L'identification des stocks et la quantification de leur contribution relative au recrutement sont des objectifs majeurs pour améliorer la gestion et la conservation des espèces marines exploitées. Le séquençage de nouvelle génération permet d’analyser des milliers de marqueurs génomiques et d’apporter la résolution nécessaire pour répondre à ces questions chez les espèces marines qui sont faiblement différenciées. Le Flétan du Groenland (Reinhardtius hippoglossoides) est un poisson plat largement exploité, particulièrement dans le golfe du St-Laurent, au Canada. On y retrouve 2 nourriceries connues, dont la contribution des juvéniles au renouvellement des différents stocks adultes reste inconnue à ce jour. Les buts de ce projet sont de i) déterminer la structure des populations de flétan du Groenland du Saint-Laurent et ii) d’estimer la contribution des différents stocks reproducteurs identifiés aux différentes nourriceries. Pour ce faire, nous avons échantillonné 100 juvéniles par nourricerie et 50 adultes de sites s’étendant du fjord du Saguenay jusqu’au large de Terre-Neuve, avec quelques sites échantillonnés sur 2 années consécutives pour évaluer la stabilité temporelle de cette contribution. Nos résultats montrent qu’après avoir retiré les marqueurs liés au sexe, la région de l’Estuaire/Golfe du Saint-Laurent forme une population distincte de l’Atlantique près de Terre-Neuve (Fst = 0.00146, p-value = 0.001). Les analyses d’assignation populationnelle montrent que le recrutement dépend largement du stock du Saint-Laurent. Par ailleurs, on retrouve une contribution variable du stock de Terre-Neuve, variant de 1% pour la première année à 33% pour la deuxième, ce qui suggère un transport interannuel de larves variable selon la force des courants profonds. Cette étude sert de modèle pour l’identification des stocks pour les ressources halieutiques, dans un contexte où le milieu marin offre peu de barrières à la dispersion, en plus de démontrer l’importance des marqueurs liés au sexe et des répliques temporelles en génomique des populations. / The identification of stocks and quantifying their relative contribution to recruitment are major objectives toward improving the management and conservation of marine exploited species. Next-generation sequencing allows to analyze thousands of genomic markers which provide the resolution needed to address these questions in marine species with weakly differentiated populations. Greenland Halibut (Reinhardtius hippoglossoides) is one the most important exploited demersal species throughout the North Atlantic, and in particular in the Gulf of St. Lawrence, Canada. There, two nurseries are known, the St. Lawrence Estuary and the northern Anticosti Island, but their contribution to the renewal of stocks remains unknown. The goals of this study were i) to document the genetic structure and ii) to estimate the contribution of the different identified breeding stocks to nurseries. We sampled 100 juveniles per nursery and 50 adults from seven sites ranging from Saguenay fjord to offshore Newfoundland, with some sites sampled over two consecutive years in order to evaluate the temporal stability of the contribution. Our results show that after removing of sex-linked markers, the Estuary/Gulf of St. Lawrence represent a stock which is genetically distinct from the Atlantic around Newfoundland (Fst = 0.00146, p-value = 0.001). Population assignment showed that recruitment in both nurseries is largely predominantly associated with the St. Lawrence stock. However, we found that the relative contribution of both stocks to the nurseries is temporally variable with 1% contribution of the Newfoundland stock one year but up to 33% for the second year, which may hypothetically be caused by year-to-year variation in larval transport into the Gulf of St. Lawrence. This study serves as a model for the identification of stocks for fisheries resources in a context where few barriers to dispersal occurs, in addition to demonstrating the importance of considering sex-linked markers and temporal replicates in studies of population genomics.

Le rôle des interactions génotype/environnement comme facteur responsable de la variation phénotypique dans différents environnements est depuis longtemps établi. Par contre, la connaissance de l’architecture moléculaire qui est sous-jacente à ces interactions GxE est limitée. Dans cette optique, l’objectif général de la présente étude est d’étudier les interactions entre l’environnement, le sexe, la valeur génétique et le niveau d’expression de deux gènes clés associés au système (récepteur de l’hormone de croissance, GHR et le facteur analogue à l’insuline, IGF-1) GH/IGF et de déterminer l’influence de ces interactions sur la croissance chez l’omble de fontaine, Salvelinus fontinalis. Les résultats ont démontré que i) la croissance des poissons a été supérieure en eau douce et que les mâles ont montré une croissance plus élevée, ii) le niveau d’expression des gènes liés à l’axe GH/IGF était plus élevé en milieu salé iii) les mâles ont montré un niveau d’expression de GHR et IGF-1 plus élevé que les femelles, iv) la présence d’interactions GxE pour le niveau d’expression de chaque gène. Ce projet représente un avancement dans la compréhension des impacts environnementaux et sexuels sur la relation entre l’activité des gènes et l’occurrence du phénotype. / Genotype-by-environment interaction is well established as a factor responsible for the phenotypic variation that occurs between different environments. However, genetic architecture behind this GxE interaction is not well understood. In this context, the aim of this study was to determine the impact of interactions between environment, sex and genetic value on the expression level of two keys genes associated with the GH/IGF system (growth hormone receptor, GHR and insulin-like growth factor, IGF-1), and their influence on growth in the brook charr, Salvelinus fontinalis. The results show that i) growth was higher for fish reared in freshwater as compared to those reared in saltwater and that males had a higher growth rate than females, ii) expression level of genes associated with the GH/IGF axis was higher in saltwater, iii) expression level of GHR and IGF-1 of males was higher than that of females, iv) there is GxE interaction for individual gene expression. This work represents a marked advance towards mapping environmentally and sexually induced variance of gene activity and to understand the resulting phenotypes.

