Le tébufénozide, un régulateur de croissance d'insecte, affecte le développement ainsi que certains aspects de la communication chimique et du succès reproducteur des deux sexes chez Choristoneura fumiferana (Clem.) et C. rosaceana (Harris) (Lepidoptera : Tortricidae), traités selon deux méthodes de traitement. Cet analogue de l'ecdysone augmente le temps de développement chez les deux espèces et réduit la masse corporelle des deux sexes chez C. rosaceana uniquement. Chez C. fumiferana, le tébufénozide retarde l'heure d'émission de la phéromone chez les jeunes femelles et perturbe la capacité des mâles à détecter et localiser une source phéromonale en tunnel de vol. Chez C. rosaceana, ce produit provoque un ralentissement de la maturation ovarienne et conséquemment une diminution de la fécondité des femelles. Également, la production des spermatozoïdes eupyrènes par les mâles ainsi que leur succès d'accouplement sont affectés par le tébufénozide.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / La production primaire marine joue un rôle clé dans le cycle global du carbone en alimentant la pompe biologique à CO₂. En mer du Labrador, cette pompe interagit étroitement avec la pompe physique (solubilité du CO₂ et convection hivernale) pour former un puits majeur de CO₂ atmosphérique. La mer du Labrador fait l'objet d'un échantillonnage suivi depuis les années 1990, mais il y a peu d'information sur certains processus clés de la pompe biologique, notamment la production primaire nette (PPN), la production nouvelle (PPNew) et la production nette de la communauté planctonique (PNC). L'objectif principal de cette étude était de quantifier et de comparer ces différentes mesures de productivité et de les mettre en relation avec la composition taxinomique de la communauté phytoplanctonique et les caractéristiques physico-chimiques des différentes masses d'eau présentes en mer du Labrador. Le projet visait également à évaluer et comprendre la variabilité à différentes échelles de la productivité au moyen d'une méthode de mesure en continu de la PNC. Les résultats montrent une grande variabilité temporelle et spatiale de la PNC qu'on peut associer à des structures physiques fines, des variations de l'éclairement incident, la stratification verticale et/ou des tourbillons à mésoéchelle. Cette grande variabilité s'impose comme explication principale de la faible correspondance observée entre la PNC et les mesures journalières de PPNEW. Alors que la convection des hivers 2014 et 2015 fut particulièrement profonde, la floraison phytoplanctonique était beaucoup plus intense en 2015 dû à une restratification rapide de la colonne d'eau. Cette stratification renforcée n'a pas favorisé les diatomées, mais a plutôt accru la dominance de Phaeocystis pouchetii. Ces résultats indiquent qu'il peut y avoir synergie entre les pompes à CO₂ physiques et biologiques lorsque la restratification printanière n'est pas uniquement tributaire du réchauffement solaire local, mais principalement dépendante des tourbillons qui favorisent le transport latéral d'eau douce du Groenland vers le centre de la mer du Labrador (Katsman et al., 2004; Frajka-Williams et al., 2014). La dominance de Phaeocystis pouchetii permet toutefois de mettre en doute l'efficacité de la pompe biologique en mer du Labrador.

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.

