La spéciation implique l’établissement de barrières à la reproduction entre les espèces en formation. Bien que leurs bases moléculaires soient identifiées, l’émergence de ces barrières dans le temps et la manière dont elles se propagent à l'intérieur des populations reste peu connue. Les objectifs de cette étude sont i) de déterminer la présence de Saccharomyces paradoxus au Québec ii) de déterminer le niveau d’isolement reproducteur post-zygotique entre les lignées américaines de S. paradoxus et iii) de le corréler avec la divergence génétique et les réarrangements chromosomiques. Nous avons échantillonné divers substrats au Québec afin d’isoler S. paradoxus. L’identification des levures au niveau de l’espèce s’est fait à l’aide des séquences ITS. En laboratoire nous avons vérifié le caryotype des souches de S. paradoxus par PFGE, procédé à des croisements entre les lignées et estimé l’isolement reproducteur à l’aide de la survie des spores hybrides. Notre étude confirme la présence des lignées américaines de S. paradoxus au Québec. Un isolement reproducteur est présent entre et à l’intérieur de ces lignées. La variation au niveau des profils chromosomiques à l’intérieur des lignées est corrélée avec l’isolement reproducteur. Nos résultats suggèrent que la variation au niveau des réarrangements chromosomiques ségrégerait au sein des populations et jouerait un rôle dans l’initiation de l’isolement reproducteur. / Speciation involves the emergence of reproductive barriers between the incipient species. Although the molecular bases of these barriers have been identified, we lack knowledge about the timing of their emergence and their propagation through populations. The objectives of this project are i) to look for the presence of S. paradoxus in the province of Québec, ii) to determine the level of post-zygotic reproductive isolation between the American lineages of S. paradoxus and iii) to correlate this reproductive isolation with genetic divergence and chromosomal rearrangements. We sampled different substrates through the Province of Québec to isolate S. paradoxus. Yeasts were identified to the species level using ITS sequences. We used a PFGE method to obtain the karyotypes from the S. paradoxus yeast, made experimental crosses and estimated reproductive isolation by counting surviving hybrid spores. Our study confirms the presence of the two S. paradoxus lineages in the province of Québec. We also find that reproductive isolation is not only present between strains of the two lineages but also between strains from the same lineage. A great intra-lineage variation in the chromosomal profiles is correlated with reproductive isolation. Our results suggest that variation of chromosomal rearrangements could segregate between populations and could be involved in the initiation of reproductive isolation.

Les lacs de thermokarst (lacs et étangs peu profonds causés par le dégel du pergélisol) ont été identifiés comme des écosystèmes d'eau douce d’une importance capitale étant donné leur grande abondance dans le Nord circumpolaire et leur production intense des gaz à effet de serre. L'objectif de cette étude de doctorat était de caractériser le plancton autotrophe de ce type du lac, en mettant l'accent sur deux groupes écologiques de cyanobactéries (les espèces responsables des floraisons et les espèces picoplanctoniques), et d’évaluer leur sensibilité potentielle aux changements climatiques. Des lacs de thermokarst ont été échantillonnés dans une multitude de paysages dans le Nord du Québec où les effets des changements climatiques sont présentement observés. La structure des communautés de phytoplancton ainsi que l’influence des variables environnementales sur celles-ci ont été évaluées par plusieurs méthodes dont le profilage vertical de lacs, l’analyse de pigments photosynthétiques par chromatographie liquide à haute performance, l'analyse de picoplancton par cytométrie en flux, l’analyse moléculaire de la structure des communautés de protistes et l'analyse des échantillons d'eau du lac par microscopie inversée. Aussi, un effet direct (réchauffement) ainsi qu’un effet indirect (enrichissement en phosphore) des changements climatiques sur les lacs de thermokarst ont été évalués par une expérience d’incubation. Enfin, l’effet de la température sur la relation trophique herbivores-cyanobactéries a été évalué à l’aide d’un système en laboratoire. Pour ce faire, des clones tempérés et subarctiques de l’espèce de zooplancton clé Daphnia pulex ainsi qu’une souche de picocyanobactéries de haute latitude ont été utilisés. Les résultats indiquent que les lacs de thermokarst, ainsi qu’un ensemble de lacs de référence, contenaient des pigments photosynthétiques diversifiés provenant du plancton autotrophe. Certains pigments indicateurs pour les cyanobactéries et les bactéries photosynthétiques sulfureuses vertes étaient présents. Les indicateurs de l’état trophique d’un lac (les concentrations de chlorophylle a et de phosphore total) ont révélé que les lacs de thermokarst étaient plus eutrophes que