L'Arctique est la région du globe où le réchauffement climatique est le plus prononcé. L'étude de la diversité des microorganismes, leur dynamique de communauté et les facteurs environnementaux qui agissent sur eux s'avèrent donc importants pour comprendre comment ces communautés vont réagir à des changements environnementaux. Cette thèse explore la diversité des protistes et leur dynamique dans l'océan Arctique sur une échelle temporelle ainsi que spatiale. La méthodologie utilisée dans cette étude est basée sur l'analyse des séquences du 18S ADN. L'étude temporelle de la communauté des protistes de la zone mésopélagique montre une communauté dynamique avec des assemblages distincts à l'hiver-printemps et à l'été-automne. Cette dynamique est associée à des changements hydrographiques et montre aussi un couplage avec la zone euphotique, qui est reflétée par une plus grande proportion des séquences associées à des dinoflagellés hétérotrophes pendant la période été-automne. Dans la zone euphotique, la transition printanière est caractérisée par une augmentation de la biomasse des organismes autotrophes. Toutefois, lorsqu'un maximum de chlorophylle a est atteint, l'activité des ciliés et dinoflagellés hétérotrophes est stimulée. L'étude de la diversité des protistes à la fin de la saison productive dans la zone euphotique montre que des masses d'eau, avec une origine commune, présentent des assemblages de protistes plus similaires. Néanmoins, un groupe divers de taxons se retrouve distribué de façon pan-arctique. Parmi ceux-ci, il y a des organismes autotrophes, hétérotrophes et parasitiques. Cette thèse a permis d'augmenter la connaissance de la dynamique des organismes autotrophes dans les milieux pélagiques arctiques et offre une nouvelle vision de l'écologie des protistes hétérotrophes et parasitiques. Les résultats soulignent que ces protistes hétérotrophes doivent être considérés dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La saison et la sévérité des feux récents ont été étudiées au sein de la pessière noire à mousses du Québec afin de déterminer leur influence sur la régénération de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.). Pour ce faire, 13 peuplements brûlés au cours des vingt dernières années au printemps ou en été ont été étudiés. Deux indicateurs écologiques ont été utilisés pour caractériser la sévérité des feux récents, soit l'épaisseur de la matière organique résiduelle et le recouvrement des espèces végétales. Un inventaire exhaustif de la régénération de l'épinette noire, sur une superficie totale de 500 m² par site, a également été réalisé dans chacun des sites en prenant soin de prélever toutes les plantules et de noter la nature du lit de germination dans lequel elles s'étaient établies. Que le feu ait lieu au printemps ou en été, le sol de tous les peuplements brûlés est couvert d'une épaisse couche de matière organique résiduelle. La matière organique noircie et les éricacées, indices du passage d'un feu léger, abondent dans tous les sites alors que les mousses et le sol minéral nu, qui indiquent le passage d'un feu sévère, couvrent une surface minime. Les deux indicateurs écologiques utilisés dans cette étude suggèrent que tous les feux étudiés ont été légers. La matière organique noircie étant peu favorable à la germination des graines et à la survie des plantules, la régénération de l'épinette noire est déficiente dans la majorité des sites étudiés. Ainsi, ce travail appuie l'hypothèse énoncée par Girard et collaborateurs (2009) selon laquelle les feux légers contribueraient à l'ouverture de la forêt et, ultimement, à l'expansion de la pessière à lichens au coeur de la forêt boréale fermée du Québec.

