La disposition discontinue à l'échelle mondiale des habitats de la cryosphère, définie comme les environnements glacés de la Terre, offre un contexte opportun pour définir la répartition géographique des espèces microbienne sur la planète. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, l'abondance et la diversité microbiennes du couvert neigeux et de l'air du Haut-Arctique canadien ont été révélées par des méthodes moléculaires, de microscopie et de cultures. La composition des communautés de bactéries et de protistes de la neige, qui reflétait le transport aérien survenu au cours des huit mois précédant l'échantillonnage, a permis d'identifier les tapis microbiens locaux et l'océan Arctique comme des sources d'inoculum substantielles. L'analyse des séquences d'ADN ribosomique 16S et 18S suggère que les microorganismes habitant les environnements froids comme la neige, la glace marine et les glaciers des régions arctiques, antarctiques et alpines possèdent une distribution globale à travers la cryosphère.

La forêt boréale fermée au Québec est subdivisée en deux zones de végétation, soit la sapinière à bouleau blanc et la pessière à mousses, respectivement situées au sud et au nord de 49° N. La limite nordique des sapinières est représentée par des peuplements subalpins isolés au sein de la zone de pessière à mousses. Ces sapinières coexistent dans l'étage subalpin avec des pessières d'épinette blanche. Or, l'épinette blanche est typiquement une espèce compagne dans la zone de la sapinière à bouleau blanc et n'est l'espèce dominante que dans quelques situations biogéographiques particulières. Une approche multidisciplinaire alliant la phylogéographie, l'écologie et la paléoécologie est utilisée afin de déterminer l'origine holocène et la dynamique récente des sapinières et des pessières d'épinette blanche subalpines. Les variations génétiques de l'espèce dans la partie orientale de son aire de répartition a permis d'inférer l'histoire démographique holocène des populations subalpines isolées. Ces populations d'épinette blanche auraient subi un goulot d'étranglement génétique causé par un déclin démographique. Les données écologiques ont montré que les pessières d'épinette blanche et les sapinières subalpines au centre du Québec représentent différents stades successionnels après feu. L'épinette blanche est une espèce pionnière qui colonise rapidement les sites, favorisant ainsi la formation des pessières subalpines. La coexistence des pessières et des sapinières, à la même altitude dans l'étage subalpin au centre du Québec, est redevable à une dynamique successionnelle maintenue par des feux récurrents. L'histoire holocène des feux des sapinières a été reconstituée à l'aide de l'analyse macrofossile des charbons du sol minéral. Le remplacement de la sapinière par la pessière à mousses au nord de 49° N a probablement été causé par un changement du régime de feu amorcé il y a 5000 ans. La même approche paléoécologique montre qu'il n'y a aucune différence quant à l'histoire des feux et à la composition botanique fossile entre les sapinières et les pessières d'épinette blanche. Cette flore subalpine est demeurée inchangée au cours de l'Holocène et est composée des genres Abies, Picea et Betula. L'assemblage fossile peut être interprété comme étant une sapinière à bouleau blanc qui s'est maintenue dans l'étage subalpin depuis au moins 5600 ans cal. BP.

Les populations surabondantes de grands herbivores sont à l'origine de perturbations de l'intégrité des écosystèmes. Elles peuvent modifier la composition et la structure des communautés végétales et enclencher des cascades trophiques. Nous avons étudié l'impact d'une population surabondante de cerfs de Virginie et des mesures de restauration des forêts sur les communautés d'oiseaux chanteurs de l'île d'Anticosti, Québec. Le broutement intensif du sous-étage des sapinières par les cerfs y a vraisemblablement uniformisé la composition des communautés d'oiseaux et diminué l'occurrence des espèces dépendantes de cette strate de végétation. Par ailleurs, la coupe forestière expérimentale et la réduction des densités de cerfs permettent la régénération des sapinières à bouleau blanc et favorisent la richesse et la diversité des oiseaux. Les effets du broutement des cerfs sur les oiseaux étaient moins prononcés que dans les forêts plus tempérées, soulignant que les impacts des populations surabondantes de cerfs sont variables d'un milieu à l'autre et dépendent possiblement de la productivité du milieu. Tel que suggéré par notre expérience de restauration, la gestion active de ces populations et des habitats semble prometteuse pour préserver l'intégrité des écosystèmes et la biodiversité.

La dissémination secondaire d'une espèce envahissante peut se faire par les processus naturels et anthropiques. Dans les lagunes des Îles-de-la-Madeleine, l'algue verte envahissante Codium fragile ssp. tomentosoides (par après, Codium) a envahi les herbiers marins de zostères (postera marina), en se fixant directement sur les rhizomes de la zostère. Cette étude a étudié les facteurs affectant la dissémination secondaire naturelle et l'établissement de cette algue dans les herbiers, et nous avons porté une attention particulière à l'effet de la flottabilité sur le potentiel de dissémination des fragments. Nous avons d'abord trouvé que la flottabilité était corrélée de façon positive à l'intensité lumineuse, et qu'il y avait donc deux types de fragments produits : ceux à flottabilité positive, et ceux à flottabilité négative. Le potentiel de dissémination des fragments à flottabilité positive était plus élevé que celui des fragments à flottabilité négative, et était surtout contrôlé par la vitesse du courant de surface, ainsi que le vent, tandis que la dissémination et la rétention des fragments à flottabilité négative étaient affectées par le courant, et la densité la hauteur de la zostère. Les deux types de fragments jouent donc différent rôle dans la dissémination secondaire de Codium. Les fragments à flottabilité positive se disséminent sur de longues distances et contribuent à l'établissement de nouvelles populations, tandis que les fragments à flottabilité négative se disséminent sur de courtes distances et augmentent la densité locale. Nous avons aussi étudié le rôle des perturbations sur la fixation de Codium sur les rhizomes. L'abondance, la biomasse, et le pourcentage de recouvrement de Codium étaient plus élevés dans les endroits perturbés que dans les endroits non-perturbés. Les perturbations naturelles (l'action de glace) et anthropiques (ancres et hélices) dans les zones peu profondes pourraient donc augmenter les chances d'établissement de Codium sur les rhizomes.

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.

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.

L'étude des processus évolutifs est extrêmement importante afin d'élucider les causes probables de la divergence des populations. L'objectif principal de cette recherche était de documenter la distribution spatiale et les distinctions morphologiques de deux populations sympatriques d'éperlan arc-en-ciel présentes dans l'estuaire moyen du fleuve St-Laurent et de comparer leur développement ontogénique. Les quatre stades ontogéniques étudiés provenant de la population de la rive sud (PRS) et de la population de la rive nord (PRN) sont distribués un peu partout dans cet estuaire. Toutefois, la PRN domine dans tous les échantillons prélevés. Une comparaison morphologique entre les adultes capturés et les adultes provenant d'une étude précédente a révélé la présence d'individus possédant une morphologie intermédiaire. De plus, des divergences morphologiques et allométriques sont perceptibles dès le stade post-métamorphique suggérant que cette distinction soit d'origine historique et non causée par des événements contemporains. Ces différences s'atténuent pour les stades ontogéniques subséquents ce qui indique une tendance vers une convergence morphologique. Ces résultats proposent que les habitats exploités par les deux populations ne sont pas aussi différents que présumé. En conséquence, même si les distinctions morphologiques de ces populations sont le résultat de génomes différents, une convergence morphologique apparaît plus tard dans leur développement.