Les chaetognathes sont d’importants membres des communautés mésozooplanctoniques de l’Arctique en ce qui a trait à l'abondance et à la biomasse. Les chaetognathes de l’Arctique se répartissent en trois espèces principales qui sont considérées comme étant strictement carnivores : Eukrohnia hamata, Parasagitta elegans et Pseudosagitta maxima. Cette étude utilise un ensemble de données de filet planctoniques recueillies sur une période de 5 ans dans les régions européennes, canadiennes et de l'Alaska de l’Arctique (2007, 2008, 2012, 2013, 2014) et comprend un cycle annuel complet dans l'Arctique canadien (2007-2008), le but étant d’améliorer notre compréhension sur les distributions, les cycles de vie et les stratégies d'alimentation du E. hamata et du P. elegans. Dans la présente thèse, les points suivants seront abordés : (1) la stratégie d'alimentation et la maturité du P. elegans dans l'Arctique européen durant la nuit polaire en 2012 et 2013, (2) les cycles de croissance et de reproduction, les stratégies d'alimentation et les distributions verticales du E. hamata et du P. elegans dans l'Arctique canadien de 2007 à 2008, et (3) les différences spatiales dans les stratégies d'alimentation du E. hamata et du P. elegans à l'automne 2014. Afin d’étudier leurs stratégies d'alimentation, des analyses de contenu du tube digestif ainsi que des techniques biochimiques ont été utilisées. Dans l'Arctique canadien, le E. hamata et le P. elegans vivent tous deux pendant environ 2 ans. Le P. elegans colonise principalement les eaux épipélagiques, tandis que le E. hamata colonise principalement les eaux mésopélagiques. Dans cette région, P. elegans se reproduit en continue de l'été au début de l'hiver, dans la période de forte biomasse de copépodes, qui constituent ses proies, dans les eaux proches de la surface, un mode de reproduction basé sur l’apport immédiat d’énergie. Cependant, les résultats ont révélé que E. hamata a engendré des couvées distinctes dont on peut voir l’évolution au cours de fenêtres de reproduction séparées, à la fois durant les périodes de printemps-été et d’automne-hiver, ce qui suggère une reproduction basée sur les réserves. Les taux de prédation quotidiens évalués à partir des analyses du contenu du tube digestif sont généralement restés faibles pour les deux espèces de chaetognathes. Toutefois, pour E. hamata et P. elegans, les taux de prédation inférés en été-automne ont dépassé ceux de l’hiver-printemps. Des études d’alimentation ont révélé que E. hamata consomme de la matière organique particulaire (éventuellement des chutes de neige marine) tout au long de l'année, mais surtout en été, alors que le P. elegans se nourrit différemment. Les deux espèces sont caractérisées par une forte croissance estivale. La croissance hivernale du P. elegans était grandement restreinte, tandis que celle du E hamata l’était moindrement. En somme, les différences dans la façon dont les lipides et la neige marine sont utilisés par les deux espèces pourraient expliquer les différences dans leurs cycles de reproduction et leurs patrons de croissance saisonnière. / Chaetognaths are important members of Arctic mesozooplankton communities in terms of abundance and biomass. Despite this, the bulk of seasonal studies have focused on grazing copepods. Arctic chaetognaths comprise three major species which are thought to be strict carnivores: Eukrohnia hamata, Parasagitta elegans and Pseudosagitta maxima. This thesis uses datasets collected from plankton net sampling during five years in European, Canadian and Alaskan areas of the Arctic (2007, 2008, 2012, 2013, 2014) and includes a full annual cycle in the Canadian Arctic (2007-2008), the purpose being to improve our understanding of the distributions, life history and feeding strategies of E. hamata and P. elegans. The following topics are addressed: (1) the feeding strategy and maturity of P. elegans in the European Arctic during the polar night in 2012 and 2013; (2) the growth, breeding cycles, feeding strategies and vertical distributions of E. hamata and P. elegans, in the Canadian Arctic from 2007 to 2008; and (3) spatial differences in the feeding strategies of E. hamata and P. elegans in autumn 2014. To investigate feeding strategies, a combination of gut contents and biochemical techniques was used. In the Canadian Arctic, both E. hamata and P. elegans live for around 2 years. P. elegans mainly colonized epi-pelagic waters, whereas E. hamata mainly colonized meso-pelagic waters. In this region, P. elegans reproduced continuously from summer to early winter when copepod prey peak in near-surface waters. This is characteristic of income breeders. However, results for E. hamata revealed that this species spawned distinct and traceable broods during separate reproductive windows in both spring-summer and autumn-winter, suggesting capital breeding. Daily predation rates inferred from gut content analyses appeared to be generally low in the two chaetognath species, though inferred predation rates in summer-autumn exceeded those in winter-spring. Feeding studies revealed that E. hamata consumed particulate organic matter (possibly falling marine snow) throughout the year but especially in the summer, whereas P. elegans did not feed in this way. High summer growth seems to be a characteristic of both these species. Growth during winter was highly restricted in P. elegans, to a lesser extent in E. hamata. In summary, differences in how lipids and marine snow are utilised by the two species could explain differences in their breeding cycles and seasonal growth patterns.