En gestion des populations animales, le contrôle d’une population peut être atteint par la modification d’un ou plusieurs paramètres démographiques (survie, reproduction ou mouvements). La population de Grandes oies des neiges (Chen caerulescens atlantica), une espèce qui niche en Arctique, est aujourd’hui considérée surabondante suite à la croissance exponentielle de sa population à la fin du 20ème siècle. En 1999, des mesures spéciales de conservation visant à stabiliser la population via une augmentation du taux de récolte à la chasse ont été instaurées, la plus spectaculaire étant une saison de chasse durant la migration printanière au Québec. Cette thèse a pour objectif d’évaluer les effets de ces mesures sur les processus démographiques sous-jacents suivants : la survie, la reproduction et le recrutement des jeunes en tant que reproducteurs. Nous présentons d’abord un nouveau modèle statistique de survie qui permet de produire des estimés de survie non biaisés en présence d’incertitude sur la perte des marques auxiliaires utilisées pour la détection des individus. Ce modèle utilise toutes les informations provenant des recaptures vivantes, des observations et des reprises à la chasse d’individus marqués de 1993 à 2005. En contrastant deux périodes, avant et à partir de 1999, nous avons montré que la diminution de survie a été la plus marquée chez les adultes durant les migrations automnale et printanière au Québec relativement à la baisse observée l’hiver aux États-Unis. Basé sur des données de la principale colonie, Île Bylot, Nunavut (1995-2007), nous n’avons pas trouvé d’évidence d’un effet reporté de la pression de chasse au Québec durant le printemps sur différents paramètres de reproduction l’été suivant (densité de nid, date et taille de ponte), une fois pris en compte l’effet des conditions climatiques rencontrées durant la migration et à l’arrivée sur le site de nidification. Cependant, le taux de récolte des adultes au printemps après 1998 est apparu comme un facteur important affectant à la baisse le recrutement des jeunes dans la population au cours de la période 1992-2005. En lien avec la stratégie mixte de reproduction des oies qui utilisent à la fois des réserves exogènes et endogènes pour la reproduction, le mécanisme sous-jacent suggéré est un effet reporté du dérangement par la chasse sur l’alimentation au printemps via une diminution des réserves endogènes. Nous démontrons ainsi de façon empirique que si la chasse diminue la survie, elle peut aussi diminuer l’accès à la reproduction. Nous suggérons que la diminution de la productivité de la population qui avait déjà été documentée se ferait principalement via la décision de se reproduire ou non (recrutement et propension à se reproduire) plutôt que par une baisse du succès reproducteur (indépendamment de la décision de se reproduire). Cette population semble aujourd’hui stabilisée, mettant en évidence que ces mesures de conservation ont vraisemblablement porté leurs fruits.

Cette thèse examine comment les perturbations naturelles et anthropiques façonnent la répartition du lièvre d'Amérique (Lepus americanus). J'ai d’abord étudié les variations d'abondance du lièvre le long d’un gradient de succession forestière, ainsi que l'influence de la dynamique de trouées sur sa répartition à fine échelle en forêt ancienne. J'ai ensuite évalué la réaction du lièvre à divers traitements sylvicoles, dont certains visaient à maintenir la structure irrégulière des peuplements anciens. Pour ce faire, j’ai étudié la sélection de l'habitat du lièvre par l'approche d'isodars et reconstitué l'historique de broutement. L'abondance du lièvre suivait une distribution bimodale avec l'âge des peuplements, avec un premier pic 40-50 ans après perturbation et un second pic, moins prononcé, en fin de succession. Les peuplements anciens étaient caractérisés par de nombreuses trouées dans lesquelles l'abondance de nourriture du lièvre était relativement élevée. Les comportements d'approvisionnement et de déplacement du lièvre indiquaient toutefois qu'il percevait un risque de prédation plus élevé à l'intérieur des trouées. La structure des peuplements anciens semble donc imposer un compromis entre l’acquisition de nourriture et l’évitement des prédateurs. La réaction du lièvre à la coupe forestière dépendait à la fois de l'intensité du traitement sylvicole et de la densité locale de la population. Dans le cas des coupes avec une rétention d'arbres > 50%, la préférence pour la forêt non coupée disparaissait à mesure que la population locale augmentait. Au contraire, pour les traitements avec une rétention d'arbres < 20%, la préférence pour la forêt non coupée s'intensifiait avec l'augmentation de la population locale. De même, au cours des premières années après coupe, les patrons de broutement des tiges de bouleau (Betula papyrifera) dans les traitements à rétention > 50% sont demeurés similaires à ceux des forêts non coupées, tandis que l'utilisation des tiges a diminué dans les traitements intensifs (rétention < 20%). Ces résultats démontrent que les traitements sylvicoles qui conservent la structure des forêts anciennes peuvent aussi maintenir une répartition du lièvre caractéristique de ce stade de succession. Cette thèse approfondit notre compréhension des liens entre la répartition du lièvre et les régimes de perturbations régionales en forêt boréale aménagée. / This thesis explores how different components of natural and human disturbance regimes shape the distribution of a key boreal forest herbivore, the snowshoe hare (Lepus americanus). I investigated both broad-scale changes in hare abundance during forest succession and fine-scale responses to heterogeneity created by canopy gap dynamics in old-growth forests. I then evaluated how hare respond to