Littorina saxatilis. Ce gastéropode se retrouve dans le littoral de l’estuaire maritime du Saint- Laurent à l’intérieur des fissures dans les roches et se déplace vers l’extérieur pour brouter des algues vertes éphémères. Nous avons observé son comportement d’utilisation de refuges lors de différentes conditions météorologiques et nous avons fait une expérience de manipulation sur le terrain pour mieux comprendre l’effet de différents facteurs environnementaux qui peuvent affecter son comportement. Les gastéropodes herbivores du médiolittoral est une composante importante de ces communautés et affectent la biodiversité locale. En comprenant mieux leurs réponses comportementales aux changements environnementaux, nous pouvons mieux comprendre l’ensemble de cet écosystème. / Life on Earth has appeared and evolved in a physical environment that changes through time and space. Living beings are found in places that bring together all the environmental conditions that allow them to complete their life cycle. Environmental factors such as temperature and the presence of water affect the abundance and distribution of species around the Earth. There are also variations in the physical environment over time. Life on Earth experiences annual, seasonal and daily cycles and can experience environmental changes on an hourly scale. All spatial and temporal changes shape the physical environment and the ecosystems that develop there. In the intertidal environment, organisms undergo changes due to tidal action. The movement of water caused by tides exposes the organisms living in it for a period of time. These organisms, mainly algae and invertebrates, have physiological or behavioral adaptations that allow them to survive aerial conditions. Mobile invertebrates often exhibit behavioral changes that allow them to find less stressful places to take refuge during the low tide. This study investigated the behavior of an intertidal gastropod, Littorina saxatilis, which is widely distributed in temperate environments. In the littoral zone of the St. Lawrence Maritime Estuary, this gastropod is often found inside cracks in the rock surface and forages outward from these refuges to graze on ephemeral algae. We observed the use of refuges under different weather conditions and conducted a field manipulation experiment to better understand the effect of different environmental factors affecting this behavior. The herbivorous gastropods of the intertidal are an important component of these ecosystems that affect local biodiversity. By better understanding their behavior responses to environmental changes, we can better understand this ecosystem and the changes that it is experiencing.

L'étude des processus évolutifs est extrêmement importante afin d'élucider les causes probables de la divergence des populations. L'objectif principal de cette recherche était de documenter la distribution spatiale et les distinctions morphologiques de deux populations sympatriques d'éperlan arc-en-ciel présentes dans l'estuaire moyen du fleuve St-Laurent et de comparer leur développement ontogénique. Les quatre stades ontogéniques étudiés provenant de la population de la rive sud (PRS) et de la population de la rive nord (PRN) sont distribués un peu partout dans cet estuaire. Toutefois, la PRN domine dans tous les échantillons prélevés. Une comparaison morphologique entre les adultes capturés et les adultes provenant d'une étude précédente a révélé la présence d'individus possédant une morphologie intermédiaire. De plus, des divergences morphologiques et allométriques sont perceptibles dès le stade post-métamorphique suggérant que cette distinction soit d'origine historique et non causée par des événements contemporains. Ces différences s'atténuent pour les stades ontogéniques subséquents ce qui indique une tendance vers une convergence morphologique. Ces résultats proposent que les habitats exploités par les deux populations ne sont pas aussi différents que présumé. En conséquence, même si les distinctions morphologiques de ces populations sont le résultat de génomes différents, une convergence morphologique apparaît plus tard dans leur développement.

