L'objectif principal de ce travail était de mettre en évidence l'influence de la bioturbation induite par le macrobenthos sur la dénitrification dans un sédiment marin soumis à un apport ponctuel massif de matière organique (hydrocarbures). Deux types d'expérimentations complémentaires ont été réalisées: - In vitro, pour étudier les effets d'une population de Polychètes galéricoles Nereis diversicolor, - In situ (golfe de Fos) afin de mettre en évidence l'influence de la macrofaune autochtone plurispécifique dans les conditions naturelles. Ces deux types d'études ont permis de démontrer le fort impact de la macrofaune sur la dénitrification dans les sédiments, la bioturbation ayant une incidence sur: - le nitrate, dont l'approvisionnement pour la dénitrification est facilité lors du remaniement sédimentaire, - la présence d'oxygène, qui à la fois stimule la nitrification pourvoyeuse de nitrate et inhibe la dénitrification, - la matière organique, dont l'influence est variable en fonction des quantités mises en contact avec la microflore dénitrifiante, - la création de micro-niches augmentant la proximité et les échanges entre nitrification et dénitrification

La version actuelle du modèle de surface continentale ISBA représente la couche de sol superficiel et la végétation comme un composite dont les propriétés physiques résultent de pondérations entre les propriétés du sol et de la végétation (albédo, rugosité par exemple). Une nouvelle version, ISBA-MEB (Multi-Energy-Balance), représente le sol et la végétation au travers de deux bilans séparés. Ce développement permet notamment une approche plus réaliste de la modélisation des flux au-dessus, dans et sous de la canopée avec un traitement propre à chacune des couches et la prise en compte de nouveaux processus (effet d'ombrage de la canopée sur le sol, transfert radiatif à travers la végétation, interception de la neige par la canopée). Le sol superficiel est lui désormais caractérisé, pour les surfaces forestières, par une couche de litière agissant sur le cycle énergétique comme sur le cycle hydrologique. Pour évaluer l'impact de ces nouveaux développements sur les forêts, quatre sites Français instrumentés sont dans un premier temps utilisés. Le large panel de données disponible permet une évaluation précise permettant de mettre en évidence certaines améliorations apportées par les développements, En particulier sur le bilan d'énergie en réduisant l'amplitude du flux de chaleur par conduction dans le sol et en réinjectant tout ou partie de cette énergie dans le flux sensible, mais aussi sur le bilan d'eau en améliorant le partitionnement de l'évapotranspiration en ses différentes composantes. Ensuite, leréseau Fluxnet, standard international, se révèle être outil idéal confirmer ces améliorations. Celui ci contient en effet des données relatives à des sites instrumentés correspondant à un large panel de climats et de types de végétation indispensable à la validation d'un modèle destiné à des simulations à échelle globale. 42 sites forestiers sont retenus pour procéder à l'évaluation des nouveaux développements sur la base d'un critère de fermeture du bilan énergétique. Lesrésultats de cette étude permettent non seulement de confirmer à grande échelle les résultats de la partie précédente mais aussi de caractériser des améliorations plus marquées sur les forêts de conifères ainsi que les sites enneigés. Enfin, l'impact sur le bilan hydrologique d'ISBA-MEB est évalué par l'utilisation de la chaîne opérationnelle hydrométéorologique SIM (SAFRAN-ISBAMODCOU).Cette chaîne permet de modéliser le débit des rivières françaises sur une longue période (jusqu'à un demi siècle) et par extension d'obtenir une estimation de la climatologie spatiallement distribuée de l'évapotranspiration. L'impact des développements, et nottament laprise en compte de la litière dans le modèle, modifient l'amplitude annuelle moyenne de l'évaporation du sol et impacte ainsi la modélisation des débits des rvières simulée. D'autre part, une augmentation significative de la sublimation de la neige est à l'origine dans les bassins de montagne d'une réduction du ruisselement total mais ceux-ci ne représente qu'une faible fraction du domaine d'étude.

