Thèse (M.Sc. )--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1997. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr.: f. 59-65. Publié aussi en version électronique.

Texte remanié de: Th. doct.--Sci. écon.--Lille, 1944. / Précédemment paru en deux tomes sous le même titre. La couv. porte en plus : "chronique d'un siècle d'armement à la grande pêche morutière" Bibliogr., 3 p.

L'hypoxie est un problème fréquent dans les environnements marins côtiers. Le faible niveau d'oxygène dissous (OD) cause un large éventail de réponses chez la morue franche (Gadus morhua). Cependant, aucune étude n'a évalué si les morues peuvent améliorer leurs performances après une exposition prolongée à l'hypoxie. Pour tester si les morues exposées à l'hypoxie possèdent des mécanismes d'adaptation physiologique ou biochimique, trois traitements ont été étudiés. Les morues du traitement en normoxie (N) ont été acclimatées pendant 6 mois à de la normoxie (> 90% OD; ~ 21 kPa) et exposées au même niveau d'oxygène pendant les diverses analyses. Les morues du traitement en hypoxie aiguë (N-HA) ont aussi été acclimatées en normoxie, mais elles ont été exposées à de l'hypoxie (-45% OD; -8.4 kPa) juste avant les différentes expérimentations. Finalement, les morues du traitement en hypoxie chronique (HC) ont été acclimatées et analysées dans des conditions hypoxiques. Entre les trois traitements, aucune différence de métabolisme standard n'a été observée. Le métabolisme actif obtenu au cours du test de vitesse critique de nage (Ucrit) était significativement plus élevé dans le traitement N que dans HC, et il était significativement plus faible chez les morues du traitement N-HA. Le registre aérobie, l'Ucrit et le coût net de transport étaient plus élevés en normoxie (N), et aucune différence n'a été observée entre les traitements hypoxiques (HC et N-HA). Suite à l'acclimatation en hypoxie, de légers changements dans la capacité enzymatique du foie et du muscle ont été observés. Ces résultats indiquent que l'exposition prolongée en hypoxie n'améliore pas la capacité aérobie ou la performance de nage des morues. La consommation d'oxygène en excès après exercice était corrélée avec les valeurs d'Ucrjt. Le temps de récupération après exercice était plus court en normoxie (N), mais aucune différence n'a été observée entre les traitements hypoxiques. La croissance des poissons et le niveau des réserves énergétiques dans le foie étaient plus faible chez les morues exposées de façon chronique à de l'hypoxie. Ainsi, la morue franche ne démontre aucune compensation métabolique ou physiologique suite à une exposition à long terme à de l'hypoxie modérée. En milieu naturel, une telle exposition pourrait augmenter le risque de prédation et diminuer le succès dans la quête alimentaire en plus de réduire la croissance et les réserves énergétiques des morues.

