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La dynamique temporelle des communautés de mégafaune épibenthique associées aux marges continentales demeurent peu connue. Face à ce constat, l’objectif de cette thèse est de mettre en évidence les échelles temporelles, les facteurs environnementaux et les processus qui régissent la dynamique des communautés vivant entre 400 et 1000 m de profondeur sur la pente et dans le Canyon de Barkley (Colombie-Britannique, Canada). Pour répondre à cet objectif, nous avons utilisé les séquences vidéo et les données océanographiques fournies sur chaque site par l’observatoire NEPTUNE d’Ocean Networks Canada. Ces données ont été couplées aux paramètres météorologiques et océanographiques de surface fournis par la bouée La Perouse bank, ainsi qu’aux images satellitaires (NASA) de concentration en chlorophylle de surface. Le gradient bathymétrique et oxique entre la pente et les sites du canyon sont vraisemblablement responsables de la composition spécifique distincte de ces communautés. Les variations saisonnières dominaient de la même manière la dynamique temporelle des trois communautés. Celles-ci ont été associées à la variation de production primaire de surface qui semble exercer son influence au travers de nombreux processus tels que l’arrivée de nourriture sur le fond ou par effets de cascade via la chaîne trophique. Nous avons également montré au travers de l’étude du cycle de vie du crabe tanneur Chionoecetes tanneri l’importance des cycles de vie des espèces et l’influence potentielle des interactions biotiques dans cette dynamique des communautés. Des indices concernant des phénomènes de plus longue durée, probablement de l’ordre de la décennie, confirment l’importance de continuer ce type de suivi sur un plus long terme. / The temporal dynamics of epibenthic megafaunal communities inhabiting continental margins remain poorly studied. The objectives of this thesis were to describe the time scales, environmental factors and processes influencing the temporal dynamic of the communities living at 900 and 1000 m depth at the wall and the axis (respectively) of Barkley Canyon and at the adjacent slope at 400m depth (British Columbia, Canada). To this end, we used video sequences and oceanographic data acquired at each site by Ocean Networks Canada's NEPTUNE observatory. These data were combined with meteorological and oceanographic surface parameters provided by the LaPerouse bank buoy and the NASA satellite images for surface chlorophyll concentration.The bathymetric and oxic gradients between the slope and the canyon sites are likely responsible for the distinct species compositions observed for these communities. Seasonal variations equally dominated the temporal dynamics of the three communities.These results were associated with the variations in primary surface production through many processes such as the arrival of food at the bottom and/or by cascading effects via the trophic food chain. The study of the life cycle of the tanner crab Chionoecetes tanneri revealed the importance of species life cycles and the potential influence of biotic interactions in communities’ temporal dynamics. Some clues on phenomena of longer duration, probably decadal, confirmed the importance of maintaining long-term monitoring in the area.

The eastern tropical north Pacific (ETNP) is characterized by one of the ocean's most severe midwater oxygen minimum zones (OMZs), where oxygen levels are often less than 5 µM. The copepod family Eucalanidae is a numerically abundant and diverse zooplankton group in the ETNP, and displays a wide range of vertical distributions related to environmental oxygen concentrations. The goal of this dissertation was to develop a better understanding of the ecology, physiology, and biochemistry of closely related copepod species (family Eucalanidae) that inhabit the ETNP OMZ system. This was accomplished through examining different parameters relating to (1) metabolic rates, (2) detailed lipid composition and biomarkers, and (3) body composition, enzyme activity and survivorship in low oxygen water. Oxygen consumption, ammonium, urea, and phosphate excretion rates were generally highest in Subeucalanus subtenuis, a copepod primarily residing in the upper euphotic zone. Eucalanus inermis, typically