L'anguille d'Amérique est un poisson avec un cycle de vie très particulier. En effet, elle occupe une aire de répartition qui s'étire du Groenland aux Caraïbes, mais tous les individus se reproduisent dans la mer des Sargasses. Après la reproduction, les larves sont dispersées de façon aléatoire jusqu'aux côtes. Ce lieu de reproduction unique fait en sorte que tous les individus de l'espèce appartiennent à la même population. Par contre, les conditions environnementales varient grandement au sein de l'aire de répartition, puisque celle-ci s'étend de régions subarctiques à des régions subtropicales, ce qui confronte les individus à des conditions différentes selon l'endroit jusqu'où ils dérivent et peut entraîner la sélection d'allèles différents selon les régions. Les objectifs de cette étude étaient d'identifier les régions du génome soumises au phénomène de sélection spatialement variable et quels mécanismes sont affectés par la sélection. Pour ce faire, 710 individus en provenance de 13 sites différents représentant une grande partie de l'aire de répartition de l'espèce ont été séquencés. Un total de 12 098 SNP a été obtenu. Des méthodes d'association environnementale et d'analyse de redondance ont été employées pour identifier des marqueurs potentiellement sous sélection spatialement variable. Un total de 183 marqueurs a été identifié comme étant sous sélection spatialement variable. L'interaction entre les différentes régions sous sélection a également été évaluée en utilisant des scores polygéniques additifs. Des corrélations significatives entre ces scores polygéniques et la latitude, la longitude et la température ont été identifiées. Finalement, nous avons identifié les gènes à proximité des marqueurs potentiellement sous sélection. Parmi ces gènes, le mécanisme de réponse à l'insuline était le seul mécanisme significativement enrichi. Cette étude a permis de mieux documenter l'étendue de la sélection spatialement variable chez l'anguille d'Amérique en montrant qu’il semble y avoir de la sélection dans de nombreuses régions du génome. / The American eel is a fish with a complex life cycle. The eel occupy a wide species range from Greenland to the Caribbean, but all eels reproduce in the Sargasso Sea. After the reproduction, the larvea are advected randomly to the coast by ocean currents. Because of this reproduction mode, all the American Eel are in the same population. On the other hand, the range is extending from subarctic to subtropical regions and the eels occupying these different regions are facing really different environmental conditions. These differents conditions could result in the selection of different alleles. The objective of this study was to identify the different regions of the genome that are affected by this phenomenon of spatially-varying selection and which mecanisms are affected by selection. A total of 710 glass eels captured in 12 different sites representing an important part of the species range were sequenced to reach these objectives. After sequencing, 12 098 SNPs were conserved for further analysis. Using environmental association and redundancy analyses approaches, 183 of these markers were identified to be potentially under spatially-varying selection. The interaction between these differents regions was analyzed using additive polygenic scores. Significant correlations were identified between these polygenic scores and the latitude, longitude and temperature. Genes close to outliers were identified and gene ontology analyses were made. The only significantly enriched pathway was the insuline signalling pathway. With this study our understanding of the spatially-varying selection in the American Eel has been increased.