Certaines géophytes telles que les éphémères printanières sont connues pour mieux se développer à des températures basses, avec comme résultat de plus gros organes pérennes souterrains. Une température plus basse induit une plus longue longévité des feuilles, ce qui permet une plus grande quantité du carbone fixé qui est alloué dans le bulbe et investi principalement sous forme de stockage (amidon), ce qui augmente la quantité de réserves par rapport à une température plus élevée. Les travaux précédents suggèrent que cette croissance accrue à basse température est liée à un meilleur équilibre entre l'activité de l'organe source et celle du puits, ce qui expliquerait la durée de vie plus longue des feuilles. Dans cette étude, nous voulions approfondir notre compréhension des facteurs intrinsèques qui influencent la croissance des organes de réserve chez les géophytes et qui expliquent les fortes croissances observées aux faibles températures chez ces espèces. Nous tentions également d'identifier les voies signalétiques qui induisent la sénescence foliaire lorsque le puits se remplit d'amidon en ayant recours à une approche métabolomique et à l'établissement du profil phytohormonal. L'espèce étudiée, l'érythrone d'Amérique (Erythronium americanum Ker-Gawl.), a été cultivée suivant trois régimes de températures: 8/6 °C, 12/8 °C et 18/14 °C (jour/nuit). Les taux respiratoires des plantes ont été mesurés à la température de croissance et à une température commune afin de tester notre hypothèse selon laquelle la respiration s'acclimate à la température de croissance tant au niveau de la feuille que du bulbe, principalement par la voie alternative, comme moyen de réduire le déséquilibre source−puits. Les différents glucides non structuraux (NSC) et structuraux (SC) du bulbe ont été déterminés qualitativement et quantitativement, ce qui nous a permis de vérifier si les plantes pouvaient ajuster leur répartition du carbone dans différents composés (NSC vs SC) une fois que les cellules sont remplies d'amidon. Nous avons également caractérisé les phytohormones et métabolites et surtout ceux qui sont étroitement associés au stade phénologique précédant la sénescence foliaire afin d'identifier les voies signalétiques qui établissent le lien entre la diminution de la force du puits et l'induction de la sénescence foliaire. L'homéostasie des taux de respiration au niveau de la feuille, combinée à un faible taux d'assimilation chez les plantes cultivées à basse température suggère que ces plantes sont capables de réduire la quantité de carbone disponible pour la translocation vers le bulbe afin de maintenir un meilleur équilibre entre l'activité de la source et celle du puits, et ce pour une durée plus longue. La respiration du bulbe est stimulée au fur et à mesure que la limitation du puits se développe, répondant ainsi fort probablement à un déséquilibre source–puits. Les plantes cultivées à la température plus élevée semblent investir davantage de carbone vers les composants de la paroi cellulaire par rapport à celles cultivées à la température plus basse une fois que les cellules sont remplies d'amidon. Cet ajustement de la répartition du carbone entre NSC et SC pourrait permettre à ces plantes de maintenir leur force du puits du moins pendant quelques jours de plus. Certains métabolites et phytohormones semblent être des déclencheurs de la sénescence foliaire, mais plusieurs sont spécifiques à l'un ou l'autre des organes ou spécifiques à un régime de température. Un accroissement des niveaux de cytokinines lorsque la feuille devient mature et leur maintien à des valeurs élevées jusqu'au début de la sénescence foliaire pourrait contrebalancer l'abondance accrue des sucres solubles au moins pendant un certain temps et éviter ainsi d'induire une sénescence précoce. Nous avons également identifié cinq métabolites qui pourraient servir en tant que facteurs signalétiques généraux pouvant induire la sénescence foliaire, à savoir le 2-O-glycérol-β-D-galactopyranoside, le mannose, le fructose, le sorbose et le maltose. Cette étude nous a aidés à mieux caractériser les voies signalétiques qui associent la diminution de la force du puits et l'induction de la sénescence foliaire et à comprendre l'acclimatation de cette espèce à la température. Nous pouvons finalement conclure que cette géophyte printanière, dont la croissance est limitée par le puits, semble capable de moduler sa force de puits de manière différentielle sous différentes températures de croissance afin d'éviter la sénescence foliaire encore plus précoce dans les situations de déséquilibre source–puits. / Some geophytes such as spring ephemerals are known to grow better at lower temperatures, which results in larger underground perennial organs. A lower temperature induces a longer leaf life span, which allows the plant to fix more carbon. This extra carbon is allocated to the bulb and invested mostly as storage (starch) form, thus increasing the amount of reserves found in cool compared to higher temperature grown plants. Previous works suggested that such increased growth at low temperature is related to a better equilibrium between source and sink activities. In this study, we wanted to