En milieu naturel, les organismes doivent s’adapter à un environnement lumineux changeant (alternance jour/nuit, couverture nuageuse, habitat, saison, etc.). L'utilisation croissante de longueurs d'ondes spécifiques impliquant des diodes électroluminescentes (DELs) en serres permet de surmonter le manque de lumière pendant les mois d'hiver, en aidant la photosynthèse ou la croissance végétative des cultures. Cependant, la modification de l'environnement lumineux ainsi que de la photopériode peut également modifier directement ou indirectement l'activité des insectes utiles et des insectes nuisibles qui dépendent des plantes. Dans mon étude, nous avons étudié comment une guêpe parasitoïde fait face aux variations du spectre d'éclairement et à quel point la vision des couleurs est importante dans la localisation et la reconnaissance de son hôte. Notre modèle d’étude s’est porté sur la guêpe parasitoïde Aphidius ervi qui attaque principalement le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Les pucerons du pois présentent un polymorphisme de couleur et apparaissent au sein d’une même population sous la forme de morphes roses et de morphes verts. En utilisant un montage basé sur des DELs de 5 longueurs d’ondes différentes (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), nous avons créé différents spectres lumineux artificiels que les parasitoïdes et leurs hôtes peuvent rencontrer dans l’environnement naturel tels que l’ombre des feuilles ou le soleil direct. Ce design nous a permis d’étudier le comportement des insectes face à un environnement lumineux changeant et totalement contrôlable en intensité lumineuse et en composition spectrale, dans un contexte d'activité locomotrice et de parasitisme. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que la probabilité que les pucerons se déplacent dépendait de l’interaction entre l’environnement lumineux, le stade de développement et la variation clonale. Nous avons montré que la probabilité que les parasitoïdes soient actifs diminuait avec l’augmentation des longueurs d’onde. Les mâles étaient plus actifs que les femelles sous toutes les conditions lumineuses monochromatiques testées. Bien que la quantité de lumière réfléchie des morphes roses fût d’environ la moitié de celle des morphes verts dans les composantes cyanvert, nous avons constaté que les deux couleurs d’hôtes ont été reconnues et attaquées dans toutes les conditions d'éclairage testées, même la lumière rouge (660 nm). Enfin, en appliquant 4 ratios de DELs rouges (R): bleues (B) utilisées pour allonger la photopériode à l'intérieur d'une chambre de croissance, nous avons montré que l’allongement de la photophase (de 8h à 16 h de lumière/jour) augmentait l'activité parasitaire quotidienne de la guêpe ainsi que son comportement en matière de ponte. Enfin, les adultes parasitoïdes nouvellement émergés étaient composés de 80 % de mâles en lumière 100R: 0B contre 50 % sous le ratio 25R: 75B. Cette étude indique qu'A. ervi reste un bon agent de lutte biologique lorsque l'environnement lumineux est modifié. Elle est aussi la première à montrer que le ratio de lumière R: B a un impact sur l’allocation des sexes chez ce parasitoïde. Nous pensons que l’utilisation de la lumière rouge seule pour prolonger la photophase peut avoir un effet négatif sur la dynamique des populations de ces parasitoïdes en raison de son impact défavorable sur le sex-ratio en favorisant les mâles, et donc un effet négatif sur le contrôle des populations de pucerons en milieu confiné. / In nature, organisms must adapt to a changing light environment (day / night alternation, cloud cover, habitat, season, etc.). The increasing use of specific wavelengths involving light emitting diodes (LEDs) in greenhouses overcomes the lack of light during winter months, helping photosynthesis or vegetative growth of crops. However, changing light environment as well as photoperiod can also directly or indirectly modify the activity of beneficial insects and plant-related pests. In my study, we investigated how a parasitoid wasp deals with variations in the light environment and how important color vision is in locating and recognizing its host. Our study model focused on the parasitoid wasp Aphidius ervi which mainly attacks the pea aphid Acyrthosiphon pisum. Pea aphids have a color polymorphism and appear within a same population under pink morphs and green morphs. Using a design based on LEDs of 5 different wavelengths (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), we have created different artificial light spectra that parasitoids and their hosts can encounter in natural environment such as leaf-shade or direct sunlight. This design allowed us to study the behavior