Bien que difficiles à identifier, bien que variables, les contraintes du paysage déterminent les possibilités de coalescence entre allèles. La structure de la diversité devrait donc à terme refléter la structure du paysage. Comment alors expliquer que dans certains systèmes, la concordance puisse être si faible ? D’une part, les espèces ont une histoire, souvent liée à celle de leur habitat. D’autre part, les espèces ne sont pas idéales, et leurs paramètres démographiques peuvent varier dans le temps et dans l’espace. Ainsi, les taux de migration peuvent varier d’un point à l’autre de l’aire de répartition sous l’effet des forces qui déterminent l’évolution des forces de dispersion. L’omble de fontaine en milieu côtier se prête particulièrement bien à l’étude empirique des écarts simples aux modèles de génétique des populations, parce que les contraintes de l’habitat sont généralement aisémement identifiables, que l’histoire du nord-est de l’Amérique du Nord est connue, et que la dynamique de la forme anadrome, la forme de dispersion de l’espèce en milieu côtier a été abondamment décrite dans le cadre de l’étude des migrations saisonnières. La faible concordance de la structure de la diversité avec la structure d’un habitat lacustre qui contraint pourtant fortement les patrons de migration a révélé la difficulté associé à cette tâche, particulièrement aux grandes échelles spatiales. Une analyse des variations temporelles des patrons d’isolement par la distance le long d’un gradient de colonisation a ensuite révélé qu’une des causes de la faible concordance pouvait être l’évolution toujours en cours des patrons d’organisation de la diversité. De plus, la forme de dispersion de l’espèce semble avoir évolué au cours de la colonisation en fonction de l’intensité du fardeau de consanguinité, générant ainsi des variations spatiales des paramètres démographiques. La diversité génétique est donc clairement une variable dynamique dont la compréhension nécessite la prise en compte de facteurs biogéographiques. Les résultats de cette thèse mettent en évidence des variations spatiales et temporelles des contraintes de l’habitat qui compromettent l’utilisation de plusieurs méthodes d’inférence démographiques courantes. C’est pourquoi une approche strictement comparative est proposée comme alternative possible. / The expected concordance between landscape structure and geographic patterns of genetic structure is due to landscape constraints over potential coalescence among alleles. In the long run, a high level of concordance may thus be expected. Why then is concordance sometimes so weak? First, species have a history, such that landscape disturbances can affect geographic patterns of diversity. Second, species are seldom “ideal”, as defined by population genetic models, such that their demographic properties can vary in space and in time. For instance, migration rates can vary within the species’ range because the form of dispersal can evolve. Brook charr populations in coastal areas is an especially useful model system to empirically investigate the consequences of simple departures from population genetic models because landscape constraints can generally be easily identified, because recent disturbances of north-eastern North America have been extensively described, and because the dynamic of anadromy, brook charr’s form of dispersal in coastal areas, has been ecologically characterized in the frame of seasonal migrations between freshwater and saltwater. Although lakes and rivers strongly constraint migration pathways, geographic patterns of diversity in lacustrine populations were only weakly correlated with landscape structure, especially at large geographic scales. Temporal variation of isolation by distance along a colonization gradient then revealed that spatial patterns of genetic diversity were still evolving toward stable equilibrium. The species’ form of dispersal was also evolving along this gradient, according to variation of the inbreeding load. Our results thus revealed some aspects of the dynamics of genetic diversity in natural populations. Understanding its evolution requires that biogeographic considerations be included into the view of genetic variation in space. Because the accuracy of demographic inference methods would be impaired by spatial and temporal variations in habitat constraints, a strictly comparative approach is proposed as an alternative in empirical population genetics studies.

Le système locomoteur relativement simple du pétoncle en fait un modèle animal idéal pour étudier les liens entre la performance locomotrice et les différentes composantes du système locomoteur. Cinq espèces de pétoncles (Amusuim balloti, Placopecten magellanicus, Pecten fumatus, Mimachalmys asperrima, Crassadoma gigantea), présentant une morphologie de la coquille et un comportement de nage variés, ont été comparées au niveau du comportement de nage, des capacités métaboliques du muscle adducteur, des propriétés mécaniques du ligament et de la morphologie de la coquille et du muscle adducteur. Les mesures de force lors d’une réponse de fuite simulée ont révélé que l’utilisation des deux parties du muscle adducteur varie grandement entre les espèces et varie aussi avec la morphologie de la coquille et le mode de vie. Ainsi, les pétoncles avec une coquille hydrodynamique utilisent principalement les contractions phasiques alors que les pétoncles avec une coquille de forme plutôt désavantageuse pour la nage utilisent majoritairement les contractions toniques. Aussi, le patron d’utilisation des deux parties du muscle peut être modifié afin de compenser pour une coquille de forme désavantageuse pour la nage. Les capacités métaboliques du muscle adducteur phasique reflètent le patron d’utilisation du muscle des différentes espèces. La résilience du ligament des pétoncles varie entre les espèces avec P. fumatus ayant la résilience la plus élevée. Les caractéristiques morphologiques de la coquille et du muscle adducteur diffèrent entre les espèces étudiées, mais ne reflètent pas toujours la stratégie de nage. Les analyses en composantes principales