les lacs oligotrophes de référence. Les communautés phytoplanctoniques des deux groupes de lacs se composaient de faibles concentrations de cyanobactéries formant des floraisons et de picocyanobactéries, mais dans des proportions très variables de leur biovolume phototrophe total. Les résultats des expériences suggèrent que le réchauffement climatique pourrait, à la fois directement et indirectement, stimuler la croissance et la dominance des cyanobactéries ainsi que de détériorer la qualité du phytoplancton dont le zooplancton se nourrit. Les chrysophytes ont également été stimulés par des températures plus chaudes. Le taux de croissance et la performance des daphnies subarctiques ont diminué avec des températures plus élevées et de la nourriture de moins bonne qualité (les seuils d’alimentation ont augmentés), mais dans une moindre mesure que pour le clone tempéré. Les lacs de thermokarst sont un groupe d’écosystèmes d’eau douce de haute latitude qui sont abondants dans les paysages de fonte du pergélisol et ils se distinguent par quelques caractéristiques limnologiques. Les résultats de cette recherche doctorale démontrent qu’ils contiennent du phytoplancton diversifié en termes de groupes de pigments, de classes de taille et de taxons, et ce malgré la forte atténuation de la lumière par la matière organique dissoute colorée et les particules en suspension, ainsi que par leur caractère fortement hétérotrophe. Les cyanobactéries pourraient devenir plus prédominantes dans les lacs de thermokarst avec les changements climatiques. De plus, l’effet combiné du réchauffement et de l’augmentation des charges en phosphore causeraient des floraisons de cyanobactéries plus fréquentes, ce qui influencerait la diversité du phytoplancton et l’efficacité du réseau alimentaire. / Given their great abundance throughout the circumpolar North, and their intense production of greenhouse gases, thermokarst lakes (shallow lakes and ponds caused by thawing permafrost) have been identified as a globally important class of freshwater ecosystems. The objective of this doctoral study was to characterize the autotrophic plankton of this lake type, with emphasis on two ecological groups of cyanobacteria (bloom-formers and picoplankton) and their responsiveness to climate change. Thermokarst lakes were sampled across a range of landscapes in northern Quebec. Phytoplankton community structure and relationships with environmental variables were assessed with a combination of methods including limnological profiling, pigment analysis by high performance liquid chromatography, picoplankton analysis by flow cytometry, molecular assays of protist community structure, and analysis of lake water samples by inverse microscopy. Additionally, an incubation experiment with thermokarst lake water was performed to evaluate the potential direct (warming) and indirect (phosphorus enrichment) effects of climate change. Finally, a laboratory system was designed and applied to test the effects of temperature on herbivore-cyanobacteria feeding relationships using subarctic and temperate clones of the keystone species Daphnia pulex, and a high latitude strain of picocyanobacteria. The results showed that thermokarst lakes as well as a set of reference rock-basin lakes contained diverse pigments originating from autotrophic plankton, including some pigments specific for cyanobacteria and green photosynthetic sulfur bacteria. Indicators of trophic status (chlorophyll a and total phosphorus concentrations) showed that the thermokarst lakes were more enriched than the oligotrophic reference lakes. The phytoplankton communities of both groups contained low concentrations of bloom-forming cyanobacteria and picocyanobacteria, but in highly variable proportions of their total phototrophic biovolume. The experimental results indicated that climate warming may both directly and indirectly stimulate cyanobacterial growth and dominance, and may cause a decrease in phytoplankton food quality for zooplankton. Chrysophytes were also stimulated by warmer temperatures. The growth rate and performance of the subarctic Daphnia clone was negatively affected by higher temperatures and lower food quality (increased feeding thresholds), but to a lesser extent than the temperate clone. Overall, thermokarst lakes are a class of high latitude freshwater ecosystems that occur in high abundance across thawing permafrost landscapes and that have a number of distinctive limnological properties. Despite the strong attenuation of light by their coloured dissolved organic matter and suspended particles, and their strongly heterotrophic character, the results of this research show that they contain diverse phytoplankton in terms of pigment groups, size classes and taxa. Cyanobacteria may become more prevalent in these waters as a consequence of ongoing climate change. Cyanobacterial blooms are likely to follow the combined effects of warming and increased phosphorus loading, and would in turn affect phytoplankton diversity and the efficiency of food web processes.

Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont des modifications chimiques des protéines qui permettent à la cellule de réguler finement ses fonctions ainsi que de coder et d’intégrer des signaux environnementaux. Les progrès récents en ce qui a trait aux techniques expérimentales et bioinformatiques nous ont permis de determiner les profils de PTM pour des protéomes entiers ainsi que d’identifier les molécules qui sont responsables d’ « écrire » ou d’« effacer » ces PTM. Avec ces donnés, il a été possible de commencer à definir des réseaux de régulation cellulaire par PTM. Ici, nous avons étudié l’évolution de ces réseaux pour mieux comprendre comment ils peuvent contribuer à expliquer la complexité et la diversité des organismes ainsi que pour mieux comprendre leurs mecanismes d’action. Avant tout, nous avons abordé la question de comment les réseaux de régulation des PTM peuvent être recablés après un évenement de duplication des gènes en étudiant comment le réseau de phosphorégulation de la levure bourgeonnante a été récablé après un évenement de duplication complète du génome qui a eu lieu il y a 100 milions d’années. Nos résultats mettent en évidence le rôle de la duplication des gènes comme mécanisme clé pour l’innovation et la complexification des réseaux de régulation par PTM. Par la suite, nous avons abordé la question de comment les PTM peuvent contribuer à la diversité des organismes en comparant les profils de phosphorylation de l’homme et de la souris. Nous avons trouvé des différences substantielles dans les profils de PTM de ces deux espèces qui ont le potentiel d’expliquer, au moins en partie, les différences phénotypiques observées entre eux. Nous avons aussi trouvé des évidences qui supportent l’idée que les PTM peuvent « sauter » vers des nouvelles localisations et quand même réguler les mêmes fonctions biologiques. Ce phénomène doit être pris en considération dans les comparaisons des profils de PTM qui appartiennent à des espèces différentes, pour éviter de surestimer la divergence causée par la régulation par les PTM. Enfin, nous avons investigué comment plusieures PTM alternatives pour un même residu pouvent interagir pour réguler des fonctions cellulaires. Nous avons examiné deux des PTM les plus connus, la phosphorylation et la O-GlcNAcylation, qui modifient les sérines et les thréonines, et nous avons étudié les mécanismes potentiels d’interaction entre ces deux PTM. Nos résultats supportent l’hypothèse que ces deux PTM contrôlent plusieurs fonctions biologiques plutôt qu’une seule fonction. Globalement, les résultats présentés dans cette thèse permettent d’élucider les dynamiques évolutives, les mécanismes de fonctionnement et les implications biologiques des PTM. / Post-translational modifications (PTMs) are chemical modification of proteins that allow the cell to finely tune its functions as well as to encode and integrate environmental signals. The recent advancements in the experimental and bioinformatic techniques have allowed us to determine the PTM profiles of entire proteomes as well as to identify the molecules that write or erase PTMs to/from each protein. This data have made possible to define cellular PTM regulatory networks. Here, we study the evolution of these networks to get new insights about how they may contribute to increase organismal complexity and diversity and to better understand their molecular mechanisms of functioning. We first address the question of how and to which extent a PTM network can be rewired after a gene duplication event, by studying how the budding yeast phosphoregulatory network was rewired after a whole genome duplication event that occurred 100 million years ago. Our results highlight the role of gene duplication as a key mechanism to innovate and complexify PTM regulatory networks. Then, we address the question of how PTM networks may contribute to organismal diversity by comparing the human and mouse phosphorylation profiles. We find that there are substantial differences in the PTM profiles of these two species that have the potential to explain, at least in part, the phenotypic differences observed between them. Moreover, we find evidence supporting the idea that PTMs can jump to new positions during evolution and still regulate the same biological functions. This phenomenon should be taken into account when comparing the PTM profiles of different species, in order to avoid overestimating the divergence in PTM regulation. Finally, we investigate how multiple and alternative PTMs that affect the same residues interact with each other to control proteins functions. We focus on two of the most studied PTMs, protein phosphorylation and O-GlcNAcylation, that affect serine and threonine residues and we study their potential mechanisms of interactions in human and mouse. Our results support the hypothesis that these two PTMs control multiple biological functions rather than a single one. Globally this work provides new findings that elucidate the evolutionary dynamics, the functional mechanisms and the biological implications of PTMs.