of insects in a changing light environment that is totally controllable in light intensity and spectral composition, in a context of locomotor activity and parasitism. Overall, the results suggest that the probability of aphids walking depended on the interaction between the light environment, the stage of development, and clonal variation. We have shown that the probability of parasitoids walking decreased with increasing wavelengths, and that males were more active than females under all monochromatic light conditions tested. Although the amount of light reflected from the pink morphs was about half that of the green morphs in the cyan-green components, we found that both host colors were recognized and attacked under all light conditions tested, even red light (660 nm). Finally, by applying 4 ratios of red (R): blue (B) LEDs used to extend the photoperiod inside a growth chamber, we have shown that the photophase elongation (from 8h to 16h of light/day) increased the daily parasitic activity of the wasp and its oviposition behavior. Finally, the newly emerged parasitoid adults were composed of 80% males in light 100R: 0B against 50% under the ratio 25R: 75B. This study indicates that A. ervi remains a good biological control agent under different light environments. This study is also the first to show that the R: B light ratio has an impact on the decision-making of females regarding the sex of their offspring. We believe that the use of red light alone to extend the photophase may have a negative effect on the population dynamics of these parasitoids because of its adverse impact on sex ratio by favoring males, and thus a negative effect on control of aphid populations in confined environment.

Comprendre et prédire les conséquences des outils de gestion des populations de poissons exploités par la pêche sportive est un des grands défis de la science de la conservation. Particulièrement, il subsiste une grande incertitude quant aux impacts de l’ensemencement. Bien qu’étant un outil généralement efficace, les ensemencements peuvent engendrer un grand bouleversement pour les populations qui y sont soumises, menaçant d’entraver leur productivité et leur persistance. Le touladi (Salvelinus namaycush) est un salmonidé d’eau douce nord-américain dont l’exploitation par la pêche sportive est fortement soutenue par l’ensemencement. L’objectif principal des travaux de cette thèse était d’identifier les impacts écologiques et génomiques de l’ensemencement de soutien chez cette espèce. Pour ce faire, nous avons exploré ces impacts potentiels dans trois grands aspects de l’écologie du touladi ; (1) la croissance et la condition (2) la niche trophique et (3) l’utilisation des habitats thermiques. Ces approches nous ont permis d’identifier l’écotype (planctophage ou ichtyophage) des populations sources et cibles de l’ensemencement comme un facteur déterminant des conséquences à court et moyen terme. Spécifiquement, nos analyses ont montré l’émergence de régimes de croissance divergents chez les populations planctophages ensemencées, certains individus ensemencés démontrant une grande taille, malgré l’habitat peu productif. La proportion individuelle des allèles exogènes chez ces touladis était corrélée à un indice de condition plus faible, suggérant une dépression hybride. L’analyse des ratios isotopes stables de carbone (δ13C) et d’azote (δ15N) a montré une potentielle partition de la niche trophique au sein des populations d’écotype planctophage. Les individus locaux semblent être déplacés, probablement par exclusion compétitive, vers une niche pélagique profonde atypique pour ces populations. Finalement, la thermométrie des carbonates biogéniques, par l’analyse des ratios des isotopes stables d’oxygène (δ18O) de l’otolithe, a montré une utilisation différentielle des habitats thermiques dans les populations planctophages ensemencées. Les touladis ensemencés utilisant des habitats généralement plus chauds que les hybrides et les locaux. Ces résultats ont souligné l’importance que les particularités inhérentes aux populations sauvages doivent prendre dans la planification des mesures de gestion. L’ignorance de ces traits et des adaptations locales des populations les met à risque de voir leur productivité et leur survie décliner. / Understanding and predicting management consequences on exploited fish stocks represents one of the major challenges of conservation science. There are still considerable uncertainties about the impacts of supplementation stockings on wild populations. Although generally efficient, supplementation can represent a major disturbance for populations, threatening to hinder their productivity and sustainability. Lake Trout (Salvelinus