Les régions arctiques et subarctiques subissent un changement climatique plus rapide et plus sévère que n’importe où ailleurs dans le monde. Ces rapides modifications accentuent l’urgence d’étudier ce milieu extrême avant qu’il ne soit entièrement modifié et que la banquise n’ait totalement disparue à l’été, affectant grandement les communautés microbiennes qui s’y développent. Dans cette thèse, je me suis intéressée à la dynamique du composé algal diméthylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), dans et sous la glace de première année pendant la fonte printanière dans l’archipel Arctique canadien. Au début du printemps, les importants réservoirs de DMSP particulaire (DMSPp) et dissous (DMSPd) présents à la base de la glace contribuent fortement au réservoir de la colonne d’eau sous-jacente via le drainage et le lessivage des saumures. Ces libérations ponctuelles de matière organique favorisent la production bactérienne de DMS. Suite à la disparition complète du couvert de neige, la fonte de la glace augmente la transmittance de la lumière à travers cette dernière et la stratification de la colonne d’eau qui favorisent le développement de floraisons phytoplanctoniques sous la glace. Ces floraisons sont associées à de fortes concentrations de DMSP, particulièrement lorsque des diatomées pennales d’origine sympagique dominent la communauté algale. Lorsque ces algues sont soudainement exposées à la lumière à la lisière des glaces, elles blanchissent et exsudent la majorité de leur contenu cellulaire en DMSP. Ce nouveau réservoir de DMSPd est alors disponible pour les bactéries qui peuvent le transformer en DMS. Une importante variabilité de la photosensibilité des algues est cependant observée en fonction de la composition spécifique de la communauté algale. Les diatomées pennales d’origine sympagique montrent une plus forte tolérance que les diatomées centrales planctoniques. Cette thèse met donc en évidence pour la première fois l’importance du réservoir de DMSPd dans la glace, ainsi que son influence sur les communautés microbiennes vivant dans la colonne d’eau sous-jacente. Elle souligne également l’importance du réservoir de DMSP associé aux floraisons phytoplanctoniques sous la glace et la sensibilité des algues à un choc lumineux en fonction de la composition taxonomique de la floraison. / Climate change is faster and more severe in polar Arctic and Subarctic regions than anywhere else in the world. The dramatic changes recently observed in the Arctic impel us to study this extreme environment before the summer sea ice completely vanishes along with the diversified microbial communities it supports. This thesis explores the fate of the algal compound dimethylsulfoniopropionate (DMSP), precursor of the climate active gas dimethylsulfide (DMS), within and beneath first year ice during the spring melt period in the Canadian Arctic Archipelago. In early spring, the large pools of particulate and dissolved DMSP (DMSPp and DMSPd, respectively) from the bottom sea ice strongly influence the underlying water column following brine release. These punctual releases of organic matter favor the bacterial production of DMS in surface waters. Following the complete disappearance of the snow cover, ice melt favors the penetration of light through the ice pack and the stratification of the water column which enhance the development of under-ice phytoplankton blooms. These blooms are associated with high DMSP concentrations, particularly when dominated by sympagic pennate diatoms. When these algal cells are suddenly exposed to direct sunlight in open waters such as leads or ice edge zones, they bleach and exude their DMSP cellular content. This new DMSPd reservoir then becomes available for bacterioplankton and its potential conversion into DMS. Furthermore, an important variability of algal photosensitivity is observed between algal communities investigated as a function of their taxonomic composition. Sympagic pennate diatoms show greater photoprotective capabilities than planktonic centric diatoms. This thesis highlights the importance of the DMSPd pool in sea ice and its influence on microbial communities in the underlying water column. This study is the first to report on the very high DMSP concentrations associated with under-ice phytoplankton blooms, and evaluate the sensitivity of algae to a sudden light change depending of the taxonomic bloom composition.