Les mares de thermokarst, issues de la fonte du pergélisol, sont très abondantes dans le Nord et émettent des gaz à effet de serre par leur activité biogéochimique intense. Elles contiennent d’abondantes communautés de rotifères dont la diversité et le rôle écologique sont méconnus. Cette étude présente les résultats d’un échantillonnage réalisé dans les mares de thermokarst subarctiques en comparaison avec des plans d’eau sur des bassins rocheux avoisinants. Les analyses ont révélé la présence d’un total de 24 espèces de rotifères. Les rotifères étaient plus abondants dans les mares de thermokarst que dans les bassins rocheux, alors que la diversité n’y était pas différente. Les taux de filtration estimés par des expériences de broutage étaient de moins de 0.05% de la colonne d’eau par jour à l’échelle de la communauté, ce qui implique que les rotifères n’étaient pas limités par la disponibilité de la nourriture dans ces mares. / Thermokarst ponds, which are the result of permafrost thawing and erosion, occur in high abundance throughout the North. These ecosystems play a key role as greenhouse gases emitters due to their intense biogeochemical activity. These ecosystems contain a high abundance of rotifers, but little is known about the diversity and ecological role of these microzooplankton in thermokarst waters. In the present study, sampling was conducted in subarctic thermokarst ponds (Nunavik, Canada), and compared with nearby rock-based lakes. The analyses revealed a total of 24 rotifer species. The abundance of rotifers was higher in thermokarst waters than in the rock-based lakes, while diversity was not significantly different. Grazing experiments gave estimates of total community clearance rates of < 0.05% of the water column per day, implying that picoplankton growth rates would readily keep pace with this grazing pressure, and that rotifer populations are unlikely to be bottom-up limited by food availability.

L’étude de la plasticité comportementale s’attarde aux réponses physiologiques et comportementales des individus face aux contraintes de leur environnement. Les changements climatiques modifient les conditions du milieu et ont le potentiel d’influencer les composantes biodémographiques des individus. L’étude des liens mécanistiques entre le comportement animal et les conditions du milieu est donc utile à la compréhension des impacts potentiels des changements climatiques sur les individus. Le premier volet de ma thèse s’attarde aux liens entre les conditions du milieu, le comportement d’hibernation et la sélection de tanière de l’ours grizzli, une espèce menacée en Alberta. Ce volet révèle que l’abondance de nourriture à l’automne ainsi que le statut reproducteur des individus sont liés aux variations observées dans les dates d’entrée en tanière tandis que les conditions météorologiques à large échelle et le statut reproducteur des individus expliquent bien les dates de sorties de tanières. Ce volet démontre aussi que les caractéristiques physiques des tanières ne diffèrent pas entre les sexes et que pour creuser leurs tanières, les mâles et les femelles sélectionnent des attributs du paysage similaire. À large échelle, l’ours grizzli évite les zones humides et choisi des peuplements de conifères en haute altitude associés à une grande disponibilité de nourriture de haute qualité au printemps. À l’échelle du domaine vital et à l’échelle locale, l’ours grizzli choisi des peuplements de conifères associés à un fort couvert latéral et vertical, à une faible disponibilité de nourriture de haute qualité à l’automne, à une forte abondance d’Hedysarum spp. ainsi qu’à une faible densité de routes. Le second volet s’attarde à la sélection de l’habitat et à la thermorégulation durant la période active et mets en évidence les contraintes thermiques associées à une augmentation de la température ambiante sur les patrons de sélection de l’habitat. La sélection de l’habitat de l’ours grizzli selon les saisons et durant la journée dépendait de la température ambiante et ce, davantage pour les mâles que pour les femelles. Plus la température ambiante était élevée, plus la sélection de peuplements ouverts qui abondent en nourriture de haute qualité augmentait durant les périodes les plus fraîches de la journée et plus la sélection de ces mêmes peuplements diminuait durant les périodes les plus chaudes de la journée. Ma thèse approfondie les connaissances concernant les facteurs