Les estuaires font partie des endroits les plus peuplés du monde et sont vastement transformés pour répondre aux activités humaines. Les pressions anthropiques générées par l'aménagement du territoire, les stratégies de gestion déficientes, le manque de communication et les approches décisionnelles non intégrées contribuent à exacerber la vulnérabilité du cadre bâti, des éco- et géosystèmes ainsi que des communautés littorales. L'érosion des côtes sableuses présente un défi significatif pour les municipalités de l'estuaire fluvial du Saint-Laurent (EFSL), lesquelles possèdent un littoral densément aménagé et peuplé. Les plages avec une morphogénèse anthropique sont par ailleurs davantage problématiques, car elles sont généralement plus sensibles à la dynamique hydrosédimentaire locale qui est aussi perturbée par les activités humaines. C'est le cas de l'Anse-Tibbits, située sur le littoral de la Ville de Lévis, qui a été remblayée au 19ᵉ siècle pour recevoir des installations ferroviaires. En fait, depuis la seconde moitié du 20ᵉ siècle, des mécanismes d'érosion ont dégradé ces structures désormais abandonnées et ont exposé un talus peu cohésif à cet aléa. Cette conjoncture a ultimement mené vers le développement d'une plage sableuse atypique au reste du littoral de Lévis, mais grandement apprécié des locaux pour ses aspects récréotouristiques. Par manque d'information sur les processus à l'œuvre sur les plages de l'EFSL, un enrochement a rapidement été mis en place en novembre 2020 afin d'éviter la perte potentielle d'infrastructures à proximité. En effet, peu de connaissances scientifiques portent sur la dynamique morpho-sédimentaire et sur la gestion appropriée de telles plages dans la littérature. Les enjeux d'érosion dans l'EFSL sont bien connus des acteurs locaux, mais peu ont les outils pour comprendre la nature du problème, l'origine de ces enjeux et les interventions adéquates. En documentant de façon scientifique la transition historique d'un site ainsi que son régime de perturbations, il devient plus facile de prendre des décisions éclairées sur des aménagements riverains à court, moyen et long terme. Il est donc impératif de mettre en place un cadre théorique et juridique, afin d'encourager cette pratique et de limiter les décisions hâtives ou motivées par la peur. Cette étude tente de mieux comprendre la dynamique morpho-sédimentaire d'une plage anthropique en milieu estuarien froid, par l'entremise d'une approche multisource de suivi des berges, afin de simplifier les prises de décisions en termes d'aménagements. / Estuaries are among the most populated places in the world and are extensively transformed to accommodate human activities. Anthropogenic pressures from land use, poor management strategies and lack of communication contribute to the vulnerability of the built environment, eco- and geosystems, and coastal communities. Sandy shoreline erosion presents a significant challenge to the municipalities of the St. Lawrence Fluvial Estuary (EFSL), which have a densely developed and populated coastline. Beaches with anthropogenic morphogenesis are more problematic because they are generally more responsive to local hydrosedimentary dynamics that are also disturbed by human activities. This is the case of Anse-Tibbits, located on the shoreline of the City of Lévis, which was filled in during the 19th century to accommodate railway installations. In fact, since the second half of the 20th century, erosion mechanisms have degraded these now abandoned structures and have exposed a slope with little cohesion to this hazard. This situation ultimately led to the development of a sandy beach atypical of the rest of the Lévis coastline, but greatly appreciated by the locals. Due to a lack of information on the processes at work on the EFSL beaches, riprap was quickly installed in November 2020 to avoid the potential loss of nearby infrastructure. Indeed, there is little scientific knowledge on the morpho-sedimentary dynamics and appropriate management of such beaches in the literature. Erosion issues in the EFSL are well known to local stakeholders, but few have the tools to understand the nature of the problem, the origin of these issues, and the appropriate interventions. By scientifically documenting the historical transition of a site and its disturbance regime, it becomes easier to make informed decisions on short-, medium- and long-term coastline development. It is therefore imperative that a theoretical and legal framework to be put in place to encourage this practice and to limit hasty or fear-driven decisions. This study attempts to better understand the morpho-sedimentary dynamics of an anthropogenic beach in a cold estuarine environment, through a multisource approach to shoreline monitoring, in order to simplify decision-making in terms of development.

Une connaissance du régime alimentaire des espèces constitue un élément clé pour la compréhension de l’écologie des espèces. Or, peu de techniques existent afin d’examiner le régime alimentaire contemporain du béluga du Saint-Laurent étant donné le statut précaire de cette population et la rareté de contenus stomacaux chez les individus retrouvés morts. L’analyse des profils d’acides gras dans le lard et dans leurs proies potentielles constitue un outil susceptible de fournir certains indices concernant leur régime alimentaire. C’est donc dans ce but qu’une étude comparative des profils d’acides gras a été menée. Dans une première étape, le profil d’acides gras a été examiné chez environ 60 espèces de proies potentielles du béluga provenant de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Cette analyse a révélé la nécessité de considérer les effets des lipides totaux, de la taille, des saisons et des lieux d’échantillonnage lors de l’examen des profils d’acides gras des espèces afin d’améliorer le couplage des profils des proies potentielles avec ceux d’un prédateur tel que le béluga. Les profils d’acides gras du lard ont ensuite été comparés entre les bélugas et quatre espèces de pinnipèdes qui se trouvent dans l’estuaire et le golfe du Saint-Laurent. Les espèces de même que les sexes et classes d’âge ont généralement pu être distingués sur la base des profils d’acides gras. Une gamme d’analyses multivariées ont révélé des différences qui semblaient liées à des acides gras d’origine alimentaire, confirmant ainsi le potentiel de ces techniques dans l’analyse comparative de la diète des mammifères marins. La caractérisation des signatures d’acide gras des proies potentielles et des prédateurs constitue une étape essentielle dans le cheminement menant à une meilleure compréhension de l’écologie alimentaire de ces animaux. / Knowledge of diet is an important element for understanding the ecology of species. Currently, there are few techniques to examine the contemporary diet of St. Lawrence belugas considering the precarious status of the population and the rarity of prey remains in the stomach of stranded individuals. Fatty acid analyses of prey and blubber may provide the tools to indicate diet. It was with this purpose that a comparative study of fatty acid profiles was undertaken. As a first step, about 60 potential prey species for belugas were collected in the Estuary and Gulf of St. Lawrence and were examined for their fatty acid profiles. The analysis revealed the need to consider the effects of lipid content, size, season, and sampling location when evaluating species fatty acid profiles in order to improve evaluations of prey profiles of a predator such as the beluga. Blubber fatty acid analyses were subsequently compared between belugas and four species of pinnipeds that are encountered in the Estuary and the Gulf. Species along with other classes such as sex and age could be distinguished on the basis of their fatty acid signatures. A suite of multivariate analyses confirmed the role of diet-linked fatty acids in differentiating the groups, thereby confirming the potential for these techniques to conduct a comparative analysis of diets among these marine mammals. The characterization of fatty acid signatures of potential prey and predators represents essential steps on the path towards a better understanding of trophic ecology in these animals.