Les brouillards sont des systèmes météorologiques complexes mettant en oeuvre des processus de fine échelle, et l'interaction subtile entre processus radiatifs, dynamiques, turbulents et microphysiques qui les régit rend leur prévision difficile. Les gouttelettes d'eau qui composent les brouillards sont formées par l'activation des particules d'aérosols, et comprendre l'impact des propriétés des aérosols sur le cycle de vie du brouillard reste un défi. L'objectif de cette thèse est d'analyser l'impact du processus d'activation sur la microphysique des brouillards et sur leur cycle de vie. Elle s'articule sur deux volets, expérimental et numérique. Dans le cadre du projet PréViBoss, une plateforme de mesures in-situ des propriétés du brouillard a été déployée durant les hivers 2010-2013 au SIRTA au sud de Paris. Les données microphysiques ont fourni la distribution dimensionnelle des particules d'aérosols et des gouttelettes, et ont informé sur la capacité des particules d'aérosols à agir en tant que noyaux de condensation nuageux (CCN). Elles sont analysées afin de documenter les propriétés du brouillard et leur évolution au cours de leur cycle de vie. La particularité de ce travail réside dans le grand nombre d'épisodes de brouillard analysés. Ainsi, 48 épisodes ont permis d'étudier l'évolution microphysique des brouillards et 23 épisodes ont permis d'étudier le processus d'activation à la formation des brouillards à travers une méthode originale. Les valeurs de sursaturation critique et les concentrations de CCN ont été caractérisées et reliées aux propriétés des aérosols (distribution, concentration et hygroscopicité). Il s'avère que c'est la valeur de la sursaturation détermine la concentration de gouttelettes, indépendamment de la concentration de particules d'aérosols activables disponibles. L'évolution microphysique des 48 épisodes de brouillards suit 4 phases aux comportements distincts, et est principalement régie par les processus de condensation/évaporation et activation/dé-activation. La concentration caractéristique en gouttelettes des brouillards est déterminée durant la première phase, elle est ensuite modulée au cours du cycle de vie du brouillard. Des simulation en mode LES d'un cas de brouillard observé lors de PréViBoss ont ensuite été réalisées avec le modèle Méso-NH, afin d'évaluer l'impact de la microphysique sur la durée de vie du brouillard. Elles permettent d'explorer précisément les interactions entre aérosols et processus physiques. Un schéma microphysique à deux moments a été utilisé au sein duquel deux schémas d'activation ont été comparés: le premier diagnostique une sursaturation maximale, alors que le second considère une évolution pseudo-pronostique de la sursaturation selon Thouron et al. (2012). Contrairement au premier, le second schéma calcule les valeurs de sursaturations réellement atteintes. Il permet de tenir compte de processus supplémentaires non considérés par le schéma actuel comme la condensation ou le mélange. Les concentrations de CCN calculées avec ce nouveau schéma sont significativement moins élevées, mais restent toutefois surestimées par rapport aux observations. La représentation de la dynamique pourrait en être responsable. Des tests de sensibilité à la concentration d'aérosols montrent un impact limité sur le cycle de vie du brouillard, excepté pour des cas extrêmes, pour lesquels une très faible concentration d'aérosols retarde la dissipation du brouillard. Ce sont les conditions dynamiques, thermodynamiques et de surface qui pilotent principalement le cycle de vie du brouillard à travers leur impact sur la stabilité de la couche limite. En outre, la prise en compte d'hétérogénéités de surface modifie très sensiblement le cycle de vie du brouillard au travers de la turbulence qu'elles génèrent. La variabilité spatio-temporelle qui en découle doit ainsi être prise en compte dans de futurs dispositifs expérimentaux.