namaycush) is a North American freshwater salmonid whose exploitation by angling is strongly supported by stocking. The main objective of this thesis was to identify the ecological and genomic impacts of supplementation stockings on Lake Trout. To do this, we explored the impacts in three major domains of lake trout ecology; (1) growth and condition (2) trophic niche and (3) use of thermal habitats. These approaches allowed us to identify ecotypes (planktivorous or piscivorous) of the stocking source and target populations as a factor determining magnitude of short- and medium-term consequences. Specifically, our analyzes showed emergence of two divergent growth regimes in stocked planktivorous populations, with around 20 % of stocked individuals showing larger body size despite unsuitable habitat. The proportion of exogenous alleles of hybrid individuals correlated with a lower condition index, suggesting outbreeding depression. The analysis of stable isotope ratios of carbon (δ 13C) and nitrogen (δ15N) suggest a partition of niche for planktivorous stocked populations. Local individuals were displaced, probably by competitive exclusion, to a profundal/pelagic niche, atypical for these populations. Finally, biogenic carbonate thermometry, by analysis of otolith oxygen stable isotope ratios (δ18O), showed differential use of thermal habitats within stocked planktivorous populations. Stocked Lake Trout were using warmer habitats than hybrids and local individuals. These results underscored the importance of the inherent particularities of wild populations in the planning of management measures. Ignorance of these specific traits, and local adaptations, puts supplemented population at risk of declining productivity and survival.

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.

"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.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020. / L’hybridation a souvent été considérée comme impossible ou encore comme un faux pas de la part des espèces, donnant naissance à de soi-disant culs-de-sac évolutifs. Les observations de lignées hybrides et l’accumulation de données génomique nous ont permis de comprendre que plusieurs organismes participent à des événements d’hybridation. On reconnaît aujourd’hui l’hybridation comme un mécanisme puissant de génération de nouvelles lignées. Cependant, la contribution de l’hybridation au processus de spéciation est une des questions qui reste en suspens. Quelques exemples de spéciation par hybridation ont été décrits chez les plantes et les animaux, mais peu de données à ce sujet ont été récoltées chez les microorganismes sexués. Les exemples chez les microorganismes se limitent à des organismes ayant un lien intime avec les activités humaines (pathogènes ou ferments). Le manque de données sur les populations naturelles de microorganismes pourrait laisser croire que leurs hybrides sont peu compétitifs ou encore infertiles, menant à leur extinction dans l’environnement. Au cours des travaux effectué dans le cadre cette thèse, nous avons utilisé une approche de génomique des populations sur une collection de souches naturelles de la levure Saccharomyces paradoxus. La biogéographie de cette espèce suggère que les deux lignées indigènes de l’Amérique du Nord sont en cours de spéciation. Nos analyses ont révélé une lignée auparavant cryptique qui est le résultat d’un évènement de spéciation par hybridation entre ces deux espèces naissantes. À l’aide de ce système d’étude, nous avons exploré en laboratoire deux aspects de l’hybridation. Premièrement, nous avons comparé la croissance d'hybrides à celle de leurs lignées parentales dans plusieurs environnements à la recherche d’une performance diminuée des hybrides qui pourrait expliquer leur rareté dans leur environnement naturel. Cette approche nous a permis de montrer que les hybrides de souches naturelles ont souvent des phénotypes supérieurs à ceux des parents. En second lieu, nous avons utilisé une méthode d’évolution expérimentale pour suivre la dynamique de la fertilité après l’hybridation. Les résultats obtenus suggèrent qu’après l’hybridation, les hybrides infertiles peuvent redevenir fertiles rapidement à la suite d’évènements spontanés de duplication du génome. Les résultats présentés dans cette thèse contribuent à l’amélioration des connaissances à propos de la contribution de l'hybridation à la formation de nouvelles espèces, particulièrement chez les organismes unicellulaires. De plus, les souches génétiquement modifiées et évoluées disponibles pourront être utilisées dans le cadre de futures recherches à propos d’autres aspects de l’écologie et de l’évolution des hybrides. / Hybridization was often