intrinsèques et extrinsèques influençant le comportement d’hibernation et met en évidence l’influence de la thermorégulation sur la sélection de l’habitat chez l’ours. Mes résultats contribuent à une meilleure compréhension des facteurs déterminant la distribution des individus et améliore notre capacité à prédire l’effet des changements climatiques globaux sur les grands mammifères. / The study of behavioural plasticity aims at understanding the physiological and behavioural responses of individuals to limiting factors. Climate change has the potential to influence the life history of individuals by altering environmental conditions. Thus, studying the mechanistic links between animal behaviour and environmental conditions is necessary to understand the potential impacts of climate change on individuals. The first part of my thesis focuses on the links between environmental conditions, hibernation behaviour, and habitat selection of grizzly bears, a threatened species in Alberta, Canada. The phenology of den entry and exit was driven by sex and reproductive status, food availability in autumn, winter precipitation, and spring temperature. There was no difference in the dimensions and characteristics of dens excavated by male and female grizzly bears, and males and females selected similar landscape attributes to dig their dens. At the broadest scale investigated, grizzly bears avoided wetlands and selected high-elevation dry conifer stands with abundant high-quality spring foods. At the home-range scale and within the den vicinity, grizzly bears selected dense conifer stands associated with little high-quality autumn food and abundant Hedysarum spp. in areas with low road densities. The second part of my thesis focuses on the links between habitat selection and thermoregulation during the active season, and highlights the thermal constraints associated with increasing ambient temperatures on habitat selection patterns. Grizzly bear habitat selection followed a daily and seasonal pattern that was influenced by ambient temperature, with adult males showing a stronger response than females to warm temperatures. With increasing ambient temperatures, male and female grizzly bears increased their selection for open stands with abundant food resources during the coolest periods of the day, and concurrently decreased their selection for these open stands during the warmest periods of the day. My thesis increases our understanding of the role of intrinsic and extrinsic factors on hibernation behaviour, habitat selection, and thermoregulation constraints of grizzly bears. Ultimately, my results enhance our understanding of the factors regulating the distribution of individuals in time and space; improving our ability to predict the potential impacts of climate change on large mammals.

La plasticité digestive est reconnue comme un trait adaptatif permettant aux individus de faire face à des variations de la qualité nutritive des ressources alimentaires. Nous avons comparé la morphologie digestive et la digestibilité du brout ligneux des cerfs de Virginie introduits à l’île d’Anticosti avec celle des cerfs de la population continentale source. Plusieurs traits de la morphologie digestive se sont avérés être plus grands chez le cerf à l’île d’Anticosti que chez le cerf continental. Toutefois, peu de différences ont été détectées au niveau de la digestibilité entre les deux populations. La plasticité digestive, particulièrement au niveau du rumen-réticulum, semble impliquée dans la réponse digestive du cerf face aux conditions alimentaires sous-optimales de l’île d’Anticosti et contribue probablement à améliorer son efficacité digestive. / Digestive plasticity is recognized as an adaptive trait that enables individuals to cope with variations in the quality of food resources. We compared the digestive morphology and the digestibility of woody browse of introduced deer from Anticosti Island and deer from the mainland source population. Several measurements of the digestive organs of deer from Anticosti Island were larger compared to the continental deer. However, no clear differences were detected in plant digestibility between the two populations. Digestive plasticity, especially at the rumen-reticulum scale, appears to play a central role in the digestive response to low-quality food conditions faced by deer on Anticosti Island and probably contributes to improve digestive efficiency.