D'un point de vue climatique la région méditerranéenne est propice aux évènements pluvio-orageux intenses, particulièrement en automne. Ces pluies s'abattent sur des bassins versants escarpés. La promptitude des crues ne laisse qu’un temps très court pour la prévision. L'amplitude de ces crues dépend de la grande variabilité des pluies et des caractéristiques des bassins versants. Les réseaux d'observations ne sont habituellement pas adaptés à ces petites échelles spatiales et l'intensité des événements affecte souvent la fiabilité des données quand elles existent d'où l'existence de bassin non jaugés. La régionalisation en hydrologie s'attache à la détermination de variables hydrologiques aux endroits où ces données manquent. L'objectif de cette thèse est de contribuer à poser les bases d’une méthodologie adaptée à la transposition des paramètres d'un modèle hydrologique distribué dédié aux crues rapides de bassins versants bien instrumentés à des bassins versants non jaugés, et ce sur une large zone d’étude. L'outil utilisé est le modèle hydrologique distribué MARINE [Roux et al., 2011] dont l'une des originalités est de disposer d'un modèle adjoint permettant de mener à bien des calibrations et des analyses de sensibilité spatio-temporelles qui servent à améliorer la compréhension des mécanismes de crue et à l'assimilation de données en temps réel pour la prévision. L'étude des sensibilités du modèle MARINE aborde la compréhension des processus physiques. Une large gamme de comportements hydrologiques est explorée. On met en avant quelques types de comportements des bassins versants pour la région d'étude [Garambois et al., 2012a]. Une sélection des évènements de calibration et une technique de calibration multi évènements aident à l'extraction d'un jeu de paramètres par bassin versant. Ces paramétrisations sont testées sur des évènements de validation. Une méthode de décomposition de la variance des résultats conduit aux sensibilités temporelles du modèle à ses paramètres. Cela permet de mieux appréhender la dynamique des processus physiques rapides en jeu lors de ces crues [Garambois et al., 2012c]. Les paramétrisations retenues sont transférées à l'aide de similarités hydrologiques sur des bassins versants non jaugés, à des fins de prévision opérationnelle.

Les affleurements, localisés dans la région nord-est et centrale de l’Etat de Sonora, NO du Mexique, révèlent une série à dominance carbonatée qui s’étend du Dévonien supérieur à la base du Permien. Cinq grandes coupes sont étudiées : (1) les Cerros de Tule ; (2-3) le Cerro Los Abajeños et le Cerro El Palmar dans la Sierra Agua Verde ; (4) le Cerro El Yugo (Arivechi) et (5) le Cerro Las Moritas. Les résultats obtenus, intéressant surtout la lithostratigraphie et la biostratigraphie, sont fondés sur l’étude des foraminifères et des algues calcaires. Les biozones identifiées sont successivement : (a) Nanicella gallowayi seule ; (b) Eogeinitzina devonica ; (c) Moravamminides indéterminés ; (d) Granuliferella ; (e) Laxoendothyra parakosvensis et Granuliferelloides sp., (f) Tuberendothyra sp. et Inflatoendothyra sp. ; (g) Endothyra prisca et Stacheoides tenuis, suivies des zones de fusulinines de Wilde : M2, A2, A4, DS1, DS2, MC1/2, VC2/3 et PW1/2. Des données géochimiques ont aussi été recherchées : on a fait ainsi une interprétation des oxydes majeurs obtenus par FRX. On ajoute une réflexion sur les relations génétiques et climatiques avec les cyclothèmes du midcontinent des USA et avec la glaciation LPIA (Late Paleozoic Ice Age) du Gondwana. Comme le paléoclimat offre les mêmes caractéristiques que le reste du Craton Nord-américain, que l’on peut qualifier de “pays des cyclothèmes”, une tectonique synsédimentaire locale a sûrement prévalu en Sonora. En fin de compte, la partie étudiée du Sonora apparaît comme une grande plate-forme (peut-être un bassin d’avant-pays) située entre le Craton Nord-américain et l’Océan Rhéïque. / The outcrops, located in the northeast and central region of the State of Sonora, NW Mexico, reveal a predominately carbonate series that ranges from Upper Devonian to the base of the Permian. Five detailed sections were studied : (1) the Cerros of Tule ; (2-3) the Cerro Los Abajeños and the Cerro El Palmar; in the Sierra Agua Verde ; (4) the Cerro El Yugo (Arivechi) and (5) the Cerro Las Moritas. Results on lithostratigraphy and biostratigraphy, based on foraminifers and calcareous algae, are proposed. The identified