La connectivité des populations marines est un élément majeur de la démographie des métapopulations, car elle constitue le lien entre les sous-populations. Chez les invertébrés marins ayant un cycle vital bentho-pélagique, la connectivité se produit au cours de la dissémination larvaire, laquelle est principalement dirigée par les courants marins. L’objectif principal de cette étude est de mettre en évidence la variabilité de la connectivité dans les métapopulations marines, et particulièrement pour les populations de Mytilus spp. dans l’estuaire maritime du Saint-Laurent. L’objectif secondaire consiste à analyser les variations spatiotemporelles de la colonisation et du recrutement dans ce système, car ils représentent des processus essentiels de la connectivité. (1) Les différentes méthodes pour mesurer la connectivité et sa variabilité sont exposées, ainsi que leur applicabilité dans différents systèmes. Après avoir décrit les principaux facteurs influençant la connectivité, les éléments moteurs d’une telle variabilité et leurs implications pour les métapopulations marines et la gestion de la biodiversité sont discutés. (2) Par ailleurs, des études sur le terrain ont été effectuées et ont révélé une variabilité saisonnière et interannuelle de la colonisation de Mytilus spp. dans l’écosystème boréal du Saint-Laurent. Ces observations ont montré que la colonisation, faisant suite à la phase initiale de dissémination larvaire (c.-à-d. large échelle spatiale), se déroule sur une ou deux courtes périodes (de 1 à 2 semaines) au cours de la saison de reproduction. De plus, une phase de colonisation secondaire effectuée par des stades post-métamorphiques (juvéniles) a été démontrée tout au long de la saison de reproduction. Cette phase constitue une part importante de l’ensemble de la colonisation observée, particulièrement dans les semaines suivant les évènements de recrutement primaire larvaire et les périodes de tempête. (3) Finalement, une méthode géostatistique, basée sur la relation entre la biomasse d’adultes et le recrutement dans les différentes sous-populations, a permis de mettre en évidence un couplage démographique homogène à une distance de 12-24 km au cours des cinq années d’études, dans la direction du courant dominant. Dans l’ensemble, cette étude confirme de manière empirique l’importance des fluctuations de la biomasse d’adultes, de la colonisation et du recrutement pour déterminer la variabilité de la connectivité des métapopulations marines et supporte ainsi les études théoriques considérant ces fluctuations. / Connectivity of marine populations represents a key element of metapopulation demography, as it links local populations. For marine invertebrates with a bentho-pelagic life cycle, connectivity occurs during the dispersive larval stage, which is primarily driven by marine currents. The main objective of this study was to show the variability of connectivity within marine metapopulations, especially for Mytilus spp. populations in the St. Lawrence maritime estuary. The secondary objective was to further analyse the spatiotemporal variations of settlement and recruitment in this system, since these processes are essential for connectivity. (1) Different methods to assess the variability of connectivity are described, as well as their applicability to different systems. Following a description of the main factors influencing connectivity, the drivers of variability and their implications for marine metapopulations and biodiversity management are discussed. (2) In addition, field studies were conducted and revealed seasonal and inter-annual variability of Mytilus spp. settlement in the boreal St. Lawrence marine ecosystem. These observations showed that settlement, following the initial larval dispersal phase (i.e. large spatial scale), occurred during one or two short periods of time (1 to 2 weeks) during the reproductive season. Moreover, there was also evidence for a secondary post-metamorphic settlement phase (juneniles) that extended over the entire reproductive season and represented a major part of the total settlement, particularly during weeks following primary larval settlement events and storms. (3) Finally, a geostatistic method, based on the relationship between adult biomass and recruitment in different local populations, identified homogeneous demographic coupling at scales from 12-24 km over a five year study, in the direction of the main current. Overall, this study empirically confirms the importance of variations in adult biomass, settlement, and recruitment in determining the variability of connectivity in marine metapopulations and supports theoretical studies considering such fluctuations.