silvicultural treatments designed to maintain the irregular structure of old-growth stands using patterns of density-dependent habitat selection and browse history reconstruction. Snowshoe hare followed a bimodal abundance distribution with stand age, with a pronounced peak in density between 40-50 years post-disturbance followed by a second more subtle increase phase during late-succession. Within old-growth stands, canopy gaps offered areas of higher food availability, but foraging and movement behaviours indicated that hares perceived a greater risk of predation within openings. The structure of old-growth stands thus appears to impose a trade-off between acquiring food and avoiding predation. The response of snowshoe hare to forest harvesting depended on both disturbance intensity and local population density. Preference for uncut forest stands over harvest treatments with > 50% tree retention quickly diminished as local populations increased. In contrast, preference for uncut forests over treatments with < 20% tree retention became more pronounced with increasing local population density. Similarly, in the first years following harvesting, browse use patterns of white birch (Betula papyrifera) stems in low intensity treatments (> 50% retention) remained similar to those in uncut old-growth forest stands, whereas browse use declined rapidly in intensive harvest treatments (< 20% retention) over the same period. These findings suggest that silvicultural treatments that conserve old-growth forest structure can also maintain distributions of hare that are characteristic of late-succession. This thesis helps to further our understanding of the links between snowshoe hare distribution and regional disturbance regimes in managed boreal forests.

Au cours de l'Étude sur le chenal de séparation circumpolaire («Circumpolar Flaw Lead System Study», CFL) en 2007-2008, d'importantes agrégations hivernales de morues arctiques ont été détectées par l'échosondeur EK-60 du brise-glace de recherche NGCC Amundsen dans le Golfe d'Amundsen. La biomasse de ces agrégations a été calculée sur une période de dix mois et a atteint un maximum de 0.732 kg m" en février. Les agrégations ont uniquement été observées pendant la saison d'englacement, de décembre à avril. La distribution verticale de la morue arctique était alors reliée à la température et à la distribution de ses proies. Les morues préféraient généralement les eaux relativement chaudes (>0°C) de la couche Atlantique en hiver, mais une fraction des individus formant les agrégations les plus denses suivait occasionnellement le zooplancton jusque dans l'halocline Pacifique plus froide (-1.6 à 0°C). De plus, des migrations verticales journalières précisément synchronisées avec l'augmentation de la photopériode ont été observées parmi les agrégations. Au cours de l'hiver, les morues arctiques migrèrent progressivement vers des zones plus profondes (de 220 à 550 m de profondeur) en réponse à l'augmentation de l'intensité lumineuse, possiblement afin d'éviter les prédateurs visuels tels que le phoque annelé. La comparaison du Golfe d'Amundsen avec la Baie de Franklin démontre l'importance écologique de la séquestration de la morue arctique dans des baies relativement peu profondes en hiver. Ce mécanisme permet aux mammifères marins d'avoir accès à des concentrations élevées de proies, et ce à des profondeurs facilement accessibles.

L'objectif général était de faire progresser notre compréhension des caractéristiques du rayonnement solaire dans une gamme optiquement diversifiée des eaux continentales et en particulier pour le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR, 400-700 nm). Les mesures sur le terrain et en laboratoire des propriétés optiques apparentes et inhérentes (les AOP et les IOP, respectivement) ont été réalisées en utilisant des instruments d'optique de pointe. Ces instruments et méthodes avaient jusqu'à ce jour été utilisés surtout aux eaux claires de l'océan au large des zones côtières. J'ai tout d'abord examiné les mécanismes contrôlant les différences de couleur entre les mares thermokarstiques dans le Québec subarctique. Les résultats ont montré que les variations quantitatives du carbone organique dissous et des particules en suspension non algales étaient les facteurs principaux. L'analyse d'une image satellite suggère que ces composantes peuvent être estimées à distance. Les résultats indiquent que la télédétection par satellite pourrait permettre la mise à l'échelle de certains processus biogéochimiques. J'ai par la suite quantifié les processus d'atténuation du PAR dans un réservoir d'eau potable. Les résultats d'analyse du budget de photons ont également révélé les changements spectraux du PAR en fonction de la profondeur affectant l'estimation des coefficients d'absorption moyen du PAR in situ pour la zone euphotique; par exemple, le coefficient de l'eau pure était dix fois plus élevé que celui mesuré dans l'océan. Dans la dernière partie de cette étude, j'ai entrepris une analyse de la «fermeture optique» afin d'évaluer la relation entre les AOP et les IOP pour un lac hypereutrophe urbain. Une similarité a été observée entre la luminance spectrale mesurée par télédétection avec un système de profilage dans l'eau et les valeurs obtenues grâce à un modèle de transfert radiatif (HydroLight). En conclusion, ces études réalisées à trois sites contrastés ont permis d'étendre la gamme de mesures et de modélisation optiques pour les écosystèmes lacustres, et de faire progresser notre compréhension des processus qui influencent l'éclairement spectral dans les eaux douces. Ces résultats soulignent la valeur mais aussi les sources d'incertitude associées à l'application de l'optique hydrologique dans les eaux continentales optiquement complexes.