biozones are successively: (a) Nanicella gallowayi; (b) Eogeinitzina devonica ; (c) Moravamminides indéterminés ; (d) Granuliferella ; (e) Laxoendothyra parakosvensis et Granuliferelloides sp., (f) Tuberendothyra sp. et Inflatoendothyra sp. ; (g) Endothyra prisca et Stacheoides tenuis, followed by the fusulinid zones of Wilde: M2, A2, A4, DS1, DS2, MC1/2, VC2/3 and PW1/2. Geochemical data were investigated; they permit a preliminary interpretation of the major oxydes. It is added a reflection on the genetic relationships and climatic with the cyclothems of Midcontinent of USA and the LPIA (Late Paleozoic Ice Age) of Gondwana. As the palaeoclimate is presented with similar characteristics to that of the rest of the North American Craton ìcountry of the cyclothems, a synsedimentary and local tectonic could dominate in Sonora. Finally, the studied part of Sonora appears as a large platform (maybe a foreland unit) between the North American Craton and the Rheic Ocean.

Les écosystèmes marins arctiques sont alimentés à la base de la chaîne trophique par la production de biomasse algale. Alors que l’on croyait la croissance du phytoplancton (algues unicellulaires en suspension dans l’eau de mer) largement limitée à la saison durant laquelle l’océan Arctique est le plus dépourvu de glace de mer, on a découvert que des développements massifs de phytoplancton se produisaient sous la banquise arctique dès le printemps. Il n’est actuellement pas possible de déterminer l’étendue du phénomène et sa contribution, peut-être majeure, à la production primaire marine annuelle, car on connaît peu les mécanismes qui contrôlent la dynamique des floraisons de phytoplancton sous la banquise. Les observations in situ suggèrent que les floraisons sous banquise sont largement conditionnées par l’accès à la lumière visible dans la colonne d’eau. Que savons nous de cette lumière? Nous savons qu’elle est contrainte par les éléments qui se trouvent à la surface de l’océan Arctique (la présence et l’état de la glace de mer), ainsi que par l’atmosphère (en particulier, par les nuages). Mais comment analyser à la fois l’influence de la surface de l’océan et de l’atmosphère qui varient énormément avec le temps et l’espace, sur la lumière disponible pour la production primaire? La télédétection par satellite est un outil puissant pour suivre et étudier les propriétés du système Arctique à différentes échelles spatio-temporelles. Cet outil, combiné dans différents modèles, est utilisé pour déterminer le rôle que jouent les composantes de l’environnement dans les fluctuations de la lumière sous-marine. Ainsi, le premier chapitre de cette thèse porte sur la transmittance de la lumière par l’atmosphère à l’échelle pan-Arctique et on y évalue la tendance multiannuelle entre 2000 et 2016. On trouve que l’atmosphère devient moins transparente d’environ 2% par décennie. Ensuite, au deuxième chapitre, on développe une méthode satellitaire pour quantifier la perte de photons par réflexion dans la glace de mer. La méthode est évaluée par les données de terrain collectées en marge de la baie de Baffin aux printemps 2015 et 2016 pendant la campagne Green Edge. Finalement, au troisième chapitre, on utilise un modèle de propagation de la lumière dans l’atmosphère, qui, combiné au modèle développé au chapitre deux, permet d’évaluer la lumière potentiellement disponible pour la production primaire, à haute résolution temporelle tout au long de la saison de croissance. Ce modèle est appliqué localement, toujours en marge de la baie de Baffin, mais la méthode est développée pour investiguer le régime lumineux sous la banquise n’importe où en Arctique. Cette thèse contribue à l’avancement des connaissances sur la lumière servant à la production primaire et à sa propagation dans le système atmosphère-glace-océan. / Arctic marine ecosystems are fueled by the production of algal biomass. While the growth of phytoplankton (single-cell algae suspended in seawater) was believed to be largely limited to the season during which the Arctic Ocean is mostly free of ice, massive phytoplankton blooms have recently been discovered under Arctic sea ice during spring. It is currently not possible to determine the extent of this phenomenon and its contribution, perhaps major, to annual primary production, because little is known about the mechanisms that control the dynamics of phytoplankton blooms under sea ice. Recent in situ observations conducted to understand this