deepen our understanding of the intrinsic factors that influence the growth of reserve organs in geophytes and to explain the strong growth observed at low temperature in these species. We also attempted to identify the signaling pathways that induce leaf senescence when the sink organ is filled with starch, using a metabolomic approach and a phytohormonal profiling. The species studied, yellow trout-lily (Erythronium americanum Ker-Gawl.), was grown at three temperature regimes: 8/6 °C, 12/8 °C et 18/14 °C (day/night). Respiratory rates at both the leaf and bulb levels were measured at the respective growth temperatures and at a common temperature in order to test our hypothesis that dark respiration acclimates to growth temperature, mainly via the alternative pathway, as a means of reducing the source−sink imbalance. The different non-structural carbohydrates (NSC) and structural carbohydrates (SC) in the bulb were qualitatively and quantitatively determined, which allowed us to verify if the plants could adjust their carbon partitioning between different compounds (NSC vs. SC) once the cells are filled with starch. We also characterized phytohormones and metabolites, especially those closely associated with the phenological stages that precede senescence, to identify the signaling pathways that establish the link between the decrease of sink strength and the induction of leaf senescence in this species. Homeostasis of leaf respiration combined with lower assimilation in cool-grown plants suggests that these plants can reduce the amount of carbon available for translocation to the bulb to maintain a better balance between source and sink activities over a longer period. Bulb respiration can be stimulated as sink limitation builds up, likely in response to source–sink imbalance. A preferential carbon partitioning into cell wall compounds was found in warm-grown plants once the cells were filled with starch. Such adjustment of C between NSC and SC could represent an effective way to maintain the sink strength under warm temperature at least for a few more days. Some phytohormones and metabolites appear to pay a role in triggering leaf senescence, but many are specific to one organ or specific to a temperature regime. Increased levels of cytokinins during the mature leaf stage and into the senescence stage might counteract the increasing abundance of soluble sugars at least for a while, and thus avoid inducing an early leaf senescence. We have also pointed out five metabolites that could potentially serve as general signaling factors to induce leaf senescence, namely 2-O-glycerol-β-D-galactopyranoside, mannose, fructose, sorbose and maltose. This study has helped us better characterize the signaling pathways that associate the decrease in sink strength with the induction of leaf senescence. It also improve our understanding of the thermal acclimation of this species. We may ultimately conclude that this sink-limited spring geophyte seems to be able to differentially modulate its sink strength under different growth temperatures in order to avoid early leaf senescence in situations of source–sink imbalances.

Des études récentes sur les organismes à fécondation externe démontrent que la disponibilité du sperme et le succès de fécondation sont très sensibles aux changements d’abondance des populations. Cependant, la sévérité de la limitation du sperme est controversée et peu d’études ont mesuré le taux de fécondation dans des populations naturelles. Au cours des hivers 2002 et 2003, nous avons utilisé des essais de fécondation pour quantifier la disponibilité du sperme dans des populations d’oursins d’abondances différentes. Des pontes intenses et des niveaux de fécondation approchant 100 % ont été observés dans la grande population tandis que la population plus petite montra une activité de ponte beaucoup moins intense. Cependant, les pontes entre les deux populations coïncidaient, suggérant l’implication d’un signal de ponte à grande échelle. Nous pensons que des pontes massives sont plus probables dans les populations de grandes abondances parce que des phéromones atteindraient des concentrations qui stimuleraient les oursins moins réceptifs à pondre. / Recent experimental studies with gamete-spawning organisms indicate sperm availability and in turn fertilization success may be sensitive to changes in population abundance. However, the occurrence of sperm limitation is controversial and few studies have measured fertilization rates during natural spawnings. During 2002 and 2003, we used fertilization assays to quantify sperm availability near urchin populations of different abundances. Extensive spawning and fertilization rates near 100% were observed near a large population, whereas smaller populations showed lower and less sustained fertilization rates and no drop in gonad size. Some increases in sperm availability occurred at the same time in different populations, suggesting spawning in response to a large-scale cue. We speculate that mass, synchronous spawning is more likely in large populations where gametes or pheromones from conspecifics reach concentrations that are high enough to trigger spawning in less responsive urchins.