Cette étude a évalué l’effet de scénarios d’aménagement de l’habitat du caribou forestier (Rangifer tarandus) sur la diversité aviaire. Un indice d’occupation de 29 espèces d’oiseaux a été développé à partir d’observations de terrain, puis comparé entre sept paysages simulant différentes répartitions des coupes forestières et deux cycles de rotation de coupe. Alors que la répartition des coupes influençait peu les assemblages d’oiseaux, la diversité aviaire était maintenue davantage après une rotation de 100 ans qu’une de 60 ans. Les assemblages d’espèces attendus après ces deux cycles étaient différents de ceux d’un paysage sans coupe, indiquant qu’un temps de révolution plus court que le cycle de perturbations naturelles affecterait la diversité aviaire. Notre méthodologie permet donc d’évaluer l’impact de stratégies d’aménagement sur la biodiversité avant leur mise en œuvre. Nous avons ainsi pu démontrer que l’aménagement de l’habitat du caribou actuellement préconisé ne suffirait pas à conserver les oiseaux boréaux. / This study assessed the effect of habitat management for the recovery of boreal caribou (Rangifer tarandus) on the diversity of boreal birds. An index of occupancy was estimated for 29 bird species from surveyed data, and then compared among seven simulated landscapes contrasting in cut-block distribution and harvest rotation. Whereas cut-block distribution had little effect on bird assemblages, bird diversity was better maintained under a 100-year harvest rotation than a 60-year rotation. Bird assemblages for both harvest rotations differed significantly from assemblages expected in an uncut landscape, implying that rotations shorter than natural disturbance cycles could affect regional biodiversity. Our method thus allows the assessment of the long-term impact of various management strategies on biodiversity prior their implementation. On this basis, we showed that the current habitat management guidelines for boreal caribou recovery would not be sufficient to conserve bird diversity in the boreal forest.

Les populations d'herbivores, particulièrement celles soustraites à l'influence de prédateurs, peuvent atteindre des densités élevées et subir des variations fortes et souvent imprévisibles de leurs effectifs, compromettant l'intégrité de leurs habitats et rendant leur gestion difficile. Les problématiques de surabondance d'ongulés sont répandues dans plusieurs régions du monde, notamment à l'île d'Anticosti (Québec, Canada), où le cerf de Virginie (Odocoileus virginianus) a été introduit. En utilisant des données transversales sur la structure d'âge, la reproduction et la condition corporelle, ma thèse tente de comprendre comment les facteurs environnementaux induisent des variations intergénérationnelles, annuelles et spatiales dans la démographie de la population de cerfs à l'île d'Anticosti. Je teste également si une intensification expérimentale de la chasse aux cerfs sans bois permet de réduire les densités de cerfs et favorise la croissance de la végétation. Mes résultats révèlent que 25 ans de broutement chronique ont entraîné une diminution de la masse corporelle des cerfs et de la production de jumeaux, alors que le taux de fertilité des femelles est demeuré constant. Des analyses de séries temporelles avec des indices de densité n'ont pas identifié d'effets dépendant de la densité. Pourtant, les taux de survie et de reproduction lors des 20 dernières années étaient faibles les années à haute densité, lors des printemps secs où la productivité végétale était faible, ainsi que lors d'automnes neigeux. L'automne s'est révélé crucial pour l'accumulation de réserves corporelles, mais la condition corporelle était par contre compromise par la densité, les habitats faibles en herbacées et l'effort reproducteur. La conception des femelles était pour sa part affectée par les automnes neigeux et par la densité pour les jeunes primipares, mais ce sont les habitats ouverts et les hivers doux qui favorisaient le succès au sevrage. La chasse aux cerfs sans bois n'a pas permis de diminuer les densités de cerfs. Ma thèse illustre comment la gestion de la surabondance des populations d'herbivores est complexe étant donné la prédominance de mécanismes dépendants de la densité, mais également du rôle des facteurs stochastiques durant chaque saison. Cette étude, effectuée chez une population à haute densité et au Nord de son aire de répartition, démontre comment la plasticité phénotypique individuelle permet à la population de se maintenir en dépit de conditions environnementales rigoureuses.