phenomenon suggest that the under-ice phytoplankton blooms are largely conditioned by access to visible sunlight in the water column. This light is constrained by the elements which are on the surface of the Arctic Ocean, in particular the presence and the state of the sea ice which vary enormously with time and space. Likewise, in the atmosphere, the omnipresence of clouds in the Arctic strongly constrains light. How can we analyze both the influence of the surface and the atmosphere on the light available for phytoplankton under sea ice? Satellite remote sensing is a powerful tool for monitoring and studying the properties of the Arctic system at different space-time scales. This tool, combined with different models, is used to determine the role that these different components of the environment play in the fluctuations of underwater light. The first chapter of the thesis deals with the transmittance of light by the atmosphere for which we assess the multi-annual trend between 2000 and 2016 at the pan-Arctic scale. We find that the atmosphere becomes less transparent at a rate of 2% per decade. Then, in chapter two, we develop a satellite remote sensing method to quantify the loss of reflected light in sea ice. This method is validated by field data collected during the Green Edge campaign on the West coast of Baffin Bay during the springs of 2015 and 2016. Finally, in chapter three, we use a model to propagate light in the atmosphere, and, combining it with the model developed in the previous chapter, we assess the potential light for phytoplankton at high temporal resolution throughout the growing season. This model is applied locally, still at a coastal Baffin Bay location (Green Edge campaign), but the method was developed to investigate the light regime under the pack ice anywhere in the Arctic. This thesis contributes to our knowledge on the propagation of light available for photosynthesis in the atmosphere-ice-ocean system and thus helps to better understand the impact of climate change on the Arctic marine ecosystem.

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Le processus de la photosynthèse nécessite l'énergie de la lumière solaire et, dans l’océan, se déroule essentiellement dans la couche euphotique. Outre les autres variables (à savoir la chlorophylle a et les paramètres photosynthétiques), une connaissance appropriée du champ lumineux en termes de rayonnement incident disponible sur la photosynthèse (PAR) à un emplacement, une profondeur et une heure et une date donnés, est requise par les modèles d'écosystème marin. Le travail inclus dans cette thèse examine comment des angles de zénith solaires plus grands et différentes conditions nuageuses caractéristiques des régions de haute latitude, en particulier dans l'Arctique, peuvent affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface et dans la colonne d’eau. L’accent est également mis sur les variations du champs lumineux à haute fréquence liées à la nébulosité sur les estimations de la productivité primaire. Les PAR de surface estimés à partir de différents modèles ont été comparés à des mesures en série chronologique in situ à haute fréquence de données de PAR d'une bouée située en mer Méditerranée. Nous avons examiné comment les incertitudes dues aux angles de zénith solaires plus grands, en conditions nuageuses variables, pouvaient affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface. La méthode de classement objectif a été utilisée pour identifier les meilleures méthodes. Le produit PAR de la NASA-Ocean Biology Processing Group (OBPG) a montré les meilleures performances globales, tandis que les PAR basées sur la méthode de la table de conversion (LUT) ont présenté les meilleures performances en termes de différence carrée moyenne, de biais sous ciel clair et également par temps couvert. D'autres méthodes basées sur des formulations empiriques ont montré la troisième meilleure performance par temps clair, tandis que par temps nuageux, elles présentaient de plus grandes incertitudes. Trois méthodes testées par faible ensoleillement ont montré des incertitudes allant jusqu'à 50% dans toutes les conditions du ciel. Les performances du modèle dépendent des propriétés et des produits de nuage... / The process of photosynthesis requires the energy from sunlight and takes place essentially in the euphotic layer of the oceans. In addition to other variables (i.e., chlorophyll a and photosynthetic parameters) a