Les oiseaux en mue font face à des contraintes temporelles et environnementales, surtout chez certains Anatidae parce qu’ils muent toutes leurs plumes de vol simultanément durant le court été arctique. Nous avons examiné comment ces contraintes influencent la phénologie de la mue de la grande oie des neiges ainsi que le rôle des hormones et des facteurs environnementaux dans le contrôle de la mue et de la qualité des plumes. Nous avons utilisé une base de données de plus de 20 ans afin d’examiner l’effet des conditions environnementales et de la reproduction sur la phénologie de la mue, et des hormones thyroïdiennes (T3) et de stress et de la condition physique des individus durant deux ans afin de voir leurs effets sur le déroulement de la mue et la qualité des plumes. Nos résultats mettent en évidence une plasticité phénotypique basée sur un ajustement de la vitesse de croissance des plumes plutôt que sur un avancement de la date de début de la mue lors d’années tardives. Une baisse de la vitesse de croissance des plumes vers la fin de la mue pourrait s’expliquer par une chute de T3 à ce moment. Nous montrons par ailleurs que l’intensité de la mue et la condition corporelle sont réduits par des niveaux élevées d’hormones de stress. Toutefois, la rigidité flexionnelle des plumes, un indice de leur qualité, n’était pas affectée par la condition physique ou le niveau d’hormone de stress des individus. La plasticité phénotypique de la mue permettrait d’achever le renouvellement des plumes de vol avant la fin du court été arctique, indépendamment de la phénologie de la reproduction et des conditions environnementales printanières, tout en maintenant un niveau élevé de qualité des plumes. / Molting birds are facing temporal and environmental constraints, especially in some Anatidae because they renew all their flight feathers simultaneously during the short Arctic summer. We examined how these constraints could influence the molt phenology of greater snow geese and we explored the role of hormones and environmental factors in controlling molt and feather quality. We used a 20+ year database to examine the effects of environmental conditions and reproduction on molt phenology and we measured thyroid (T3) and stress hormones and body condition of individuals for two years to examine their effects on molt and feather quality. Our results show phenotypic plasticity based on an adjustment of feather growth speed rather than on advancement of the molt initiation date during late years. A decline in feather growth rate at the end of molt could be explained by a drop in T3 at this time. We also show that high levels of stress hormones could reduce molt intensity and body condition. However, the bending stiffness of feathers, an index of their quality, was not affected by body condition or stress hormone level. The phenotypic plasticity of molt allows a complete renewal of flight feathers before the end of the short arctic summer, regardless of reproductive phenology and spring environmental conditions, while maintaining a high level of quality for feathers.

Malgré leur abondance, leur diversité et leur importance pour la production primaire et l'écosystème marin arctique, la diversité génétique des microbes marins eucaryotes arctiques reste relativement inconnue. De récentes études moléculaires ont montré que les espèces florissantes dans l'Arctique sont phylogénétiquement divergentes des espèces de protistes marins non-polaires. Pour mieux à comprendre l'histoire évolutive et la diversité des espèces dans l'océan Arctique, cinq cultures de microalgues arctiques (un pélagophyte, un dictyochophyte, un chrysophyte, un cryptophyte et un haptophyte) ont été cultivées sous différentes conditions pour générer des transcriptomes de ces cinq espèces et produire une ébauche du génome du pélagophyte. L'analyse des données de transcriptomique et de génomique du pélagophyte ont démontré sa capacité génétique à utiliser l'azote organique et son aptitude à vivre sous de faibles conditions de lumière, de façon similaire à un pélagophyte formant des floraisons dans des régions tempérées. Une analyse phylogénétique de gènes spécifiques à la physiologie photosynthétique et non-photosynthétique a donné un aperçu de l'histoire évolutive du pélagophyte et des quatre autres protistes marins arctiques. / Despite their abundance, diversity, importance to primary production and the Arctic marine ecosystem, the genetic diversity of Arctic marine microbial eukaryotes remains relatively unknown. Recent molecular studies have shown that the species thriving in the Arctic are phylogenetically divergent from non-polar species of marine protists. To begin to understand the evolutionary history and genetic diversity of species from the Arctic Ocean, five Arctic microalgae isolates (a pelagophyte, dictyochophyte, chrysophyte, cryptophyte and haptophyte) were grown under a variety of conditions to generate transcriptomes of all five species and a draft genome of the pelagophyte. Analysis of the transcriptomic and genomic data of the pelagophyte revealed the genetic capacity to use organic nitrogen and live under low light conditions, similar to a temperate bloom-forming pelagophyte. A phylogenetic analysis of genes specific to both photosynthetic and non-photosynthetic physiology provided insight into the evolutionary history of the pelagophyte and the other four Arctic marine protists.