ont révélé que l’épaisseur et la masse de la coquille, la masse du muscle adducteur et les attributs morphologiques apparentés, sont étroitement liés à l’endurance de la réponse de fuite. L’intensité de cette réponse est, quant à elle, principalement prédite par l’allongement de la coquille et l’oblicité du muscle adducteur. Les liens fonctionnels et évolutifs entre la performance locomotrice et les différentes composantes du système locomoteur sont le résultat de compromis imposés par le style de vie, le type d’environnement et de prédateurs où évolue le pétoncle. Chez les pétoncles, il est important d’intégrer les différents niveaux d’organisation de l’animal car bien souvent la forme ne révèle pas tout. / Due to the relative simplicity of its locomotor system, scallops are ideal for studying the links between the locomotory performance and the various components of its system. The swimming behaviour, adductor muscle metabolic capacities, and ligament properties as well as the morphology of the shell and the adductor muscle of five scallop species (Amusuim balloti, Placopecten magellanicus, Pecten fumatus, Mimachalmys asperrima, Crassadoma gigantea), each with different shell morphology and swimming behaviour, were compared. Force recording measurements during a simulated escape response revealed that the utilisation of the two parts of the adductor muscle varies markedly between the species and also varies with the shell morphology and the lifestyle of the scallop. Thus, scallop species with hydrodynamic shell shape tend to use mainly phasic contractions, while species with shell shape disadvantageous for swimming rely mostly upon tonic contractions. Also, the use of phasic and tonic muscle can be a way for scallops to compensate for a disadvantageous shell shape. The metabolic capacities of the phasic adductor muscle reflect the muscle use in the different species. The ligament resilience varied between the species, with Pecten fumatus having the highest resilience. Morphological characteristics of the shell and the adductor muscle vary between the scallop species, but do not always reflect the swimming strategy. Principal component analysis revealed that the width and mass of the shell, muscle mass and related morphological attributes, were closely linked with swimming endurance. Swimming intensity was best predicted by the aspect ratio and the obliqueness of the adductor muscle. Functional and evolutive links between locomotor performance and the various components of the locomotor system are the result of compromises imposed by the scallop life style, the type of habitat and predators present where the scallop evolves. It is important to consider and integrate the various level of organisation, as often the form does not reveal everything in scallops.

Il existe des millions d'espèces différentes dans le monde qui ont évolué grâce à des interactions complexes avec leur environnement. La biologie évolutive contemporaine connaît une révolution grâce au séquençage de génomes ainsi qu’au criblage et la manipulation génétique, mais l'objectif reste le même qu'il y a 160 ans: comprendre les mécanismes sous-jacents impliqués dans la spéciation. Cela peut être réalisé en étudiant les mécanismes génétiques impliqués dans l'adaptation locale et la spécialisation écologique lors des premiers événements de spéciation. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'adaptation et la différenciation des populations dans un complexe de jeunes espèces de la levure Saccharomyces paradoxus, naturellement présentes dans les forêts de feuillus d'Amérique du Nord. En utilisant diverses approches, telles que la génomique des populations, la biologie expérimentale, la transcriptomique et le phénotypage à haut débit, nous (1) disséquons les bases génétiques de la spécialisation écologique et (2) étudions les effets de l’hybridation sur la divergence rapide et la spéciation. Nous documentons d’abord que la spécialisation écologique à différentes températures (un phénotype reconnu pour jouer un rôle important dans la divergence de deux principales lignées de S. paradoxus) est en partie causée par une sélection assouplie avec des compromis. Les travaux portant sur deux événements d'hybridation inter-espèces démontrent, quant à eux, un croisement entre une espèce hybride et son espèce parentale, ce qui indique que l'hybridation est probablement plus fréquente dans l'évolution des espèces qu'on ne le pensait auparavant. Nos travaux soulignent l’importance de la différenciation écologique par une sélection relaxée plutôt que par une divergence adaptative de la fixation de mutations bénéfiques. En outre, nos travaux montrent que l'hybridation dans la nature joue probablement un rôle important dans la création d'une nouvelle diversité par le biais de la ségrégation transgressive et que cela peut se répéter par des croisements incluant des espèces hybrides. Des études à venir sur des espèces jeunes et des complexes hybrides permettront de comprendre davantage les bases génétiques de la différenciation des populations, les conséquences de l'hybridation inter-espèces et de sa récurrence dans l'origine des espèces. / Millions of different species inhabiting the world have evolved through complex interactions with their environment. Contemporary evolutionary biology is experiencing a revolution in genome sequencing, screening and genetic manipulation technologies. Its aim, however, remains the same as 160 years ago when pioneers like Darwin and Wallace published the first articles about the evolutionary theory: to understand the underlying mechanisms involved in speciation, because such knowledge is key to shed light into species diversification. This can be achieved by studying the genetic mechanisms involved in local adaptation and ecological specialization during early speciation events. The main objective of this work is to investigate the molecular mechanisms underlying adaptation and population differentiation in a young species complex of the budding yeast Saccharomyces paradoxus, naturally found in the North American deciduous forests. Using different