Le très abondant Boreogadus saida occupe au sein de l’écosystème marin arctique une place prépondérante, ce qui lui vaut une attention croissante des scientifiques. Arctogadus glacialis, commun dans toutes les mers arctiques, est beaucoup moins étudié. Les deux espèces et leurs jeunes stades cohabitent mais ces derniers sont pratiquement impossibles à différencier. Seuls des outils génétiques, ou une méthode utilisant la taille du noyau de l’otolithe développée dans cette thèse, peuvent distinguer les deux espèces. Ces méthodes d’identification ont permis d’étudier pour la première fois l’écologie des jeunes stades d’Arctogadus et d’estimer la proportion de cette espèce dans des échantillons de gadidés arctiques. À la lumière des observations faites en mer de Beaufort, il apparait que les jeunes Arctogadus ont une abondance environ vingt fois moindre, une taille à l’éclosion supérieure, un taux de croissance similaire, et un taux de mortalité inférieur aux jeunes Boreogadus. Pour Boreogadus, l’hypothèse selon laquelle certaines larves éclosent en hiver près des panaches des fleuves, a été testé, d’abord en comparant la saison d’éclosion dans six régions de l’océan Arctique caractérisées par différents apports d’eau douce. Conformément à cette hypothèse, l’éclosion commence en hiver dans les mers recevant de forts apports fluviaux alors que l’éclosion débute au printemps dans les régions aux apports d’eau douce limités. Les larves qui éclosent en hiver profitent d’une longue saison de croissance leur permettant d’atteindre des tailles pré-hivernales largement supérieures aux larves qui éclosent en été, ce qui favoriserait leur survie. Cette même hypothèse a ensuite été testée en comparant la composition chimique des otolithes de Boreogadus provenant de ces six régions, et les différences observées semblent appuyer l’hypothèse. Les tendances actuelles au devancement de la débâcle, au réchauffement des eaux de surface et à l’augmentation du débit des fleuves pourraient favoriser le recrutement de Boreogadus, et possiblement aussi celui d’Arctogadus. Découle de cette thèse une connaissance accrue de l’écologie de gadidés habitant un océan confronté à une pléthore de changements. / The very abundant polar cod (Boreogadus saida) plays a preponderant role in the Arctic marine ecosystem and consequently has received significant attention in recent years. The ice cod (Arctogadus glacialis), a common species in all Arctic seas, is much less studied. Both species co-occur on Arctic continental shelves and their early life stages are often found together in ichthyoplanktonic collections. However, larvae and juveniles of polar cod and ice cod are almost impossible to differentiate. Only genetic tools, or a method using the size of the otolith nucleus developed in this thesis, can distinguish the two species. These identification methods allowed to study for the first time ice cod early life stage ecology and estimate the proportion of this species in Arctic gadids samples. In light of observations made in the Beaufort Sea, it seems that young ice cod are about twenty times less abundant, hatch at a larger size, grow at the same rate, and have a mortality rate inferior to young polar cod. For polar cod, the hypothesis that some larvae hatch in winter near river plumes, was tested, first by comparing the hatching season in six regions of the Arctic characterized by different freshwater inputs. Consistent with this hypothesis, hatching starts in winter in seas receiving large river discharge while hatching starts in spring in regions with limited freshwater inputs. The larvae hatched in winter benefit from a long growth season allowing them to reach larger pre-winter size than larvae hacth in summer, a condition that likely favors their survival. This same hypothesis was further tested by comparing the otolith chemistry of polar cod juveniles from those six regions, and the differences observed seem to support the hypothesis. On-going trends of earlier ice break-up, warmer surface layer, and increased river discharge could favor polar cod, and possibly also ice cod, recruitment. Arise from this thesis an increased knowledge of the ecology of gadids living in an Ocean facing a plethora of changes.