L’océan Arctique subit actuellement des modifications majeures et abruptes dans ces compartiments atmosphériques et océaniques reliées au changement climatique. Les premières conséquences écologiques à la perte de la glace de mer sont indéniables, telles qu’une augmentation globale de la production primaire (PP) annuelle à travers l’Arctique. Cependant, dans certaines régions, des études suggèrent plutôt une perte de productivité en réponse à une intensification locale de la stratification verticale. La réponse des communautés arctiques phytoplanctoniques au changement climatique reste toujours une question d’actualité complexe et incertaine, ayant de potentiels impacts sur l’ensemble des niveaux trophiques des écosystèmes marins. L’objectif premier de cette thèse se concentre sur cette problématique, avec une emphase particulière sur la biogéographie, la phénologie (c.-à-d., l’étude des cycles biologiques récurrents annuels) et la productivité des communautés phytoplanctoniques arctiques. Plus spécifiquement, cette étude s’appuie sur deux approches de recherche complémentaires : (1) la compilation et l’analyse de bases de données historiques traitant de la répartition verticale et spatiale, de la productivité et de l’écologie du phytoplancton arctique, et de (2) l’utilisation de la télédétection pour décrire la biogéographie, la phénologie et les changements en cours au niveau des communautés phytoplanctoniques arctiques. Basée sur une compilation inédite de profils verticaux de chlorophylle a (chl a; c.-à-d., 5206 stations), nous avons documenté la variabilité spatio-temporelle de la répartition verticale du phytoplancton et des différents régimes de productivité (de régions oligotrophes à eutrophes) pour l’ensemble de l’océan Arctique. Un modèle empirique a également pu être développé prédisant la répartition verticale de la chl a basée sur les valeurs de chl a de surface en fonction des saisons et des provinces biogéographiques de l’océan Arctique. Ce modèle nous a permis d’améliorer les estimations satellitales de la PP, mais aussi de mieux comprendre l’écologie et la phénologie des communautés phytoplanctoniques. Un intérêt particulier s’est porté sur les mécanismes de formation et de maintien des maxima de chlorophylle de subsurface (MCS) et de leur contribution à la PP annuelle. Par leur position verticale dictée par les profondeurs combinées de la nitracline et des masses d’eaux atlantiques (dans l’Arctique de l’Est) et pacifiques (dans l’Arctique de l’Ouest), ces MCSs contribuent significativement à la PP principalement dans les régions oligotrophes et lors des périodes de post-floraison. Dans un second temps, l’utilisation de la télédétection nous a révélé une conséquence inattendue du recul de la glace de mer en Arctique au niveau de la phénologie du phytoplancton arctique. Les régions qui avaient une seule floraison annuelle il y a seulement une dizaine d’années, développent maintenant une deuxième floraison à l’automne. Cette nouvelle floraison, qui coïncide avec le retard de la prise des glaces et à l’exposition accrue de la surface de l’océan aux vents automnaux, implique que l’océan Arctique pourrait passer d’un mode polaire à un mode boréal. Des scénarios biogéographiques du devenir de la PP annuelle, étroitement liés à la phénologie, peuvent ainsi être définis en réponse au retrait du couvert de glace de mer. Ces prédictions nous aideront à mieux appréhender de possibles changements au niveau des communautés phytoplanctoniques, pouvant engendrer par la suite des répercussions sur le cycle du carbone et les écosystèmes marins arctiques. / The Arctic Ocean is currently experiencing major and abrupt changes in its atmospheric and oceanic compartments due to climate change. The first emerging ecological consequences to the loss of sea ice are undeniable, such as increasing annual primary production (PP) globally in the Arctic Ocean. However, in some areas, studies suggest a decrease in productivity in response to a local intensification of the vertical stratification of the upper water column. The response of phytoplankton communities to climate change remains complex and difficult to predict, with potential dramatic impacts extending through all trophic levels of marine ecosystems. The primary objective of