considered as impossible or as a blunder for species, as it gave birth to so-called evolutionary dead ends. The observations of hybrid lineages and the accumulation of genomic data lead to the realization that hybridization is rather common in multiple organisms. Hybridization is now recognized as a powerful mechanism for the generation of new lineages. One of the questions still pending is about the contribution of hybridization to the speciation process. The few examples of hybrid speciation remain limited to plants and animals. Little data is available for sexual microorganisms which could lead to the belief that their hybrids are poor competitors or suffer from infertility, leading to their extinction in the environment. In the course of this thesis, we used a population genomics approach on a collection of natural isolates of the yeast Saccharomyces paradoxus. The biogeography of this species suggests that the two indigenous lineages found in North America are nascent species. Our analyses revealed a precedently cryptic lineage which rose from the hybridization of the two incipient species. Using this study system in the laboratory, we explored two aspects of hybridization. We first compared the growth of hybrids to their parents’ in multiple environments in search of decreased hybrid performance which could explain their rarity in the natural environment. This approach allowed us to show that hybrids between natural strains often show superior phenotypes when compared to their parents. We then used experimental evolution to follow the dynamics of fertility following hybridization. Our results suggest that initially infertile hybrids can rapidly become fertile again following spontaneaous genome duplication events. The results presented in this thesis contribute to a better understanding of how hybridization can shape the formation of new species, particularly in microorganisms. Also, the genetically modified and evolved strains available can be used in future studies about the ecology and evolution of hybrids.

Une diminution de l’étendue du couvert de glace et de neige au printemps a été observée en Arctique. Il est attendu que ceci affectera la phénologie des floraisons printanières, de même que la succession des groupes et espèces parmi les producteurs primaires. Les principaux objectifs étaient (i) de caractériser les communautés d’algues de glace et de phytoplancton et (ii) d’identifier les principaux forçages environnementaux associés à la succession des principaux groupes taxonomiques d’algues unicellulaires pendant une floraison printanière en baie de Baffin en 2015 et en 2016. Avec des mesures de variables environnementales à haute résolution temporelle et utilisant un cytomètre en flux imageur submersible (Imaging FlowCytobot) pour l’identification et le décompte des algues (<150 μm), nous avons évalué le rôle de la lumière et de la disponibilité en nutriments dans le contrôle des floraisons printanières d’algues unicellulaires. Les diatomées pennées représentaient principalement les communautés sympagiques. Les communautés phytoplanctoniques étaient initialement semblables à celles observées dans la glace, suggérant un possible ensemencement des floraisons phytoplanctoniques par les algues de glace. Une augmentation de l’intensité lumineuse, principalement causée par la fonte de la neige et l’apparition de cuvettes d’eau de fonte, semble avoir favorisé les diatomées centriques, ces dernières dominant les communautés pélagiques pendant les floraisons phytoplanctoniques des deux années. La disponibilité en lumière semble être le forçage principal limitant le déclenchement des floraisons sympagiques et pélagiques, avec une valeur journalière minimale de 0.1 mol photons m-2 d-1. Une limitation en nutriments dans la glace n’a pas clairement été observée, alors que les nitrates semblent avoir joué un rôle prépondérant dans le déclin de la floraison dans la colonne d’eau. Nos résultats suggèrent qu’il y a un fort potentiel pour des floraisons printanières sous la glace, qui sont actuellement principalement limitées par la lumière tôt dans la saison. / With ongoing climate change in the Arctic, a decrease in the extent of sea ice and in the spring snow cover thickness has been observed. A modification of the ice and snow dynamics is predicted to impact the onset, the duration and the decline of microalgae spring blooms, as well as the succession among groups and species of primary producers. The main goals of the present study were (i) to characterize the ice-associated algae and phytoplankton communities and (ii) to identify the main drivers associated with the microalgal main taxonomic groups succession during an under-ice bloom in Baffin Bay