L'étude de la dynamique des populations animales s'attarde à prime abord aux changements de survie et de reproduction individuelles, mais nécessite aussi d'investiguer les variations, à large échelle de l'aire de répartition d'une population et, à fine échelle de l'allocation des ressources énergétiques individuelles. Chez les populations migratrices, l'utilisation d'habitats saisonniers critiques pour l'accumulation des réserves corporelles des femelles adultes et la croissance juvénile peut contribuer aux fluctuations démographiques observées. Au cours des dernières décennies, deux populations de caribous migrateurs {Rangifer tarandus) du nord du Québec et du Labrador ont présenté des dynamiques contrastées : le troupeau Rivière-George a récemment décliné à un faible effectif alors que le troupeau Rivière-aux-Feuilles est relativement abondant et stable. Le premier volet de cette thèse s'appuie sur plus de 35 ans de suivi télémétrique de femelles caribous adultes et met en évidence des changements substantiels dans l'utilisation spatiotemporelle des aires de mise bas. L'analyse des données télémétriques révèle aussi que la distance de migration et la température printanière sont les principaux facteurs expliquant les variations de la phénologie de la migration printanière et d'utilisation des aires de mise bas des femelles. Le second volet de ma thèse s'attarde aux facteurs influençant la condition physique individuelle et est basé sur l'échantillonnage exhaustif de paires de femelle-faon à la mise bas et au sevrage. Il met en évidence que l'effet du troupeau sur la masse corporelle des faons est plus important au sevrage qu'à la mise bas, suggérant un effet combiné de la taille de population et des conditions d'alimentation estivale sur la croissance des faons. Ce volet démontre aussi un effet positif de la masse de la mère sur la masse du faon tant à la mise bas qu'au sevrage et ce, pour les deux troupeaux. Enfin, l'analyse isotopique des tissus révèle que les femelles utilisent leurs réserves protéiques corporelles pour assurer un apport constant en azote durant la croissance du foetus et pour la production du lait. Cette thèse améliore notre compréhension des facteurs influençant l'utilisation d'habitats saisonniers, la condition physique individuelle et l'allocation maternelle chez des populations de grands ongulés migrateurs. En identifiant ces facteurs, mes résultats contribueront à mieux prédire les effets des changements climatiques globaux et du développement industriel sur les espèces migratrices des milieux nordiques.

Dans les forêts riveraines, l'inondation est régie par la topographie et a comme effet principal de créer un milieu anoxique qui stresse les plantes. Cette étude vise d'abord à décrire les patrons de dispersion des arbres, ceux des variables biotiques (particulièrement la diversité végétale) et abiotiques ainsi que les relations entre ces variables dans une forêt riveraine de la région du centre-sud du Québec (Bécancour). Les courbes d'abondance et de dominance indiquent une forte dominance et un nombre réduit d'espèces d'arbres près de la rivière; cependant, le nombre d'espèces reste stable en dehors de cette zone. La topographie est corrélée à presque toutes les variables étudiées. Une diversité maximale d'espèces de plantes herbacées dans la zone bordant le secteur inondé de la surface d'étude, ainsi que dans les zones basses de la partie éloignée de la rivière, indique que l'hétérogénéité créée par la présence de l'eau (et ses effets sur le sol) permet à un plus grand nombre de plantes de coexister.