this thesis explores this fundamental question, with a particular emphasis on biogeography, phenology (i.e., the study of annual recurring biological cycles) and productivity of Arctic phytoplankton communities. More specifically, this study is based on two complementary research approaches: (1) the compilation and analysis of historical databases covering the vertical and spatial distribution, productivity and ecology of Arctic phytoplankton, and (2) the use of remote sensing data describing the biogeography, phenology and ongoing changes in Arctic phytoplankton communities. Based on a unique compilation of vertical profiles of chlorophyll a (chl a; i.e., 5206 stations), we documented the spatio-temporal variability of the vertical distribution of phytoplankton and the range of productivity regimes (from oligotrophic to eutrophic regions) across the Arctic Ocean. An empirical model has also been developed to predict the vertical distribution of chl a based on surface chl a values depending on season and the province of the Arctic Ocean. The benefits of this model allow us to improve satellite-derived PP estimates and improve our understanding of the ecology and phenology of phytoplankton communities. Particular attention has been focused on the mechanisms of formation and maintenance of subsurface chlorophyll maximum (SCM) and their contribution to annual PP. On account of their vertical position, dictated by the depths of both the nitracline and Atlantic (in the Eastern Arctic) and Pacific (in the Western Arctic) waters, these SCMs appear important to PP, particularly in oligotrophic regions and during post-bloom periods. In a second step, the use of remote sensing could reveal an unexpected consequence of Arctic ice loss on Arctic phytoplankton. Regions that experienced a single annual bloom only a decade ago now develop a second bloom in the fall. This new bloom, which coincides with delayed freeze-up and increasing exposure of the sea surface to winds in the fall, implies that the Arctic Ocean may be shifting from a polar to a temperate mode. Biogeographic scenarios for the future of the annual PP, which is closely related to phenology, can thus be defined in response to the current receding sea-ice cover. These predictions will allow us to better anticipate the possible changes in phytoplankton productivity and community structure and the potential cascading repercussions on the carbon cycle and marine Arctic ecosystems.

Les études comparatives réalisées selon un large éventail spatio-temporel sont fort utiles pour améliorer notre compréhension de l’état de santé des populations d'animaux sauvages. Ce mémoire vise à étudier le parasitisme chez le caribou migrateur (Rangifer tarandus) en Amérique du Nord et au Groenland. Un total de 1507 caribous a été échantillonné à travers douze troupeaux pour sept de leurs principaux macroparasites. L’intensité de Hypoderma tarandi augmentait avec l’âge chez les mâles alors que le contraire a été observé chez les femelles. La prévalence de Fascioloides magna, Taenia hydatigena et Cephenemyia trompe était plus élevée chez les adultes que chez les jeunes. La prévalence et l’intensité de F. magna et la prévalence de T. hydatigena étaient plus élevées lorsque la taille des troupeaux de caribous était élevée. Cette recherche fournit la première étude comparative de ces parasites helminthes et arthropodes chez le caribou migrateur à large échelle spatio-temporelle. / Comparative studies across time and geographical regions are useful to improve our understanding of the health of wildlife populations. Our goal was to study parasitism in migratory caribou (Rangifer tarandus) of North America and Greenland. A total of 1507 caribou were sampled across twelve herds to assess seven of their main macroparasites. Intensity of Hypoderma tarandi increased with age for males while the opposite was observed in females. Prevalence of Fascioloides magna, Taenia hydatigena, and Cephenemyia trompe was higher in adults than in calves. Prevalence and intensity of F. magna and prevalence of T. hydatigena were higher at high caribou herd sizes than at low herd sizes. Our research provides the first comparative survey of these helminth and arthropod parasites of caribou across a broad spatial-temporal range.