La constante hausse d’activités humaines, provoquant la destruction des habitats naturels, a mené à l’extinction de plusieurs espèces. La diversité génétique jouant un rôle primordial dans le potentiel évolutif d’une espèce, la conservation génétique fournit de plus en plus d’outils pour préserver la biodiversité. Le Chevalier cuivré (Moxostoma hubbsi), espèce menacée exclusive au Québec, a une distribution extrêmement restreinte, limitée à la Rivière Richelieu et à une courte section du fleuve Saint-Laurent. Etonnamment, cette population unique et vieillissante possède un niveau de diversité génétique très élevé sans signe apparent de consanguinité, alors que son histoire démographique récente ainsi que les divers estimés de taille effective suggèrent un déclin graduel échelonné sur une longue période temporelle. Les résultats de ce mémoire mettent en évidence le potentiel des données génétiques dans un plan de rétablissement et identifient certains facteurs pouvant influencer l’impact génétique d’une réduction de taille chez les espèces à long temps de génération. / Increasing human activities have caused destruction and fragmentation of natural habitats, leading to the extinction of many species. Since genetic diversity plays an important role in the evolutionary potential of a species, conservation genetics is increasingly providing adequate tools needed towards the preservation of biodiversity. The Copper redhorse (Moxostoma hubbsi), an endangered species of Québec, has an extremely restricted distribution, limited to the Richelieu River and a short section of the St.Lawrence River. Surprisingly, this unique and ageing remaining population exhibits a high level of genetic diversity without sign of inbreeding, where recent demographic history and effective population size estimates suggest a gradual demographic decline scaled on a large time period. Our results clearly demonstrate the potential of genetic data towards effective conservation, as well suggesting that long generation times may act as a buffering effect contributing to reduce the pace of genetic diversity erosion in threatened species.

L’Arctique s’est réchauffé rapidement et il y a urgence d’anticiper les effets que cela pourrait avoir sur les protistes à la base de la chaîne alimentaire. Le phytoplancton de l’Océan Arctique inclut les pico- et nano-eucaryotes (0.45-10 μm diamètre de la cellule) et plusieurs de ceux-ci sont des écotypes retrouvés seulement dans l’Arctique alors que d’autres sont introduits des océans plus méridionaux. Alors que les océans tempérés pénètrent dans l’Arctique, il devient pertinent de savoir si ces communautés microbiennes pourraient être modifiées. L’archipel du Svalbard est une région idéale pour observer la biogéographie des communautés microbiennes sous l’influence de processus polaires et tempérés. Bien qu’ils soient géographiquement proches, les régions côtières entourant le Svalbard sont sujettes à des intrusions alternantes de masses d’eau de l’Arctique et de l’Atlantique en plus des conditions locales. Huit sites ont été échantillonnés en juillet 2013 pour identifier les protistes selon un gradient de profondeur et de masses d’eau autour de l’archipel. En plus des variables océanographiques standards, l’eau a été échantillonnée pour synthétiser des banques d’amplicons ciblant le 18S SSU ARNr et son gène pour ensuite être séquencées à haut débit. Cinq des sites d’étude avaient de faibles concentrations de chlorophylle avec des compositions de communauté post-efflorescence dominée par les dinoflagellés, ciliés, des alvéolés parasites putatifs, chlorophycées et prymnesiophytées. L’intrusion des masses d’eau et les conditions environnementales locales étaient corrélées avec la structure des communautés ; l’origine de la masse d’eau contribuant le plus à la distance phylogénétique des communautés microbiennes. Au sein de trois fjords, de fortes concentrations de chlorophylle sous-entendaient des activités d’efflorescence. Un fjord était dominé par Phaeocystis, un deuxième par un clade arctique identifié comme un Pelagophyceae et un troisième par un assemblage mixte. En général, un signal fort d’écotypes liés à l’Arctique prédominait autour du Svalbard. / The Arctic is warming rapidly and there is an urgent need to anticipate the effect this will have on the microbial eukaryotes at the base of the food chain. Arctic Ocean phytoplankton include pico- and nano-eukaryotes (0.45-10 μm cell size), many of these are unique ecotypes found only in the Arctic, but others are advected in from lower latitude oceans. As temperate oceans waters penetrate further into the Arctic, knowledge of whether microbial communities could be displaced is needed. Svalbard is an ideal region to address questions on microbial communities under the influence of polar and temperate processes. Although geographically close, the fjords and offshore regions surrounding Svalbard are subjected to alternate intrusions of Atlantic and Arctic waters in addition to local conditions. Eight sites were surveyed in July 2013 with the aim of identifying microbial eukaryotes at a range of depths and water masses around Svalbard. In addition to standard oceanographic variables, seawater was collected for targeted amplicon libraries based on the 18S SSU rRNA gene and rRNA using high throughput amplicon sequencing. Five of the sites had low chlorophyll concentrations with typical post bloom summer communities; dinoflagellates, ciliates, putative alveolate parasites, chlorophytes and prymnesiophytes. Intrusive water masses and local environmental conditions correlated to community structure, with the origin of the water mass contributing most to the phylogenetic distance of the microbial communities. In three of the fjords, chlorophyll concentrations were high, consistent with a bloom. One fjord was dominated by Phaeocystis, a second by a putative Arctic clade of Pelagophyceae, and the third by mixed species. Overall, a strong signal of Arctic ecotypes prevailed around Svalbard.