La connectivité de l'habitat est un déterminant important de la répartition spatiale des animaux. Cette connectivité dépend de leurs comportements face aux diverses composantes de l'habitat. Notre étude évalue les mécanismes de connectivité fonctionnelle chez les bisons sauvages. Nous avons déterminé que la sélection du prochain pré visité était influencée par ses caractéristiques intrinsèques (p. ex. disponibilité des plantes) et son accessibilité (p. ex. distance). Les bisons atteignaient le prochain pré sous l'influence de la persistance directionnelle et en orientant leurs déplacements vers les trouées forestières et le pré d'arrivée. De plus, la connectivité fonctionnelle variait durant l'année. Par exemple, ils préféraient des prés offrant davantage de biomasse végétale en hiver. Notre approche permet de quantifier la probabilité d'utilisation des prés et d'établir le chemin probable pour les atteindre. Ceci permet, en retour, de définir la connectivité fonctionnelle des prés, une étape nécessaire pour mieux comprendre la connectivité du paysage.

Le poulamon atlantique est un gadidé très abondant dans l'estuaire moyen du St-Laurent. Après l'éclosion, qui a lieu durant le début du printemps en rivières, les jeunes se déplacent vers les eaux estuariennes dans lesquelles ils séjourneront d'une à deux années avant de retourner en eau douce pour frayer. L'objectif principal de cette étude est de comprendre comment cette espèce exploite les différents habitats compris dans la zone de transition estuarienne (ZTE). Suite à trois périodes d'échantillonnage (juin 2006, juin 2007 et septembre 2007), nous avons regroupé les différentes stations en trois zones physiques basées principalement sur la température et la salinité. Nous avons ensuite analysé la distribution du poulamon pour chaque classe d'âge en fonction des caractéristiques physiques de l'estuaire. Les jeunes d'un an semblent se regrouper en majorité dans la partie située en amont (plus douce et plus chaude) de l'estuaire, tandis que les individus de deux et de trois ans sont significativement plus abondants dans les zones situées en aval (plus salées et froides). Nous avons utilisé les isotopes stables de soufre (delta³⁴S) pour confirmer la présence à moyen terme des individus capturés dans les différentes zones estuariennes. La condition corporelle des individus d'un et de deux ans capturés en juin est significativement plus élevée en amont qu'en aval et cette tendance s'accentue en septembre. Par ailleurs, le développement sexuel des individus capturés en septembre est à un stade significativement plus avancé chez les individus capturés en aval. Ces évidences témoignent de l'adoption d'un comportement de changement de niche pour la majorité des poulamons de l'estuaire du St-Laurent, malgré la présence d'un contingent minoritaire qui semble résider en amont, soit dans les eaux plus douce de celui-ci

Dans cette étude, la performance d'espèces arbustives dominantes a été étudiée au Mont de La Passe (altitude de 1242 mètres) dans le Parc National de la Gaspésie (PNG) le long d'un gradient altitudinal. Une cartographie récente (2008) de la limite altitudinale des formations de krummholz ainsi qu'une comparaison de photographies aériennes (1975 et 2004) ont été effectuées afin de déceler une possible expansion de la limite de certaines espèces arbustives ou une densification de leur population. De plus, un suivi phénologique, la récolte de fruits ainsi que la récolte d'individus ont été effectués dans cinq étages de végétation (forêt ouverte (1), subalpin (2), alpin inférieur (3), alpin moyen (4) et alpin supérieur (5)). Cet échantillonnage a permis d'analyser l'efficience de la reproduction sexuée de Betula glandulosa, d'Empetrum hermaphroditum, de Vaccinium uliginosum et de Vaccinium vitis-idaea ainsi que la croissance radiale de B. glandulosa. Au Mont de La Passe, une densification des espèces arbustives les plus abondantes semble être en cours depuis le milieu des années 1970. La densification observée se concentre dans l'étage de végétation alpin inférieur, près de la limite altitudinale des formations de krummholz. La répartition des espèces ainsi que leur performance reproductive et de croissance semblent être influencées par la modification des conditions climatiques survenant avec l'augmentation de l'altitude, ainsi que par la compétition présente dans les étages de plus basse altitude. V. uliginosum, qui montre une production de fruits supérieure vers le sommet et un taux moyen de germination élevé similaire tout le long du gradient, semble être davantage influencé par la compétition et être une espèce tolérante à la rigueur du climat. D'autres espèces semblent davantage affectées par ces conditions climatiques rigoureuses et connaissent de meilleures performances en plus basse altitude, comme E. hermaphroditum. Toutefois, l'étude d'individus de B. glandulosa révèle que la température des deux dernières décennies serait un facteur d'importance expliquant l'augmentation de la croissance radiale observée dans les étages de végétation alpins moyen et supérieur. Ainsi, la performance accrue des principales espèces arbustives présentes en grande abondance au Mont de La Passe pourrait être due, en partie, au réchauffement que connaît la région depuis peu. Ces espèces pourraient dès lors se propager vers de plus hautes altitudes, menaçant les quelques espèces arctiques-alpines (Diapensia lapponica, Loiseleuria procumbens, Rhododendron lapponicum, etc.) confinées aux sommets et présentes en faible abondance. La bonne croissance et le succès reproducteur des individus d'espèces arbustives à port érigé des étages alpins laissent croire à une possible fermeture du couvert arbustif vers le sommet, phénomène pouvant conduire à une perte de biodiversité au Mont de La Passe dans les prochaines décennies.