Cette étude visait à décrire l'influence des gradients environnementaux de la zone intertidale sur l'histoire de vie de Littorina saxatilis. Nous avons d'abord identifié les facteurs environnementaux ayant une incidence sur l'histoire de vie et l'abondance de cette espèce. Ensuite, nous avons examiné l'effet des gradients associés aux niveaux de la zone intertidale sur la stratégie d'allocation des ressources. Finalement, le mécanisme d'adaptation impliqué (plasticité phénotypique ou adaptation locale) a été analysé. Les résultats indiquent que l'abondance des ressources alimentaires ainsi que le stress de dessiccation jouent un rôle primordial dans l'évolution de l'histoire de vie chez cette espèce. La force des vagues a également une influence significative, mais sur certains traits seulement. Les populations de différents niveaux de la zone intertidale présentent des stratégies d'allocation des ressources distinctes. Bien que ces stratégies soient durables, il n'a pas été possible d'établir si elles sont le résultat d'adaptation aux conditions locales.

L'objectif de mon étude était de décrire la dynamique des isotopes stables du carbone et de l'azote de la matière organique particulaire sympagique pendant la transition printanière en mer de Beaufort. La biomasse de protistes et la disponibilité en carbone inorganique dissous ont été identifiées comme principaux facteurs de contrôle du signal isotopique du carbone à la base de la glace annuelle. Les signatures isotopiques de l'azote n'ont pu être expliquées à l'aide des variables mesurés. Un apport substantiel de protistes provenant de la glace a été détecté jusqu'à 30 mètres de profondeur à l'aide des isotopes stables du carbone. Cette analyse a également permis de souligner le plus grand potentiel des diatomées sympagiques à être exportées vers le fond marin et celui des cellules flagellés à participer à la biomasse pélagique. Ces derniers ont le potentiel d'ensemencer la colonne d'eau en cellules pouvant participer à la production primaire et d'alimenter le réseau alimentaire pélagique lors d'épisodes de libération de protistes sympagiques.