found in the lowest oxygen environment of the species examined, showed significantly lower metabolic rates largely due to high water content. Rhincalanus rostrifrons, residing primarily in the upper oxycline, showed intermediate rates, likely relating to its higher reliance on lipid catabolism than S. subtenuis and E. inermis. Urea excretion rates showed a complicated relationship with temperature and oxygen, which calls for further study. Knowledge of such interactions is necessary for accurate modeling of nitrogen cycles in OMZ and other oceanic regions. Lipid biomarkers suggested that S. subtenuis, E. inermis and Pareucalanus attenuatus all fed primarily on particulates near the chlorophyll maximum region, while R. rostrifrons and R. nasutus likely fed on sinking particulates at depth. These results also emphasized the difference in lipid composition between wax esters and triacylglycerol components of storage lipids. This study suggested a much larger role of phylogeny in characterizing lipid contents than previously thought. Body composition, enzyme assays and survivorship studies suggested that E. inermis, S. subtenuis, P. attenuatus, R. nasutus and R. rostrifrons formed four separate ecological groups based on genus. E. inermis had low organic matter, moderate lactate dehydrogenase (LDH) activity, and high survivorship at oxygen concentrations < 20 µM. Rhincalanus spp. also had moderate LDH activity and high survivorship in low oxygen, but were unique in particularly low protein and high lipid content. S. subtenuis was characterized by high protein content, no measurable LDH activity and low survivorship in < 20 µM O2. P. attenuatus was similar to S. subtenuis in many respects, but had lower protein content and a different lipid accumulation strategy. In conclusion, eucalanoid copepods utilized many different ecological strategies in the ETNP OMZ system. Features of different ecological groups fit well with their observed vertical distributions in the water column. Understanding the ecology of organisms in OMZ systems will allow us better predictive capability for the effects of expanding OMZs in other regions.

Cette thèse a pour objectifs de documenter les variations spatiotemporelles de la zone de minimum d’oxygène (OMZ) du Pacifique Nord-Est, et d’identifier les mécanismes qui ont causé ces variations. L’étude est fondée sur l’analyse géochimique des composants majeurs, mineurs et traces de sédiments prélevés dans le Pacifique Nord-Est, en combinant des mesures par ICP-MS et scanneur XRF. Ces mesures ont permis de distinguer l’effet de la productivité biologique de celui de la ventilation océanique sur l’oxygénation du sédiment. J’ai pu mettre en évidence le rôle prépondérant de la productivité au niveau de la Basse Californie (23°N), qui varie en phase avec les températures en Atlantique Nord durant les 120.000 dernières années. Par ailleurs, la ventilation océanique a probablement joué un rôle important au niveau du golfe de Papagayo (12°N), par l’advection de masses d’eau provenant des hautes latitudes nord et sud. L’intensité de l’OMZ du Pacifique Nord-Est serait donc influencée par des modifications des circulations océaniques et atmosphériques, liées aux climats des hautes latitudes des deux hémisphères. / This thesis aims at documenting the spatiotemporal variations of the Oxygen Minimum Zone (OMZ) of the northeastern Pacific, and identifying the mechanisms that caused theses variations. The study is based on the geochemical analyses of major, minor, and trace elements of sediments from the northeastern Pacific, by combining ICP-MS and XRF scans measurements. These measurements allowed distinguishing the effect of biologic productivity and oceanic ventilation on sediment oxygenation. I was able to highlight the predominant impact of the productivity off the Baja California Margin (23°N), which varied in phase with the high northern Atlantic temperature across the past 120,000 years. Moreover, oceanic ventilation did play an important role off the Papagayo Gulf (12°N), because of the advection of water mass coming from the high northern and southern latitudes. OMS intensity in the northeastern Pacific could thus be influenced by changes in the atmospheric and oceanic circulation, in relation to high northern and southern latitudes climates.