approaches, such as population genomics, experimental biology, transcriptomics and high-throughput phenotyping we (1) dissect the genetic bases for ecological specialization and (2) investigate the effect of hybridization in facilitating rapid divergence and speciation. First, we document that the ecological specialization to different temperatures, a phenotype that has been previously shown to play an important role in the divergence of two main S. paradoxus lineages, is partially driven by relaxed selection with trade-offs. Second, with the work on two inter-species hybridization events, we document a back-cross between a hybrid taxa and its parental species, which highlights that hybridization is likely more common in the evolution of species than previously thought. Our work underlines the importance of ecological differentiation through relaxed selection, rather than adaptive divergence from the fixation of beneficial mutations. Additionally, our findings show that hybridization in nature likely plays an important role in creating new diversity through transgressive segregation, and that this can reiterate through crosses that include hybrid species. Studies on young species and hybrid complexes will enable to further understand the genetic bases of population differentiation and the consequences of inter-species hybridization and its recurrence in the origin of species.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par une perte synaptique et neuronale. La présence de mutations dans le gène codant pour la Préséniline 1 (PS1) conduit à une forme très agressive de la MA et les mutants PS1 pourraient amplifier la perte synaptique et neuronale. La MA est aussi marquée par une augmentation de la protéine Butyrylcholinestérase (BuChE) qui joue un rôle dans la dégradation de l’Acétylcholine (ACh). De plus, l’ACh est diminuée dans la MA. La Synaptophysine (Syn), marqueur de la synaptogenèse est aussi diminuée dans la MA. Des études antérieures au laboratoire ont démontré une interaction de PS1 avec la Neural-Plakophilin-Related Armadillo Protein(NPRAP), une protéine neuronale dont la délétion du gène entraîne des déficits cognitifs importants. De précédents travaux au sein du laboratoire ont mis en évidence que NPRAP module l’expression du gène de BuChE et semble également intervenir dans l’expression de Syn. De plus, nous avons identifié une mutation dans le gène NPRAP qui serait associée au développement de la MA. L’hypothèse de mon projet de maitrise est que PS1 et NPRAP sont importants pour le maintien de l’intégrité neuronale, via Syn et BuChE. Mon objectif est d’étudier l’effet de PS1 et NPRAP sauvageset mutantes (PS1 L392V / PS1 M146L / NPRAP G810R) sur la modulation des niveaux protéiques et de l’ARNm de Syn et BuChE. Le niveau protéique et d’ARNm de Syn et BuChE ont été analysé dans les cellules HEK-293 et SH-SY5Y. Nous avons également vérifié l’expression de Syn et BuChE au niveau cellulaire par l’immunofluorescence. Les résultats obtenus mettent en évidence une augmentation du niveau de BuChE dans les cellules SH-SY5Y transfectées par PS1-M146L et NPRAP sauvage. Aucune modulation du niveau protéique ou de l’ARNm de synaptophysine n’a été détecté et les analyses d’immunofluorescence ne sont pas concluantes. Des analyses supplémentaires permettront de valider l’impact de PS1 M146L et NPRAP sauvage sur l’expression de BuChE. / Alzheimer’s disease (AD) is characterized by synaptic and neuronal loss. The presence of mutations on the Presenilin 1 (PS1) gene are associated with a very aggressive form of AD and these mutations could amplify the synaptic and neuronal loss. AD is also characterized by the increase in Butyrylcholinestérase protein (BuChE) which plays a role in acetylcholine (ACh) degradation. Moreover, ACh is decreased in AD. Synaptophysin protein (Syn), a marker of synaptogenesis has also been shown to be decreased in AD. Prior studies in the laboratory demonstrated an interaction between PS1 andNeural-Plakophilin-Related Armadillo Protein (NPRAP), a neuronal protein whose gene deletion causes important cognitive dysfunctions. Previous work has shown that NPRAP modulates expression of BuChE gene and seems to be involved in Syn expression. Furthermore, we identified a mutation in NPRAP’s gene that could be associated with the development of AD.My hypothesis is that PS1 and NPRAP are important for the maintenance of neuronal integrity, via Syn and BuChE. My objective was to study the effect of the wild-type and mutated form of PS1 and NPRAP (PS1 L392V / PS1 M146L / NPRAP G810R) on the modulation of Syn and BuChE’s levels. Syn and BuChE’s expression were analysed at the protein level and ARNm level in HEK-293 and SH-SY5Y cells. We also verified Syn and BuChE expression at the cellular level by Immunofluorescence. The results obtained seems to indicate an increase of the level of BuChE in SH-SY5Y transfected cells by PS1-M146L and NPRAP sauvage. There is no significant variation of Syn level and immunofluorescence analysis were not conclusive. Other experiments will be necessary to verify the impact of PS1 M146L and NPRAP sauvage on the expression of BuChE’s.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L’objectif de comprendre la dynamique forestière des peuplements de la pessière à mousses au nord du lac Saint-Jean (Québec). L’intervalle des feux moyen a été mesuré dans des stations représentatives d’une chronoséquence forestière à l’aide de la datation 14C de charbons de bois des sols forestiers. La structure, la date d’établissement des peuplements et la composition botanique des charbons montrent que les forêts étudiées évoluent sous une dynamique de récurrence. Les espèces bien adaptées au feu colonisent les régions ou les feux sont fréquents, tandis que les espèces peu adaptées au feu sont confinées aux stations où les feux sont rares. L’analyse des datations et de la composition des charbons de bois à l’échelle régionale indique que les feux sont présents dans la région depuis au moins 8000 ans et que le régime des feux et la composition des peuplements est demeurée stable au cours des 5000 dernières années.