La distribution circumpolaire de la morue arctique (Boreogadus saida) s’étend dans toutes les mers arctiques. La morue arctique occupe une place unique dans le réseau alimentaire marin arctique en assurant le transfert d’énergie entre les espèces des niveaux trophiques inférieurs et les grands prédateurs arctiques tels que les mammifères et les oiseaux marins. Afin de limiter la vulnérabilité des morues juvéniles à la prédation et/ou au cannibalisme à la fin de la courte saison de croissance en Arctique, la stratégie de reproduction de cette espèce clé vise l’atteinte d’une taille pré-hivernale maximale pour les juvéniles. Deux mécanismes adaptatifs principaux, soit la période d’éclosion et la croissance initiale, influencent la variabilité dans la survie des morues arctiques juvéniles en fonction des conditions environnementales. Dans un écosystème en mutation caractérisé par une forte variabilité saisonnière et interannuelle, les dynamiques d’éclosion et de croissance de la morue arctique ont expressément besoin d’être étudiées. Au cours de la présente étude doctorale, j’ai déterminé la date d’éclosion des morues échantillonnées d’avril à septembre 2004 dans le sud-est de la mer de Beaufort. Les résultats obtenus suggèrent l’existence de deux populations distinctes de larves de morue arctique dans la région d’étude. D’une part, une population côtière dont l’éclosion hâtive (janvier à mars) s’effectuerait à l’intérieur du refuge thermique (T ≥ -0,47) occasionné par les conditions estuariennes du lac Herlinveaux qui s’étend sous la glace côtière en hiver. D’autre part, une population du large dont l’éclosion serait retardée jusqu’au printemps (avril à juin) et coïnciderait avec la dislocation du couvert de glace marine ainsi que le déclenchement vernal de la production biologique sur le plateau Mackenzie et dans le golfe d’Amundsen. Les missions d’échantillonnage automnales de 2002 à 2006 ont permis de décrire la variabilité interannuelle dans les patrons d’éclosion des juvéniles de morue arctique. Cette variabilité repose principalement sur la proportion relative des morues survivantes d’éclosion hâtive pour chaque année échantillonnée et semble reliée aux variations des facteurs environnementaux dominants de l’habitat. En définitive, cette étude doctorale a permis de mieux documenter la stratégie de reproduction de la morue arctique dans le sud-est de la mer de Beaufort permettant de maximiser la taille des juvéniles à l’aube du premier hiver sous la glace. / Arctic cod (Boreogadus saida) is widely distributed in circumpolar Arctic seawaters and plays an important role in transferring energy from lower trophic levels to higher predators in the Arctic marine food web. To limit vulnerability of young Arctic cod to predation and/or cannibalism at the end of short Arctic summers, reproductive strategy of this key species has evolved to reach the largest pre-winter size of cod juveniles. Two adaptative mechanisms strongly influence variability in survival of juvenile Arctic cod in relation to environmental conditions: the hatching season and early growth. In a changing Arctic climate that exhibits interannual variations and strong seasonality, hatching and growth dynamics of Arctic cod urgently need to be address. In this study, we first determined the individual hatch dates of juvenile Arctic cod sampled in southeastern Beaufort Sea during fall expeditions over a five-year period (2002-2006) and from April to August in 2004. The results suggest the existence of two distinct populations of larval Arctic cod in the study area. First, an inshore population that hatches early in winter (January to March) in the thermal refuge (T ≥ -0.47) provided by the estuarine waters of Mackenzie Lake extending under landfast ice. Second, an offshore population of delayed hatching (April to June) that coincide with the ice break-up and the vernal onset of biological productivity on the Mackenzie Shelf and in the Amundsen Gulf. The interannual variability (2002-2006) documented in hatching patterns of juvenile cod results from the relative importance of early-winter hatchers surviving each year and is partly related to variations in dominant environmental factor in the habitat. Overall, this study documents the reproductive strategy of Arctic cod in southeastern Beaufort Sea that aim to maximize size of juvenile at the onset of their first winter under the ice.

La morue arctique (Boreogadus saida) joue un rôle crucial dans l’écosystème marin arctique. Cette étude décrit pour la première fois la saison d’éclosion, la croissance et la survie larvaire de la morue arctique en mer de Laptev (océan Arctique sibérien). La saison d’éclosion y est hâtive et longue (janvier à juillet) par rapport aux polynies des eaux du Nord et du Nord-Est (mai et juin). La taille à l’âge était plus grande de 4 mm en 2005 (année de faible englacement) qu’en 2003 (année de fort englacement). La survie des larves dépendrait en grande partie des conditions de glace, plus spécialement de l’ampleur et de la durée de l’ouverture des polynies hivernales, caractéristique clé de la mer de Laptev qui démontre de fortes variations interannuelles. En particulier, l’absence de larve survivante pour la période de janvier à la mi-mars 2003 correspondait à l’absence de polynie dans la région d’étude. / Arctic cod (Boreogadus saida) plays a crucial role in the marine Arctic ecosystem. For the first time, the hatching season, and the early growth and survival of Arctic cod are described for the Laptev Sea. The hatching season was early and long (January to July) compared to the North Water and Northeast Water Polynyas (May-June). Length at age was 4 mm longer in 2005 (a year of low ice cover) than in 2003 (heavy ice cover). Larval survival could depend mainly on ice conditions, particularly on the extent and duration of opening of winter polynyas, a key feature of the Laptev Sea that shows strong interannual variations. In particular, the absence of surviving larvae for the period of January to mid-March 2003 coincided with the absence of polynya in the study area.