L'amphipode hypéridé Themisto libellula joue un rôle primordial dans l'écosystème de l'Océan Arctique. Malgré cela, son cycle vital et son écophysiologie n'ont pas été décrits adéquatement. Cette recherche a porté spécifiquement sur le régime alimentaire, le contenu lipidique, l'infection parasitaire et la structure de population de cet amphipode dans le sud-est de la mer de Beaufort durant trois années consécutives (2002-2004). Des études approfondies de l'alimentation à différentes saisons ont révélé que T. libellula est un omnivore. Pendant le printemps et l'été, leurs estomacs contenaient des composés provenant d'algues et de copépodes. En avril, une alimentation cannibale par des femelles sur des individus nouvellement éclos est apparue. L'alimentation était bien reflétée par les analyses de chromatographie en phase gazeuse où les acides gras 20:l(oe-9) et 22:l(co-ll) caractérisaient les proies Calanus et 20:5(co-3) and 22:6(co-3) identifiaient un lien étroit avec le phytoplancton. Parmi différentes classes de lipides, les triacylglycérols (TAG) et les esters cireux (EC) étaient dominants chez les femelles, les mâles, et chez les individus immatures. Des analyses détaillées ont mis en lumière une infection par deux parasites : la nouvellement décrite grégarine Ganymedes themistos sp. n. et un cilié non identifié. 60,2% des intestins de T. libellula étaient infectés par des grégarines et 4,4% des cavités corporelles par des ciliés. Le nombre de G. themistos augmente avec la taille de l'hôte dans la gamme de tailles 8-20 mm des amphipodes analysés. Considérant les trois régions de l'aire d'étude (le talus du plateau du Mackenzie, le plateau du Mackenzie et le golfe d'Amundsen), l'infection la moins sévère était localisée sur le talus (63 ± 100 G. themistos hôte" ). Nous avons conclus qu'il n'y avait pas eu d'effet nocif des grégarines sur l'alimentation et la maturation sexuelle de l'hôte. Par contre, les différences de pourcentage d'infection entre les échantillons de filets et de trappes à sédiments (6% contre 16,3%, respectivement), suggèrent que les ciliés pourraient entrainer de la mortalité chez T. libellula. Il n'y avait pas de différence dans les structures de populations entre les trois régions désignées. La densité d'amphipodes la plus élevée a été observée au printemps (323,4 ind. 100 m"3), due à des juvéniles nouvellement éclos. Il a été conclu que T. libellula peut se reproduire tous les ans et a une durée de vie de plus de deux ans. En hiver, la migration des individus adultes vers des strates plus profondes (100 m) a été observée alors que les immatures restaient plus proches de la surface. Des observations durant le soleil de minuit indiquent qu'une partie de la population migrait vers la couche de surface durant la nuit.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / L'objectif de ce mémoire est de documenter l'influence des feux dans la dynamique des sapinières vierges situées au-dessus de 800 m dans la réserve faunique des Laurentides (RFL). Cette région de 1 800 km² se situe au nord de la ville de Québec et appartient au domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc. L'abondance du sapin baumier et les fortes précipitations suggèrent que les forêts d'altitude de la RFL sont peu influencées par les feux. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons entrepris une étude comprenant deux volets complémentaires. Le premier explore la dynamique forestière récente (300 dernières années), alors que le second vise à reconstituer l'historique à long terme des feux (dynamique holocène). Dans le premier chapitre, une approche écologique basée sur la composition forestière, la structure de taille des arbres et l'âge des peuplements actuels a été utilisée afin de définir la dynamique récente des sapinières à bouleau blanc d'altitude. Des peuplements (n = 16) appartenant à 6 types forestiers, caractérisés par la présence ou l'absence de charbon de bois de surface et correspondant à une chronoséquence, ont été échantillonnés, puis analysés. La dynamique forestière montre le passage graduel de la bétulaie à bouleau blanc à la sapinière à épinettes en fonction du temps écoulé depuis le dernier feu. La répartition des feux récents à l'origine de cette chronoséquence (1815 et 1878) a été faite à l'aide des charbons de bois de surface. Cette spatialisation montre, qu'au cours des 250 dernières années, près de la moitié de la région d'étude a brûlé. Les feux ont donc joué un rôle important dans la dynamique récente de ces sapinières. Dans le second chapitre, une approche paléoécologique, basée sur l'analyse macrofossile des charbons de bois du sol minéral, a été employée afin de reconstituer l'historique à long terme des feux (histoire holocène). Cet historique s'est avéré le même, peu importe le type forestier actuel et son emplacement sur le territoire. Trois périodes, marquées par un régime de feu et des paysages forestiers distincts, ont été identifiées: 1) de 9600 à 4500 ans, les feux ont été importants, 2) de 4500 à 250 ans, les feux ont été pratiquement absents et 3) les deux cents dernières années ont été marquées par des feux dont la plupart sont probablement d'origine anthropique. On estime que l'état d'équilibre des paysages forestiers se caractérise par une dynamique associée à une récurrence d'épidémies d'insectes. En définitive, la reconstitution des feux récents et des feux historiques s'est avérée indispensable pour cerner leur rôle écologique dans la dynamique des paysages forestiers des sapinières d'altitude. Dans le contexte de la mise en oeuvre de l'aménagement écosystémique, ce mémoire présente une méthode et des résultats originaux permettant de décrire le paysage actuel et de le caractériser en fonction de son histoire holocène. Ces deux éléments définissent la variabilité naturelle des sapinières à bouleau blanc d'altitude de la RFL.