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.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les changements climatiques en Arctique menacent les espèces polaires hyperspécialisées tout en favorisant l’invasion d’espèces boréales et tempérées. La morue arctique (Boreogadus saida) est l’espèce de poisson fourrage la plus abondante de l’Océan Arctique. En 2011, une espèce boréale a toutefois été détectée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien). Le lançon du Pacifique (Ammodytes hexapterus) était alors la deuxième espèce en abondance dans l’assemblage d’ichtyoplancton. La présente recherche visait à évaluer les conséquences de l’invasion de cette espèce fourragère boréale sur la morue arctique durant les jeunes stades de vie. Les deux espèces se sont révélées en compétition potentielle au stade juvénile, mais le lançon sélectionnait surtout de petites proies tandis que la morue arctique dépendait des grands copépodes calanoïdes. La diminution prédite de la taille du zooplancton avantagerait le lançon par rapport à la morue arctique et la compétition détectée pourrait donc s’amplifier avec une augmentation de la population de lançons en mer de Beaufort. / Climate change in the Arctic threatens hyper specialized polar species while favouring the invasion of boreal and temperate fish species. In the arctic marine food web, arctic cod (Boreogadus saida) is the key forage fish species. The boreal Pacific sand lance (Ammodytes hexapterus) was recently detected in southeastern Beaufort Sea (Canadian Arctic), numbering as the second most abundant ichthyoplankton species after the arctic cod in 2011. The aim of this research was to elucidate the consequences of this boreal forage fish species invasion on arctic cod during the early life stages. Potential competition was detected during the early juvenile stage but arctic cod strongly relied on big calanoid copepods while Pacific sand lance significantly selected for smaller prey. The forecasted reduction in the size of zooplankton would therefore favour sand lance over arctic cod. The interspecific competition is predicted to amplify as the abundance of sand lance in the Beaufort Sea increases.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La mer de Beaufort canadienne subit la double pression des changements climatiques et de l’accroissement des activités industrielles. Malgré l’importance de l’écosystème marin de la région pour les communautés locales, certaines de ses composantes demeurent peu documentées, en particulier la distribution et l’abondance des poissons pélagiques et des mammifères marins. Cette thèse repose sur des bases de données hydroacoustiques, de filets et de chaluts recueillies de 2006 à 2014 afin d’améliorer nos connaissances de la signature bioacoustique des poissons pélagiques et des mammifères marins de la mer de Beaufort et, ultimement, d’estimer plus précisément leur distribution et leur abondance. Pour ce faire, je documente : (1) la distribution verticale et les migrations ontogéniques des poissons pélagiques sur un cycle annuel complet; (2) la distribution spatiale et le recrutement des poissons pélagiques en fonction de la date de la débâcle et des températures de surface; et (3) l’indice de réflexion acoustique et la forme des échos des principaux mammifères marins. La morue arctique (Boreogadus saida) formait 95% de l’assemblage des poissons pélagiques et les individus de plus d’un an demeuraient au-dessus du talus, dans l’halocline pacifique et la couche atlantique (> 100 m), tout au long de l’année. Au contraire, les jeunes de l’année colonisaient la couche épipélagique (< 100 m) de leur éclosion au printemps jusqu’à leur descente en profondeur à l’automne. L’abondance et la biomasse de morues arctiques mesurées acoustiquement atteignaient des valeurs significativement plus élevées au sud de la mer de Beaufort et dans le golfe d’Amundsen qu’au nord. Le taux de croissance larvaire et le recrutement augmentaient les années où la débâcle survenait plus tôt et où les températures de surface vernales étaient plus élevées. Le stock pélagique de morues arctiques suffisait généralement à soutenir les besoins énergétiques des principales espèces de mammifères marins. Cependant, ceux-ci doivent probablement plonger plus profondément les années où le stock diminue afin d’attraper les morues arctiques de plus grandes tailles (> 10 cm) demeurant près du fond. La signature acoustique des baleines et des phoques documentée dans cette thèse pourrait être utilisée afin de compléter les levés visuels à l’aide de sonars et d’échosondeurs scientifiques. La présence de faux positifs limite cependant l’utilisation de ces instruments sous leur forme actuelle et des recommandations sont fournies afin d’améliorer les techniques de détection de mammifères marins à l’aide de l’hydroacoustique. / The Canadian Beaufort Sea faces the double pressure of climate change and increasing industrial activities. Despite the importance of the marine ecosystem of the region for local communities, some of its components remain poorly documented, in particular the distribution and abundance of pelagic fish and marine mammals. This thesis is based on hydroacoustic, net, and trawl datasets collected from 2006 to 2014 and documents the acoustic signature of pelagic fish and marine mammals to, ultimately, estimate their abundance and distribution more accurately. I study and discuss: (1) the vertical distribution and ontogenic migrations of pelagic fish over the annual cycle; (2) the spatial distribution and recruitment of pelagic fish in relation with the date of the ice breakup and sea-surface temperatures; and (3) Target Strengths and echotraces of the main marine mammal species. Arctic cod (Boreogadus saida) formed 95% of the pelagic fish assemblage and age-1+ individuals remained over the slope, in the Pacific Halocline and the Atlantic Layer (> 100 m), throughout the year. In contrast, age-0 arctic cod colonized the epipelagic layer (< 100 m) from hatching in spring until their descent to depth during fall. The abundance and biomass of arctic cod measured acoustically was significantly higher in southern Beaufort Sea and the Amundsen Gulf than in northern areas. Larval growth and recruitment increased during years with an early ice breakup and warmer sea-surface temperatures in spring. The stock of pelagic arctic cod was generally high enough to support the energetic requirements of the main marine mammal species. However, they likely had to dive deeper to feed on large (> 10 cm) bottom-dwelling arctic cod when the pelagic stock diminished. The acoustic signature of whales and seals documented here could be used to complement visual surveys with scientific sonars and echosounders. The occurrence of false positives, however, limits the use of these instruments under their current form and recommendations are provided to improve the efficiency of active acoustic monitoring at detecting marine mammals.