Au sein du réseau alimentaire arctique, la morue arctique (Boreogadus saida) est le lien trophique principal entre le zooplancton et les prédateurs supérieurs tels que les phoques et les oiseaux marins. Un mode de vie associé à la glace et une physiologie spécialisée en font une espèce particulièrement vulnérable à la réduction prédite de la banquise et au possible envahissement de sa niche écologique par des espèces généralistes boréales. Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, particulièrement intense dans l’Arctique, la connaissance des facteurs contrôlant le devenir de cette espèce clé est essentielle. Le but de cette thèse est l’identification des processus nécessaires et suffisants à inclure dans un modèle mathématique pour simuler de façon réaliste la croissance et la survie du stade larvaire de ce poisson. Un modèle individu-centré a été développé et validé à l’aide d’observations recueillies dans la polynie des eaux du Nord (Baie de Baffin) et la polynie des eaux du Nord-est (Mer du Groenland). La température, la concentration et la qualité des proies ont dû être prises en compte pour reproduire la croissance observée et ses différences régionales. La pression de prédation a été simulée à l’aide d’une mortalité taille- et croissance-dépendante qui a permis l’élimination sélective des individus petits et croissant lentement. Le modèle a également pris en compte la date d’éclosion des individus afin de reproduire les différences dans la trajectoire de vie entre les individus ayant éclos avant et après l’ouverture de la polynie. Ainsi, les larves hâtives ont crû plus lentement que les larves tardives en raison des faibles températures, mais cette tendance s’inversait si l’épuisement des réserves vitellines des larves hâtives coïncidait avec une période de concentration élevée de proies. Une méthode inédite de sous-échantillonnage des résultats du modèle prenant en compte l’âge, la date d’éclosion et la position géographique des individus capturés in situ, reproduisit les discontinuités inévitablement présentes dans les observations in situ. Cette méthode a amélioré la validation du modèle, permis l’identification de ses faiblesses et indiqué de nouvelles directions de recherche. Le sous-échantillonnage des résultats du modèle peut servir à une vaste gamme d’applications dans le domaine de la modélisation individu-centrée et est applicable a tout modèle tentant de simuler des organismes pouvant être âgés. / Within the Arctic food web, Arctic cod (Boreogadus saida) is the dominant trophic link between zooplankton and higher predators such as seals and sea-birds. An ice-dependent lifestyle and a specialized physiology make this species particularly vulnerable to the predicted reduction in ice-cover and the potential invasion of its ecological niche by boreal generalists. With the unfolding of climate warming which is particularly intense in the Arctic, it is essential to document the factors that control the fate of this key species. The primary focus of this thesis is the identification of the necessary and sufficient processes required in a mathematical model to realistically simulate the growth and survival of the larval stage of Arctic cod. An individual-based model was developed and validated with observations collected in the North Water (Baffin Bay) and the Northeast Water (Greenland Sea). Temperature, as well as the concentration and quality of prey were necessary to reproduce observed growth and its regional differences. Predation pressure was simulated using a length- and growth-dependent mortality which allowed the selective elimination of small and slow-growing individuals. The model took into account the hatch-date of individuals to reproduce differences in life trajectory among individuals hatched before and after the polynya opened. For instance, early hatchers grew slower than late hatchers due to lower temperatures, but this trend was reversed if the yolk exhaustion of early hatchers coincided with high prey concentrations. A novel method of model output sub-sampling accounting for the age, hatch-date and geographical position of individuals captured at sea, reproduced the inevitable discontinuities that plague field observations. This method improved model validation, allowed weaknesses to be identified and highlighted new research directions. The model output sub-sampling has wide-ranging applications in individual-based modeling and is applicable to any model attempting to simulate organisms that can be aged.

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