La popularité croissante de l’industrie écotouristique en milieu marin soulève des questions quant à ses effets potentiels sur les populations animales. Ce projet visait à évaluer ces effets sur la colonie de mise-bas de phoques communs du Saint-Laurent de Petit Gaspé. L’étude des réponses à court terme a révélé qu’une réduction de la distance d’approche, une augmentation du bruit ou de l’agitation de la source de dérangement et, dans une moindre mesure, de sa vitesse, augmentait l’intensité des comportements d’anti-prédation observés, mais aussi que les chiots étaient plus sensibles au dérangement. L’examen du budget d’activité de la colonie a également permis de mettre en évidence une diminution du temps dédié au repos lors des périodes de fort achalandage touristique. Par ailleurs, la fréquentation touristique n’a pas modifié l’utilisation de l’échouerie à l’échelle spatio-temporelle considérée. Le niveau de dérangement actuel pourrait avoir des répercussions néfastes sur les colonies de phoques communs ciblées et nécessiter des mesures de conservation afin d’en limiter les effets. / The growing popularity of the ecotourism industry in marine environments raises questions about its potential effects on animal populations. This project aimed at assessing these effects over the St. Lawrence harbour seals breeding colony of Petit-Gaspé. The study of short-term responses revealed that a reduction in the approach distance, increased noise or agitation, and to a lesser extent, speed of the disturbance source, increased the intensity of anti-predatory behaviour observed, and also that the pups were more sensitive to disturbance than older seals. The study of the colony daily activity budget also revealed a decrease in the time spent resting during periods of heavy touristic traffic. Moreover, the touristic affluence did not change the use of the haul-out to the spatio-temporal scale considered. This level of disturbance could affect the targeted harbour seals colonies and requires conservation measures to limit those impacts.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / La limite des arbres est contrôlée par le climat rigoureux y prévalant, par différentes contraintes écologiques et par les caractéristiques des espèces qui la composent. Cette dynamique est liée à la régénération des espèces arborescentes, de la germination des graines à la survie et à la croissance des plantules. Notre objectif était de caractériser la dynamique de la limite altitudinale des arbres à Kangiqsualujjuaq et d'identifier les facteurs contrôlant la régénération des espèces arborescentes. La cartographie des individus le long de gradients altitudinaux et des analyses dendrochronologiques ont révélé un important recrutement de Larix laricina et une accélération récente de sa croissance verticale et radiale. Nos expérimentations suggèrent que l'effet allélopathique d'espèces arbustives, inhibant la germination et la faible disponibilité des lits de germination adéquats entravent la régénération de Picea manana. Le recrutement accru du mélèze au-delà de la limite des arbres pourrait mener à une remontée de celle-ci à Kangiqsualujjuaq.