Le Système d’Upwelling Péruvien (PUS) et la Zone à Oxygène minimum (OMZ) qui y est associée font partie des régions les plus marquées par les variations climatiques de type El Niño Southern Oscillation (ENSO), tant à l’échelle interannuelle qu’à l’échelle décennale. Or, peu d’enregistrements de l’impact de l’ENSO sur cette zone géographique atteignent ces résolutions temporelles, malgré des conditions propices à la conservation de dépôts sédimentaires laminés.Nous avons analysé ces archives sédimentaires à l’échelle de la lamine et en utilisant des marqueurs sédimentologiques, micro paléontologiques et géochimiques afin de retracer les variations de tous les paramètres susceptibles de répondre aux changements climatiques(précipitations, productivité, dénitrification, températures océaniques de surface). Cette approche nous a permis de disposer d’un enregistrement complet des conditions environnementales dans l’OMZ du Pérou à des échelles pluri-annuelle à multidécennale, ce qui est inégalé sur des périodes au-delà du dernier millénaire. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une forte empreinte de la circulation de Walker sur le PUS. Cet impact est modulé par les régions extra tropicales de l’hémisphère Nord, en particulier par l’Oscillation Nord-Atlantique (NAO) à l’échelle multidécennale, par la circulation thermohaline à l’échelle centennale et par l’Anticyclone Sibérien à l’échelle millénaire. / The Peruvian Upwelling System (PUS) and the corresponding Oxygen Minimum Zone (OMZ) are part of the regions where the imprint of climatic variations due to El Niño Southern Oscillation (ENSO) at the interannual and multidecadal timescales is the strongest. However,only a few records of ENSO-like climatic variability reach such short timescales in thisgeographical area, despite prevailing conditions favorable to the preservation of laminatedsediments. We analyzed these sedimentary archives at the scale of the lamination, using sedimentology, micropaleontology and geochemistry. The aim was to trace variations in all parameters responding to climatic changes (rainfall, productivity, denitrification, sea surfacetemperatures). This approach has provided a full record of environmental conditions in thePeruvian OMZ at multiannual and multidecadal timescales for the first time on time intervals exceeding the last millennium. We thus evidenced a strong imprint of the Walker circulation on the PUS. This impact is paced by the extratropical northern hemisphere, especially by the North Atlantic Oscillation (NAO) at the multidecadal timescale, by the thermohaline circulation at the centennial timescale and by the Siberian High at the millennial timescale.

Le nord du système du Courant de Humboldt (NHCS), le long des côtes péruviennes, est l'une des régions océanique les plus productives au monde. Il représente moins de 0.1% de la surface des océans mondiaux mais contribue actuellement à plus de 10% des captures mondiales en poissons, avec l’anchois Engraulis ringens comme espèce emblématique. Comparé aux autres systèmes d’upwelling de bord Est, la forte productivité en poissons ne peut être expliquée par une productivité primaire plus élevée. Par contre, le NCHS est la région où El Niño, et la variabilité climatique en général est la plus notable. D’autre part, les eaux de surface oxygénées recouvrent une zone de minimum d’oxygène extrêmement intense et superficielle. L’objectif principal de ce travail est de mieux comprendre les relations trophiques au sein du NHCS en combinant l'analyse de contenus stomacaux et d'isotopes stables. Cette étude se focalise sur une variété d’organismes allant des bas niveaux trophiques comme le zooplancton aux prédateurs supérieurs (oiseaux et les otaries à fourrure). Elle combine des études de contenus stomacaux ponctuelles et sur le long terme d’espèces clés telles que l’anchois et la sardine Sardinops sagax et une analyse plus globale, basée sur l'utilisation d'isotopes stables et considérant l’ensemble du réseau trophique dans les années récentes (2008 – 2012). Les analyses des contenus stomacaux d'anchois et de sardine ont permis de revisiter l'écologie de ces espèces. En effet, bien que le phytoplancton domine largement les contenus stomacaux en termes d’abondance numérique, le zooplancton est de loin la composante alimentaire la plus importante pour ces deux espèces en termes de carbone. Dans le cas de l’anchois, les euphausiacés contribuent à plus de 67.5% du carbone ingéré, suivis par les copépodes (26.3%). Sélectionner les proies les plus grandes telles que les euphausiacés procure un avantage énergétique pour l’anchois dans cet écosystème où les carences en oxygène imposent de fortes contraintes métaboliques aux poissons pélagiques. La sardine se nourrit de zooplancton plus petit que l’anchois (copépodes plus petits et moins d’euphausiacés). Ainsi, la compétition trophique entre les sardines et les anchois est minimisée dans le NSCH par le partage de la ressource zooplancton selon sa taille, comme cela a déjà été montré dans d’autres écosystèmes. Ces résultats remettent en question la compréhension première de la position des petits poissons pélagiques (zooplanctonophage et non phytoplanctonophage) dans la chaine trophique ce qui implique de reconsidérer le fonctionnement et les modèles trophiques du NCHS. Afin d’obtenir une compréhension plus globale de la position trophique relative des principaux composants du NHCS une approche basée sur des analyses d’isotopes stables (δ13C et δ15N) a été utilisée. Pour ce faire, la signature isotopique d'échantillons de 13 groupes taxonomiques (zooplancton, poissons, calmars et prédateurs supérieurs) prélevés entre 2008 et 2011 a été déterminée. Les valeurs de δ15N obtenues sont fortement impactées par l’espèce, la taille et la latitude. Le long de la cote péruvienne, la zone de minimum d’oxygène devient en effet plus intense et plus superficielle au sud de ~7.5ºS impactant fortement la valeur de δ15N de la ligne de base. Nous avons donc utilisé un modèle linéaire à effet mixte prenant en compte les effets latitude et taille afin de prédire la position trophique relative des composants clés de l’écosystème. Ces analyses isotopiques confirment les résultats issus des contenus stomacaux sur le régime alimentaire de l’anchois et mettent en évidence l’importance potentielle d’une composante souvent négligée de l’écosystème, la galathée pélagique Pleuroncodes monodon. En effet, nos résultats supportent l’hypothèse selon laquelle cette espèce s’alimenterait en partie sur les oeufs et larves d’anchois, menaçant ainsi les premiers stades de vie des espèces exploitées. [...] / The northern Humboldt Current system (NHCS) off Peru is one of the most productive world marine regions. It represents less than 0.1% of the world ocean surface but presently sustains about 10% of the world fish catch, with the Peruvian anchovy or anchoveta Engraulis ringens as emblematic fish resource. Compared with other eastern boundary upwelling systems, the higher fish productivity of the NHCS cannot be explained by a corresponding higher primary productivity. On another hand, the NHCS is the region where El Niño, and climate variability in general, is most notable. Also, surface oxygenated waters overlie an intense and extremely shallow Oxygen Minimum Zone (OMZ). In this context, the main objective of this study is to better understand the trophic flows in the NHCS using both stomach content and stable isotope analyses. The study focuses on a variety of organisms from low trophic levels such as zooplankton to top predators (seabirds and fur seals). The approach combines both long-term and specific studies on emblematic species such as anchoveta, and sardine Sardinops sagax and a more inclusive analysis considering the 'global' food web in the recent years (2008 –2012) using stable isotope analysis.Revisiting anchovy and sardine we show that whereas phytoplankton largely dominated anchoveta and sardine diets in terms of numerical abundance, the carbon content of prey items indicated that zooplankton was by far the most important dietary component. Indeed for anchovy euphausiids contributed 67.5% of dietary carbon, followed by copepods (26.3%).Selecting the largest prey, the euphausiids, provide an energetic advantage for anchoveta in its ecosystem where oxygen depletion imposes strong metabolic constrain to pelagic fish. Sardine feed on smaller zooplankton than do anchoveta, with sardine diet consisting of smaller copepods and fewer euphausiids than anchoveta diet. Hence, trophic competition between sardine and anchovy in the northern Humboldt Current system is minimized by their partitioning of the zooplankton food resource based on prey size, as has been reported in other systems.These results suggest an ecological role for pelagic fish that challenges previous understanding of their position in the foodweb (zooplanktophagous instead of phytophagous), the functioning and the trophic models of the NHCS.Finally to obtain a more comprehensive vision of the relative trophic position of NHCS main components we used stable isotope analyses. For that purpose we analyzed the δ13C and δ15N stable isotope values of thirteen taxonomic categories collected off Peru from 2008 - 2011, i.e., zooplankton, fish, squids and air-breathing top predators. The δ15N isotope signature was strongly impacted by the species, the body length and the latitude. Along the Peruvian coast, the OMZ get more intense and shallow south of ~7.5ºS impacting the baseline nitrogen stable isotopes. Employing a linear mixed-effects modelling approach taking into account the latitudinal and body length effects, we provide a new vision of the relative trophic position of key ecosystem components. Also we confirm stomach content-based results on anchoveta Engraulis ringens and highlight the potential remarkable importance of an often neglected ecosystem component, the squat lobster Pleuroncodes monodon. Indeed, our results support the hypothesis according to which this species forage to some extent on fish eggs and larvae and can thus predate on the first life stages of exploited species. However, the δ13C values of these two species suggest that anchoveta and squat lobster do not exactly share the same habitat. This would potentially reduce some direct competition and/or predation.