Les différences spatiales existant dans les conditions environnementales peuvent favoriser l’apparition de réponses physiologiques plastiques de la part de plusieurs organismes. Ainsi, des environnements divergents, mais stables temporellement, peuvent mener à la création de différences physiologiques intrinsèques chez un organisme. Le but de cette thèse est de déterminer si les populations contigües chez les adultes des moules zébrée et quagga (Dreissena polymorpha et D. bugensis respectivement) dans un environnement où les contraintes sont distribuées sous forme de mosaïque peuvent favoriser l’apparition de traits divergents. Si tel est le cas, nous déterminerons si les différences enregistrées sont plastiques ou sont des ajustements irréversibles. La comparaison entre des masses d’eau du Saint-Laurent contrastées en terme de physico-chimie de l’eau à permis d’identifier des différences en termes d’indice de condition (contenu en glycogène, ratio ARN/ADN, résistance et masse de la coquille). La réponse enregistrée pour les tissus des moules zébrées et quagga sont similaires, cependant la coquille plus légère (mince) des moules quagga semble lui conférer un avantage lorsque les deux espèces coexistent. Les échantillonnage effectués en milieu naturel et en laboratoire ont démontrés que la distribution en amont des moules zébrés est limitée par l’intrusion saline. Cependant, il semble que les individus retrouvés dans la zone où se retrouve l’intrusion saline sont en meilleur condition (masse des tissus mous vs. la taille de la coquille) que ceux échantillonnés en amont dans la section d’eau douce. Afin de déterminer si les différenciations observées entre les populations locales sont de nature plastique ou sont issues de différenciation physiologique irréversible, nous avons effectué des expériences de transfert réciproque entre les moules en provenance des masses d’eau des Grand Lacs et ceux de l’estuaire moyen. Les résultats indiquent que le taux de croissance de la coquille dépend de l’origine de la population, est indépendante du site de transfert. En comparaison, le ratio ARN/ADN, qui représente une mesure à court terme de la condition et de la croissance, est significativement plus élevé pour les moules en provenance de l’estuaire. Dans le milieu fluvial (eau douce) ou les deux espèces coexistent, les moules quagga croissent plus rapidement que les moules zébrées. Ce résultat va de pair avec l’observation du remplacement des moules zébrées par les moules quagga qui s’opère actuellement dans le système des Grand Lacs –fleuve Saint-Laurent. Il semble cependant que les moules quagga ne performent pas aussi bien que les moules zébrées en milieu estuarien. Ainsi, cela suggère que leur influence risque d’être limité aux régions exclusivement d’eau douce, à moins bien sur qu’elle ne puissent s’ajuster physiologiquement comme le font les moules zébrées. La comparaison de la croissance des coquilles entre les périodes estivales et hivernales indique que la période estivale est plus productive. La moule quagga exhibe un taux de croissance supérieur à celui des moules zébrées pour l’été 2002, hiver 2002 et l’hiver 2003 mais cette observation est inversée pour l’été 2003. / Spatial differences in environmental conditions can lead to plastic physiological responses in many organisms. Yet stable but divergent environmental conditions over multiple generations can produce intrinsic local differences in an organism’s physiology. The goal of this research is to determine whether a contiguous population of adult zebra and quagga mussel (Dreissena polymorpha and D. bugensis) in a stable mosaic of environmental constraints has developed divergent traits and if so are they plastic or irreversible adjustments. Comparison among contrasting St. Lawrence River water-masses found population differentiation in condition (tissue glycogen content, RNA/DNA ratio of tissue as well as shell strength and mass. Though the soft tissue responses of zebra and quagga mussels were similar, the lighter shell of the quagga mussels appears to be an advantage where the two species co-occur. Field sampling and laboratory experiments show that the downstream distribution of zebra mussels is constrained by the tidal intrusion of salinity, but counter-intuitively that the animals at this limit were actually in better condition than those upriver. To explore whether the observed population differentiation represents plasticity or alternatively intrinsic local differentiation, reciprocal transplants of adult mussels from the fluvial estuary and the Great Lakes water masses were conducted. Results indicate that shell growth depends on source population, independent of the environment (river source mussels > estuary source mussels). In contrast, RNA/DNA ratio, a short-term measure of tissue condition and growth, was significantly higher for estuary mussels. In the riverine environment where they coexist, quagga mussels grew faster than zebra mussels, supporting observations that they are displacing zebra mussels throughout the Great Lakes – St. Lawrence system. Yet quagga mussels did not perform as well in the estuarine environment suggesting that their influence will be limited to the strictly freshwater unless they can adjust physiologically as zebra mussels did. Comparisons of shell growth between summer and winter transplants indicated that summer is more productive and that quagga mussels grow faster than zebra mussels. Yet the summer growth rates of the two species measured at the same site in consecutive years reversed, indicating both spatial and temporal components to growth and production.