"Thèse en cotutelle : Doctorat interuniversitaire en océanographie, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Joseph Fourier - Grenoble I, Grenoble, France" / L’océan Arctique est marqué par une forte saisonnalité qui se manifeste par la présence d’une banquise permanente dont l’extension varie entre 6 et 15 × 106 km2. Interface plus ou moins perméable, la banquise limite les échanges atmosphère - océan et affecte le budget énergétique global en réfléchissant une part importante du rayonnement incident. Le manteau neigeux qui se forme à sa surface est un élément essentiel notamment parce qu’il contribue fortement aux propriétés optiques de la banquise. D’une part par son albédo, proche de l’unité dans le visible, qui retarde sensiblement la fonte estivale de la glace. Et d’autre part, il est majoritairement responsable de l’extinction verticale de l’éclairement dans la banquise. Or, la faible intensité lumineuse transmise à la colonne d’eau constitue un facteur limitant important à l’accumulation de biomasse des producteurs primaires souvent des micro-algues, à la base des réseaux trophiques. Le manteau neigeux en surface, par ces propriétés physiques et leurs évolutions temporelles, joue donc un rôle essentiel en impactant directement l’initiation et l’amplitude de la floraison phytoplanctonique printanière. Dans le cadre du réchauffement climatique actuel, les mutations que subit la banquise : amincissement, réduction de son extension estivale et variations des épaisseurs du manteau neigeux bouleversent d’ores et déjà la production primaire arctique à l’échelle globale et régionale. Cette thèse vise à mieux comprendre la contribution du manteau neigeux au transfert radiatif global de la banquise et de mieux estimer son impact sur la production primaire arctique. Elle s’appuie sur un jeu de données collectés lors de deux campagnes de mesures sur la banquise en période de fonte. Les propriétés physiques de la neige, SSA et densité, permettent une modélisation précise du transfert radiatif de la neige qui est validée, ensuite, par les propriétés optiques, comprenant : albédo, profils verticaux d’éclairement dans le manteau neigeux et transmittance `a travers la banquise. Au printemps, la neige marine, marquée par une importante hétérogénéité spatiale, évolue suivant quatre phases distinctes. La fonte, d’abord surfacique puis étendue à toute l’épaisseur du manteau, se caractérise par une baisse de la SSA de 25-60 m2 kg−1 à moins de 3 m2 kg−1 provoquant une diminution de l’albédo dans le proche infrarouge puis à toute longueur d’onde ainsi qu’une augmentation de l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Cette période est chaotique, marquée par une forte variabilité temporelle des propriétés optiques causées par la succession d’épisodes de fonte et de chutes de neige. Les propriétés physiques de la neige sont utilisées par un modèle de transfert radiatif afin de simuler les profils verticaux d’éclairement, l’albédo et la transmittance de la banquise. La comparaison entre ces simulations et les profils d’éclairement mesurés met en évidence la présence d’impuretés dans la neige dont leurs natures et leurs concentrations sont estimées. En moyenne, la neige échantillonnée contenait 650 ng g−1 de poussières minérales et 10 ng g−1 de suies qui réduisaient par deux l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Enfin, la modélisation de l’éclairement à toute profondeur de la banquise, représentée de manière innovante par des isolumes, est mise en relation avec l’évolution temporelle de la biomasse dans la glace. Il apparaît que la croissance des algues de glace est systématiquement corrélée avec une augmentation de l’éclairement, et ce, jusqu’`a des niveaux d’intensité de l’ordre de 0.4 μE m−2 s−1. Ces variations d’´éclairement sont dues au métamorphisme et `a la fonte de la neige en surface. Mots clés : Transfert radiatif, neige marine, albédo, transmittance, impuretés, algues de glace / The Arctic ocean shows a very strong seasonality trough the permanent presence of sea ice whose extent varies from 6 to 15 × 106 km2. As an interface, sea ice limits ocean - atmosphere interactions and impacts the global energy budget by reflecting most of the short-wave incoming radiations. The snow cover, at the surface, is a key element contributing to the optical properties of sea ice. Snow enhances further the surface albedo and thus delays the onset of the ice melt. In addition, snow is the main responsible for the vertical light extinction in sea ice. However, after the polar night, this low light transmitted to the water column is a limiting factor for primary production at the base of the oceanic food web. The snow cover, through the temporal evolution of its physical properties, plays a key role controlling the magnitude and the timing of the phytoplanktonic bloom. In the actual global warming context, sea ice undergoes radical changes including summer extent reduction, thinning and shifts in snow thickness, all of which already alter Arctic primary production on a regional and global scale. This PhD thesis aims to better constrain the snow cover contributions to the radiative transfer of sea ice and