La forêt du Sanctuaire fait partie des quelques pessières à lichens qui n'ont pas connu d'épisodes de feu dans la région de la rivière Boniface. Le renouvellement de cette forêt ancienne repose principalement sur une dynamique de comblement des ouvertures. Toutefois, le processus naturel de remplacement de la végétation ne semble pas effectif dans les ouvertures. Le nombre d'épinettes noires (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) mortes est considérable et la régénération faible ou absente. Afin de mieux comprendre ce phénomène, l'histoire récente de la pessière a été reconstituée en mettant l'accent sur différents aspects de la mortalité. À cet égard, la dynamique structurale, les patrons spatio-temporels et les facteurs responsables de la mortalité de l'épinette noire ont été caractérisés. Pour ce faire, toutes les épinettes mortes, les macrorestes et les plantules localisés dans les ouvertures sélectionnées aléatoirement ont été recensés. Toutes les épinettes mortes ont été décrites, cartographiées et datées à l'aide des cernes de croissance. Les macrorestes ont été datés au radiocarbone. Ainsi, au sein des 25 ouvertures étudiées, 763 épinettes mortes et 14 plantules ont été dénombrées. Le centre des ouvertures était parfois dépourvu d'arbres depuis plus de 1000 ans. La population d'épinettes se trouve actuellement dans un état d'équilibre précaire attribuable au déséquilibre démographique existant au sein des ouvertures. Des épisodes de forte mortalité ont été décelés pendant les décennies de 1810, 1870-80-90, 1930-40 et 1980-90. La mortalité des épinettes découle probablement d'une cause commune puisque des îlots d'épinettes mortes à la même époque ont été détectés à la périphérie de certaines ouvertures. La forte croissance radiale de l'épinette au cours des épisodes de mortalité laisse croire que les précipitations étaient abondantes pendant ces années. Ainsi, sans pour autant exclure le vieillissement naturel des individus, les précipitations semblent impliquer dans la mortalité de l'épinette noire. À titre d'hypothèse, la principale cause de la mortalité des épinettes serait attribuable à une maladie défoliante appelée la ± brûlure printanière ¿ et la deuxième cause, à des bris mécaniques, deux phénomènes étroitement liés aux conditions de précipitations abondantes.

Alors que l'océan Arctique subit d'importants changements, plusieurs incertitudes demeurent quant à la provenance de l'azote assimilé par le phytoplancton. Cette information est pourtant cruciale puisque c'est l'azote qui limite principalement la production primaire au cours de la saison de croissance dans l'Arctique. Conséquemment, cet élément limite aussi la productivité de l'écosystème entier. Aucune étude ne s'est encore intéressée à la présence du processus de fixation d'azote gazeux (N2) dans cette région bien que certains indices semblent montrer qu'il y soutienne une partie de la production primaire. C'est afin de vérifier une telle possibilité que cette étude a pris place. Les expériences ont permis de déceler la présence de fixation du N2 dans plusieurs secteurs de l'ouest de l'océan Arctique et d'observer que les bactéries hétérotrophes (diazotrophes) en seraient les principales responsables. Le manuscrit fait état de l'importance locale et globale du processus de fixation du N2 en considérant sa distribution et la communauté diazotrophe retrouvée.

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.

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 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.

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.