Dans les environnements littoraux de l’Atlantique Nord, les densités importantes d’oursin vert Strongylocentrotus droebachiensis ont entraîné la décimation des laminaires et l’apparition de grandes étendues dénudées où la biodiversité et les services écosystémiques sont fortement limités. Par contre, l’oursin vert a une grande valeur commerciale et son élevage en aquaculture représente une activité pour laquelle un intérêt grandissant est observé. Toutefois, il s’agit malheureusement d’une pêcherie ayant une évolution temporelle en dents de scie. Une gestion appropriée des populations d’oursins pourrait aider à atteindre un meilleur équilibre entre l’abondance de cette espèce et les laminaires. Ainsi, les laminaires pourraient recoloniser les zones d’où elles ont été complètement broutées par les oursins, ce qui améliorerait la qualité des oursins favorisant leur exportation. La présente thèse rassemble de l’information relative aux interactions écologiques et aux facteurs environnementaux déterminants la démographie des oursins à différentes échelles spatiales dans l’Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (EGSL, Canada). Dans l’EGSL, il n'y a aucun des mécanismes usuels de contrôle des populations d’oursins (prédation, mortalité en masse et pêche). Il en résulte que les oursins dominent les régions infra littorales depuis des décennies. Un inventaire extensif décrivant la structure des populations (c.-à-d., fréquences de la taille, abondance et biomasse) à plusieurs échelles spatiales (c.-à-d., profondeur, site) a montré une importante variabilité spatiale. La densité et la biomasse mesurées dans l’EGSL sont parmi les plus importantes rapportées pour cette espèce. De plus, les laminaires sont limitées aux sites exposés et peu profonds. Une étude faite en mésocosme sur le terrain couplée à une expérience comportementale a montré que la compétition intraspécifique déterminée par la taille joue un rôle important sur la structure des populations via la réduction du taux de croissance et de la production de gonades chez les petits individus, ainsi que sur leur comportement d’approvisionnement. Un changement ontogénique intéressant a été observé quant à l’importance relative du type de compétition, qui passe d’une combinaison d’interférence et d’exploitation chez les petits oursins à une compétition par exploitation seulement chez les oursins de taille moyenne. Finalement, nous avons évalué l’exactitude de la technique de sclérochronologie consistant à estimer l’âge des oursins à partir du compte des bandes de croissance observables sur leur squelette. Des expériences en laboratoire ont démontré qu’en plus d’une importante variabilité dans la déposition des bandes entre les différents composants du squelette, plusieurs facteurs de stress environnementaux (p. ex., apport alimentaire limité, périodes d’hyposalinité, température de l’eau) peuvent induire la déposition de bandes de croissance additionnelles. De plus, une revue de littérature a montré que malgré son utilisation fréquente, seule la moitié des études ayant eu recours à cette technique ont tenté de valider les prémisses sur lesquelles celle-ci est basée. Une analyse plus approfondie de la méthodologie de ces études révèle également que lorsque présentes, les études de validation étaient inadéquates. Ainsi, la sclérochronologie chez les oursins ne devrait pas être utilisée pour déterminer l’âge des individus sans qu’avant une méthode permettant de générer une estimation répétable, exacte et précise, à partir des bandes de croissance, ne soit élaborée. L’information récoltée dans le cadre des études démographiques a des applications écologiques importantes et permet d’améliorer les prédictions des modèles de dynamique des populations dans un monde en changement constant. Cette thèse fait avancer notre compréhension des caractéristiques individuelles intrinsèques, les interactions écologiques et les facteurs environnementaux associés à L’EGSL qui déterminent les processus (c.-à-d., taux de croissance des populations, mortalité) et les caractéristiques (c.