its impact on Arctic primary production. It is based on a dataset collected during two sampling campaigns on landfast sea ice. Physical properties of snow such as snow specific surface area (SSA) and density allow a precise modeling of the radiative transfer which is then validated by optical measurements including albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance in the snow. During the melt season, marine snow which shows strong spatial heterogeneity evolves fol- lowing four distinctive phases. The melting, which first appears at the surface and gradually propagates to the entire snowpack, is characterized by a decrease in SSA from 25-60 m2 kg−1 to less than 3 m2 kg−1 resulting in a decrease in albedo and an increase in sea ice transmittance. This is a chaotic period, where optical properties show a very strong temporal variability induced by alternative episodes of surface melting and snowfalls. The physical properties of snow are used in a radiative transfer model in order to calculate albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance at all depths. The comparison between these simulations and measured vertical profiles of irradiance in snow highlights the presence of snow absorbing impurities which were subsequently qualitatively and quantitatively studied. In average, impurities were composed of 650 ng g−1 of mineral dust and 10 ng g−1 of black carbon. They were responsible for a two-fold reduction in light transmitted through sea ice. The light extinction, calculated at all depths in sea ice, and represented by isolums, was compared to the temporal evolution of ice algae biomass. The results show that every significant growth in ice algae population is related to an increase of light in the ice. These growths were observed even at very low light intensities of 0.4 μE m−2 s−1. Light variations in the ice were linked by snow metamorphism and snow melting at the surface. Keywords : Radiative transfer, marine snow, snow albedo, sea ice transmittance, snow impurities, ice algae.

L’impact écologique et évolutif de la dispersion et de la consanguinité peut être exacerbé chez les espèces insulaires. Les albatros, en particulier, ont un mode de vie exceptionnel qui soulève plusieurs questions à cet égard. Dans cette thèse j’aborde certaines de ces questions. En introduction (chapitre 1), j’énonce des hypothèses spécifiques à l’espèce d’étude, l’Albatros hurleur (Diomedea exulans), en lien avec la dispersion, la dynamique des populations, et la génétique. Cependant, la découverte fortuite d’une diversité génétique très pauvre chez cette espèce a nécessité une redéfinition majeure des objectifs et hypothèses initiaux de la thèse. Donc, les patrons de diversité génétique chez deux espèces « sœurs », les Albatros hurleurs et d’Amsterdam (D. amsterdamensis), sont d’abord étudiés au chapitre 2. Des simulations supportent l’hypothèse voulant que ces deux espèces aient hérité leur faible diversité de leur ancêtre commun qui vivait il y a quelque 0,8 million d’années. Par conséquent, les albatros semblent défier l’opinion répandue voulant qu’une faible diversité génétique réduit nécessairement la viabilité d’une espèce. L’objectif du chapitre 3 était d’identifier explicitement le modèle de dynamique populationnelle correspondant le mieux à la réalité des Albatros hurleurs. Les populations de l’ensemble de l’aire de répartition s’avèrent très peu différenciées au plan génétique. Tous les génotypes forment un seul groupe homogène selon une analyse de groupement, suggérant que les colonies actuelles pourraient descendre d’une même population ancestrale qui avait une faible diversité génétique. À l’opposé, les données de relecture de bagues indiquent qu’environ un oiseau par cohorte a émigré de son île natale au cours des dernières décennies. De ce fait, les données génétiques ne reflètent pas les faibles taux de dispersion contemporains, vraisemblablement parce que les populations n’ont pas atteint l’équilibre migration–dérive. Un modèle de dynamique de métapopulation impliquant la colonisation récente de plusieurs îles semble compatible avec les bas niveaux de diversité et de structure génétiques, bien que d’autres facteurs ont sans doute contribué au façonnement du patron génétique. La diversité et la structure génétiques limitées soulèvent des questions à propos de la consanguinité et de ses effets. Dans le chapitre 4, les données probantes relatives à la consanguinité chez l’Albatros hurleur sont passées en revue. L’hypothèse que le succès reproducteur décroît avec l’accroissement de la similarité génétique des partenaires a aussi été testée en utilisant des données moléculaires et sur l’histoire reproductive des couples. Bien que l’analyse ne supporte pas cette hypothèse, on ne peut exclure la possibilité que ce résultat découle du manque de résolution des marqueurs étant donné la très faible diversité génétique des albatros. Quelques perspectives sur des aspects reliés à la consanguinité (p. ex. son évitement, la purge génétique), basées sur la littérature récente, sont également proposées. En somme, l’étude du cas « albatros » mène à plusieurs hypothèses stimulantes et démontre la complexité de mettre