suitable knowledge of light field in terms of photosynthetically available radiation (PAR) at any given location, depth and time is an important input parameter required by marine ecosystem models. The work included in this thesis examines how larger solar zenith angles, different cloud conditions that are characteristic features of high latitude regions, especially in Arctic, might affect the accuracy of surface irradiance estimates. Further, main focus was on the effects of high frequency variations in the light field on primary production. Surface PAR estimated from different models were compared with high frequency in situ time series measurements of PAR a buoy located in Mediterranean Sea. It was examined how uncertainties due to larger solar zenith angles under varying cloud conditions might affect the accuracy of surface irradiance. Objective ranking method was used to identify the best methods. Methods tested under low sun elevations exhibited uncertainties as large as 50% under all sky conditions. Model performances were dependent on cloud properties and products. Accuracy of a semianalytical model for coefficient of vertical diffuse attenuation of surface irradiance (kd!) based on optical properties inherent to the water itself (absorption and scattering), and solar zenith angle was examined under larger solar zenith angels and cloud conditions. Extensive radiative transfer simulations were performed to quantify the uncertainties due to large solar zenith angles and clouds on the estimates of diffuse attenuation coefficient. The uncertainties under both these conditions are due to the variability in the proportions of direct and diffuse parts of the total irradiance reaching the surface and in the water column. Also, an improved model parameterization proposed to estimate !"# under large solar zenith angels and cloud conditions was evaluated with Arctic in situ data exhibited good performances...

The fact that some salmon spend only one year and a little more feeding in the sea before returning to their home river has been clearly demonstrated through scale reading and tagging experiments. These fish are called "grilse". In other words, a grilse usually enters its river of origin after one complete year and part of a summer at sea (A.1+) whereas a fully grown salmon (the backbone of a salmon fishery) usually remains in the sea 25 or 26 months (A.2 or A.2+), 36, 37 or 38 months (A.3 or A.3+), and in some rare cases, 48, 49 or 50 months (A.4 or A.4+) up to 60, 61 or 62 months (A.5 or A.5+) n For the past twenty years, the conservation of Salmo salar L. in Swedish rivers has necessitated the erection of modem smolt rearing stations and the undertaking of expensive management programs elsewhere, in order to compensate for the loss of natural spawning and nursing areas which were destroyed, in one river after another, by the construction of hydro-electric power developments, or simply by the deterioration of the environment.

L’Océan Arctique (OA) est hétérogène et se compose de plusieurs écorégions influencées par des conditions environnementales saisonnières extrêmes. L’Arctique est particulièrement vulnérableaux changements climatiques et montre un réchauffement plus rapide que la plupart des régions sur Terre. Cette thèse se concentre sur l’étude de deux régions (golfe d’Amundsen et baie de Baffin (BB)) à différentes échelles spatiales et temporelles. D’abord, nous utilisons des approches moléculaires, incluant la métagénomique et le séquençage à haut débit d’un marqueur taxonomique pour examiner la diversité microbienne eucaryote, puis nous appliquons des approches basées sur l’assemblage de pigments et les paramètres photosynthétiques afin de mieux définir les communautés. Sur la base d’échantillons prélevés durant 8 mois dans le golfe d’Amundsen (novembre 2007 à juillet 2008), nous documentons la saisonnalité d’espèces microbiennes eucaryotes clé dans l’Arctique. Nous montrons que les prasinophytes survivent pendant la Nuit Polaire et que Micromonas était probablement sujet à une lyse virale en hiver. Deuxièmement, nous décrivons une variabilité spatiale importante dans la BB à la mi-août 2013 et montrons qu’il ne s’agit pas d’une seule écorégion. L’absence de maximum de chlorophylle sous-surface (SCM) du côté canadien était contrastée avec la présence d’un SCM marqué du côté Groenland. Les différences océanographiques physiques de chaque côté semblent également influencer la composition en