-à-d., abondance, âge) démographiques chez l’oursin. / In North Atlantic nearshore environments, high densities of the green urchin Strongylocentrotus droebachiensis have led to the decimation of kelp beds and created extensive barren grounds with reduced biodiversity and ecosystem services. However, green urchins have a high commercial value, and there is a growing interest in aquaculture farming, but unfortunately, their extraction is a classic example of a boom - and - bust fishery. Correct management of urchin populations could thus help create a better equilibrium bet ween urchin populations and kelp beds, allowing the kelp to re-colonize places where it has been completely grazed by urchins and increasing the quality of urchins for export. This thesis collects information about the underlying ecological interactions and environmental factors that affect urchin demography at different spatial scales in the Saint Lawrence Estuary and Gulf (SLEG, Canada). In the SLEG there is no control of urchin populations by the usual means (i.e., predation, mass mortality and harvest), so subtidal environments have been dominated by urchin barrens for decades. An extensive survey across different spatial scales (i.e., region, depth, and site) revealed high variability in urchin population structure (i.e., size - frequency, abundance, and biomass). Density and biomass were among the highest recorded for this species, and kelp beds were limited to exposed shallow sites. Field-based mesocosm and behavioural experiments showed that size-asymmetric intraspecific competition may have an important role in structuring these populations by reducing the growth rate and gonad production of small urchins, as well as affecting their foraging behaviour. Interestingly, there is an ontogenetic change in the relative importance of the type of competition (i.e., interference and exploitative) as it moves from interference and exploitative in small urchins to only exploitative in medium urchins. Finally, we evaluated the accuracy of sclerochronology, a technique used to estimate urchin age that involves counting skeletal growth bands. Under laboratory conditions, several environmental stressors (e.g., food limitation, low salinity periods, water temperature) can induce the deposition of additional growth bands, and band deposition varies among different skeletal components. Moreover, a literature review showed that despite the common use of sclerochronology, only half of the studies that have used it have attempted to validate its basic assumptions, and of those, the methodology used for the validation attempts were judged inadequate for most studies. Thus, sclerochronology should not be used for aging urchins until it provides consistently accurate and precise interpretations of growth bands. Information collected in population demography studies has an important role in informing ecological applications and improving predictions of urchin population dynamics in a constantly changing world. This thesis greatly furthers our understanding of how individual intrinsic characteristics, ecological interactions and environmental factors interact in the SLEG to shape urchin population demographic processes (i.e., growth rates, mortality) and characteristics (i.e., abundance, age).

Le broutage du phytoplancton par les copépodes arctiques effectue le transfert d’énergie des producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. Les interactions prédateur-proie entre le phytoplancton et le zooplancton dans la colonne d’eau sont toutefois difficiles à étudier puisque l’échantillonnage du zooplancton se fait généralement à l’aide de filets qui stratifient grossièrement la colonne d’eau. La détermination des paramètres physiologiques chez les copépodes, tels que le contenu lipidique, se fait aussi à une résolution verticale grossière. Pour pallier cette limite, ce projet de recherche utilise le LOKI (Lightframe On-sight Key-species Investigation), un système de caméra sous-marine fournissant des données à une résolution verticale de 1 m. Un modèle d’identification automatique du zooplancton qui repose sur l’intelligence artificielle a été développé et appliqué à des profils échantillonnés au cours de l’automne 2013 dans la polynie des eaux du nord et le détroit de Nares dans l’Arctique canadien. Le modèle transforme les images du LOKI en information taxonomique et différencie un grand nombre d’organismes et de classes de particules (n=114), incluant les stades de développement des copépodes. Deux études ont été réalisées à partir des images du LOKI identifiées automatiquement. Premièrement, lors d’une dérive Lagrangienne, les distributions verticales à haute résolution (1 m) des copépodes Calanus hyperboreus, C. glacialis et Metridia longa ont été mises en relation avec leurs lipides totaux (TL, mg) et leur abondance lipidique (LF, %). Les copépodites de C. hyperboreus et C. glacialis avec une faible LF effectuent une migration nycthémérale vers les eaux de surface pendant la nuit pour se nourrir, alors que les individus du même stade de développement avec une haute LF