au jour la dynamique de la consanguinité chez les espèces longévives. Dans le chapitre 5, à défaut de pouvoir faire des analyses d’assignation populationnelle (en raison du manque de résolution génétique), le jeu de données sur les albatros, ainsi qu’un second jeu sur le Saumon Atlantique (Salmo salar), ont servi à explorer le comportement d’une méthode d’assignation appliquée de façon routinière en biologie. Les résultats démontrent que des aspects importants (estimation du taux d’erreur, détection de migrants) sont liés à la conformité des données empiriques aux prémisses des tests. Ils soulignent aussi l’importance de valider la procédure d’assignation à l’aide de simulations préliminaires. Cette contribution méthologique se veut en quelque sorte une réponse au manque d’uniformité dans l’application de ces méthodes. Pour conclure, je passe en revue l’ensemble des connaissances sur la dispersion des Albatros hurleurs et je propose une perspective sur les causes de la dispersion et de son évolution chez ces oiseaux. Cette thèse apporte un éclairage nouveau sur la signification et l’impact du monomorphisme génétique dans les populations naturelles, sur la dispersion et la dynamique populationnelle chez une espèce longévive, et propose une vision sur l’interaction entre ces facteurs et l’histoire de vie. / The ecological and evolutionary impact of dispersal and inbreeding may be exacerbated in insular species. Albatrosses, in particular, have an extreme way of life raising several questions in that regard. In this thesis, I address some of these questions. In the introduction (chapter 1), I enounce hypotheses that are specific to the study species, the wandering albatross (Diomedea exulans), in relation to dispersal, population dynamics, and genetics. However, the fortuitous discovery of a very poor genetic diversity in this species led to substantial modifications of the initial objectives and hypotheses of the thesis. Thus, the patterns of genetic diversity in two sister species, the wandering and Amsterdam (D. amsterdamensis) albatrosses, are studied in chapter 2. Simulations support the hypothesis that the two species inherited a poor genetic diversity from their common ancestor, some 0.8 million years ago. Albatrosses thus appear to challenge the widespread view about the negative consequences of genetic depletion on species survival. In chapter 3, the objective was to identify explicitly which model of population dynamics best applies to the wandering albatross. Populations exhibited little genetic differentiation across the species’ range. All genotypes grouped together in a cluster analysis, suggesting that current colonies have derived from one ancestral source that had a low genetic diversity. In contrast, band re-sighting data indicated that about one bird per cohort has dispersed among islands in the past decades. Therefore, low contemporary dispersal rates are not mirrored by genetic data, presumably because populations are not at migration–drift equilibrium. A metapopulation dynamics model involving the recent colonization of several islands seems consistent with the very low levels of both genetic diversity and structure within the wandering albatross. Yet, other factors likely contributed to shape current genetic patterns. The limited genetic diversity and structure raise questions about inbreeding and its effect. Thus, in chapter 4, evidence for inbreeding in the wandering albatross is reviewed. The hypothesis that reproductive success decreases with increasing genetic similarity between mates was also tested using molecular data and pair breeding histories. While the hypothesis was not supported, a lack of resolution from the markers cannot be ruled out given the very poor genetic diversity in albatrosses. Some perspectives about inbreeding-related aspects (e.g. inbreeding avoidance, purging) based on recent literature are also proposed. Overall, this wandering albatross case study leads to several stimulating hypotheses and shows how complex the understanding of inbreeding dynamics in a long-lived species may be. In chapter 5, failing to successfully apply population assignment methods (because of the lack of genetic resolution), data on Atlantic salmon (Salmo salar) were used in addition to the albatross dataset to explore the performance of an assignment method routinely used in biological investigations. Results show that critical aspects (error rate estimation, migrant detection) relate to how test assumptions are met by empirical data. They also stress the need to validate the assignment procedure with preliminary simulations. This methodological contribution is to some extent a response to the absence of uniformity in the way these methods are generally applied. To conclude, using empirical evidence on dispersal in wandering albatrosses, I suggest perspectives on the causes and the evolution of dispersal in these birds. This dissertation provides new insights about the significance and implications of genetic monomorphim in natural populations, about dispersal and population dynamics in a longlived seabird, and proposes a vision about the interaction between these factors and life history.