espèces, avec des communautés de diatomées dominées par Chaetoceros aff. gelidus du côté du Canada, tandis que du côté du Groenland, ce sont les diatomées potentiellement nocives pour les vertébrés marins Pseudo-nitzschia spp., qui étaient les plus abondantes. Enfin, nous montrons que les capacités photosynthétiques et les teneurs en pigments présentent une variabilité verticale, spatiale et temporelle dans le Nord de la Baie de Baffin. Nous décrivons la forte variabilité apparente de la communauté photosynthétique du côté du Canada, comparé à des changements plus progressifs de l’autre côté. Du côté Groenlandais, la dominance des communautés alternent entre les diatomées et les algues vertes, avec un retour aux conditions initiales après 24 h reflétant bien les patrons de signatures pigmentaires. Le remplacement rapide des groupes photosynthétiques du côté du Canada est associé à un manque d’accumulation de biomasse à court terme, suggérant un équilibre entre croissance et processus de perte au cours des 24 h. À long terme, les différences entre les deux parties pourraient se refléter dans les transferts d’énergie aux réseaux alimentaires pélagiques par rapport à l’exportation de carbone vers le benthos. Par l’utilisation d’échelles spatiales et temporelles variées, cette thèse se concentre sur deux régions historiquement productives de l’Arctique et les résultats obtenus ont contribué à l’avancement des connaissances dans le domaine de l’écologie microbienne arctique, en mettant particulièrement l’accent sur la survie pendant la nuit polaire et sur les effets potentiels du changement climatique sur l’accumulation de biomasse photosynthétique et les capacités photo physiologiques associées. / The Arctic Ocean (OA) is heterogeneous and composed of multiple eco-regions that are influenced by extreme seasonal environmental conditions. The Arctic is particularly vulnerable to climate change and warms faster than most regions on Earth. This thesis focuses on two regions of the Arctic (Amundsen Gulf and Baffin Bay (BB)) at different spatial and temporal scales. First, we used molecular approaches including metagenomics and high-throughput sequencing of a taxonomic marker to examine eukaryotic microbial diversity, and then we applied pigment assemblage-based approaches and examined photosynthetic parameters to further define communities. Based on samples collected over 8 months in the Amundsen Gulf (November 2007 - July 2008), we document the seasonality of key microbial eukaryote species in Arctic. We show that prasinophytes survive during the Polar Night and that Micromonas was likely subject to viral lysis in winter. Second, we describe high spatial variability in BB in mid-August 2013 and show the presence of several regions. The absence of a subsurface chlorophyll maximum (SCM) on the Canadian side was in contrast with a marked SCM on the Greenland side. Physical oceanographic differences on each side also influenced the species composition, with diatom communities dominated by Chaetoceros aff. gelidus on the Canadian side, while on the Greenland side, Pseudo-nitzschia spp., which are potentially harmful to marine vertebrates, were the most abundant diatoms. Finally, we highlighted a vertical, spatial and temporal variability of the photosynthetic capacities and the pigment contents in Northern Baffin Bay. We describe the apparent high variability of the photosynthetic community on the Canadian side, which was in contrast with more gradual changes on the Greenland side, where communities switched from diatoms to green algae and back over 24 h reflecting photoprotection and light capture pigment signatures. The rapid species replacement of photosynthetic groups on the Canadian side was in conjunction with a lack of short term biomass accumulation, suggesting balanced growth and loss processes over the 24 h. In the long term, differences on the two sides would be reflected in the energy transfers to pelagic food webs versus export of carbon toward the benthos. Focusing on two contrasting but historically productive regions of the Arctic over different spatial and temporal scales, results produced within this doctoral project contributed to the advancement of knowledge in the field of arctic microbial ecology, with particular emphasis on the survival during the Polar Night, and potential consequences of climate change on the accumulation of photosynthetic biomass and their photo physiological capacities.