cessent leur migration et restent en profondeur, probablement pour la diapause. La migration pour la diapause chez C. hyperboreus semblait avoir lieu pour une LF d’environ 50% alors que C. glacialis avait besoin d’une plus grande LF (60%). Un modèle bioénergétique a montré que les femelles du genre Calanus avaient suffisamment de lipides en réserve pour demeurer en diapause pendant plus de 365 jours, soulignant leur capacité à se reproduire à partir de leurs réserves (capital breeders). Dans une deuxième étude, le couplage des stades de développement de C. hyperboreus et C. glacialis et de leur nourriture phytoplanctoniques a été étudié à haute résolution verticale dans la polynie des eaux du Nord et le détroit de Nares. Trois types de distributions verticales de copépodes en réponse au maximum de chlorophylle de subsurface (MCS) et au rayonnement photosynthétiquement actif incident ont été identifiés, tous étant conformes à l’hypothèse d’évitement des prédateurs. Aux stations où les abondances de copépodes étaient les plus élevées dans le MCS, C. hyperboreus et C. glacialis (stades C4 et C5) était partitionnés verticalement à fine échelle (1-2 m). Alors que les pics d’abondance de C. hyperboreus C4 et C5 ont été trouvés au coeur du MCS, les pics d’abondance de C. glacialis C4 et C5 étaient juste au-dessus et en dessous de leurs congénères. Le partitionnement pourrait être expliqué par une stratégie optimale de recherche de nourriture ou par les préférences alimentaires des copépodes pour les taxons phytoplanctoniques occupant le MCS. Un éclairage nouveau sur le fin couplage vertical entre le phytoplancton et le zooplancton est important pour une meilleure compréhension des effets des changements climatiques sur l’écosystème marin Arctique. / The grazing of phytoplankton by Arctic copepods channels energy from primary producers to higher trophic levels. However, the predator-prey interactions between phytoplankton and zooplankton in the water column are difficult to study since zooplankton sampling still relies heavily on nets that roughly stratify the water column. The quantification of physiological parameters of copepods, such as lipid content, is also made at coarse vertical resolution. To overcome this limitation, this research used the Lightframe On-sight Keyspecies Investigation (LOKI) system, an underwater camera that provides 1 m vertical resolution. An automatic zooplankton identification model, based on artificial intelligence, was developed for the analysis of profiles sampled in fall 2013 in the North Water Polynya (NOW) and Nares Strait (NS), in the Canadian Arctic. The model turns LOKI images into taxonomic information and can differentiate 114 taxa (organisms and particles), including the developmental stages of copepods. Two studies were carried out based on automatically identified LOKI images. First, during a Lagrangian drift, fine-scale vertical distributions (1-m resolution) of the copepods Calanus hyperboreus, C. glacialis and Metridia longa were studied in relation to their total lipids (TL, mg) and lipid fullness (LF, %). C. hyperboreus and C. glacialis with low LF performed diel vertical migration to surface waters at night to feed, while same-stage individuals with high LF ceased migrating and remained at depth to diapause. Migration to diapause in C. hyperboreus occurred at a LF of approximately 50%, while C. glacialis needed a higher LF (60%). A bioenergetics model showed that Calanus females had enough lipids stored to diapause for over 365 days, highlighting their capacity for capital breeding. In a second study, the fine-scale vertical coupling of C. hyperboreus and C. glacialis developmental stages with their phytoplankton food was studied in the NOW and NS. Three types of copepod vertical distributions in response to the subsurface chlorophyll maximum (SCM) and incident photosynthetic active radiation levels were identified, all of them being in accordance with the predator avoidance hypothesis. At stations where copepod abundances peaked in the SCM, C4 and C5 C. hyperboreus and C. glacialis were vertically partitioned on a fine scale (1-2 m). While C. hyperboreusC4 and C5 abundance peaks were found in the core of the SCM, C. glacialis C4 and C5 peaked just above and below their congeners. The partitioning could be explained by optimal foraging theory or the copepods’ feeding preferences for phytoplankton taxa occupying the SCM. Insight into the fine scale vertical coupling of phyto- and zooplankton is important for a better understanding of climate change effects on the Arctic marine ecosystem.