in 2015 and 2016. With high-resolution time series of environmental parameters and using an Imaging FlowCytobot for the identification and enumeration of algal cells (<150 μm) within the sea ice bottom and in the underlying water column, we address the role of light and nutrients availability in controlling spring bloom phenology. Pennate diatoms dominated the sympagic community, with different genera dominating for each year. The phytoplankton community was initially alike that found in sea ice, suggesting a possible seeding of the pelagic bloom by the ice algal community. Light availability seemed to be the main factor controlling the onset of both sympagic and pelagic blooms, with a threshold value of 0.1 mol photons m-2 d-1. Through spring, snow and sea ice melting in association with melt pond onset caused the decline of the sympagic bloom, while the increase in under-ice irradiance likely favored centric diatoms, which dominated the protists assemblage during the phytoplankton blooms. Nutrients limitation in sea ice was not observed, while nitrate seemed to play a major role in the decline of the phytoplankton bloom. Our results suggest that there is a potential for early and massive under ice blooms, which are mostly light limited early in the season.

Le krill est un crustacé macrozooplanctonique qui joue un rôle clé dans l'écosystème marin pélagique. Il représente une plateforme trophique entre les producteurs primaires planctoniques et les niveaux supérieurs de la chaine alimentaire. Dans un contexte de changements environnementaux, la compréhension des impacts de la variabilité naturelle du forçage physique sur la physiologie du krill et la dynamique des populations apparait essentielle pour mieux appréhender la dynamique, l’évolution et la gestion des écosystèmes marins subarctiques. Dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent (EGSL), les communautés de krill sont dominées par deux espèces sympatriques, Meganyctiphanes norvegica et Thysanoessa raschii. L'objectif principal de ce projet de recherche était d'étudier, à travers le développement de modèles biophysiques, les effets de la variabilité environnementale sur la distribution, la reproduction et la croissance de ces deux espèces. Le projet nous a permis i) de construire un modèle physiologique spécifique à l'espèce (IBM) pour le stade adulte des deux espèces de krill et de le valider avec les données disponibles ; ii) d'identifier spatiotemporellement les zones de croissance et de reproduction potentielles de l'EGSL pour les deux espèces iii) d'étudier le rôle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii face à la variabilité environnementale. Dans le premier chapitre, nous avons construit un modèle physiologique basé sur l'individu et spécifique à chaque espèce représentant de manière réaliste le cycle de vie annuel des deux espèces à la station Rimouski située dans l'estuaire du Saint-Laurent. Nous avons montré que la dynamique de production des individus de M. norvegica et de T. raschii était fortement liée à l'environnement alimentaire. Cependant, les deux espèces ont montré des trajectoires de croissance et de reproduction bien différentes, T. raschii montrant une saison de production estivale, alors que M. norvegica montrait une saison de production plutôt automnale. Le modèle a permis de mettre en évidence comment la compréhension et la mise en oeuvre des processus d'alimentation étaient essentielles pour une représentation précise de la dynamique de croissance de chacune des espèces. Dans le deuxième chapitre, nous avons couplé le modèle physiologique développé au chapitre 2 à un modèle de circulation générale 3D et à un modèle biogéochimique de type NPZD, afin d'étudier la dynamique de production à l'échelle de l'EGSL dans son ensemble. Les résultats ont montré une forte saisonnalité du potentiel de croissance et de reproduction des deux espèces, étroitement liée à la dynamique du phytoplancton et du zooplancton, représentant leur champ de proies. Bien que les connaissances soient limitées au nord-est du golfe, les résultats de notre modèle ont montré l'émergence de zones de forte production, dans l'estuaire, dans la région du détroit de Belle Isle, le long de la côte ouest de Terre-Neuve et le long de la côte nord. Notre étude a également mis en évidence l'existence d'un circuit cyclonique de production du krill longeant les rives de l'ensemble de l'EGSL, de la péninsule d'Avalon, au sud de Terre-Neuve, à la rive nord du Québec en traversant le détroit de Belle Isle, durant la saison de production (avril à octobre). Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à quantifier la contribution relative de la variabilité environnementale interannuelle (2003 et 2006) et celle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii dans le système EGSL. Nos résultats ont montré qu'environ 15% de la variabilité totale des variables d'état du modèle IBM pouvait être expliquée par la variabilité interindividuelle simulée ajoutée au modèle IBM. Les résultats montrent également que l'inclusion de la variabilité interindividuelle n'a pas modifié significativement la réponse de la population en réponse à l’environnement : les mesures de centralité des variables d'état obtenues entre 2003 et 2006 sont restées similaires dans les simulations avec et sans variabilité interindividuelle. Cependant, il en est résulté un élargissement des distributions de fréquence des variables d'état. De plus, une augmentation des réponses positives des variables d'états lors des simulations avec variabilité interindividuelle a également émergé des résultats du modèle pour l'année 2003, évoquant une résistance de la population face à la variabilité de l'environnement. Les résultats de cette thèse fournissent des données importantes pouvant être intégrées dans un plan de gestion écosystémique et constituent une base pour l'étude de la variabilité interannuelle et la compréhension de l'évolution future de la dynamique de production pour les deux espèces. / Krill are macrozooplanktonic crustaceans play a key role in the pelagic marine ecosystem. They represent a crucial trophic platform between planktonic primary producers and the upper food-web levels. In a context of environmental changes, understanding the impacts of the natural variability of physical forcing on krill physiology and population dynamics appears essential to better apprehend the dynamics, evolution and management of subarctic marine ecosystems. In the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL), krill communities are dominated by two sympatric species, names Meganyctiphanes norvegica and Thysanoessa raschii. The main objective of this research project was to study, through the development of biophysical models, the effects of environmental variability on the distribution, reproduction and growth of these two species. The project allowed us i) to build a species-specific physiological based model (IBM) for adult stage of both krill species and to validate it with available data; ii) to identify spatio-temporally the potential growth and reproduction areas in the EGSL for both species iii) to study the role of the intraspecific variability on T. raschii population dynamics facing the environmental variability. In the first chapter we built a physiological species-specific based model representing realistically the annual adult life cycle for both dominant species at the Rimouski station located in the St. Lawrence River Estuary. We showed that the production dynamics of M. norvegica and T. raschii individuals were strongly linked to the feeding environment. However, both species exhibited well different growth and reproductive trajectories, T. raschii showing a summer production season, while M. norvegica an autumnal production season. The model highlighted how understanding and implementing feeding processes was essential for accurate representation of the growth dynamics of each species. In the second chapter, we coupled the physiological model developed in Chapter 2 with a 3D general circulation model and a biogeochemical model of the NPZD type, in order to study the production dynamics at the EGSL scale. The results showed a strong seasonality of the growth and reproduction potential of both species, closely related to the dynamics of phytoplankton and zooplankton, representing their prey field. Although knowledge was limited in the northeastern Gulf, model results showed the emergence of high production areas in the Estuary, in the Strait of Belle Isle, along the western coast of the Newfoundland and along the North Shore. Our study also highlighted the existence of a larger cyclonic circuit of krill production and transport that runs along the shores of the whole EGSL, from the Avalon Peninsula in the south of Newfoundland to the North Shore of Québec across the Strait of Belle Isle, and back to the Estuary upstream during the production season (April to October). In the third chapter, we are interested in quantifying the relative contribution of interannual environmental variability (2003 and 2006) and inter-individual variability on the production dynamics of T. raschii in the EGSL system. Our results showed that about 15% of the variability of IBM model state variables could be explained by the level of simulated inter-individual variability. Results also showed that inclusion of inter-individual variability did not significantly modify the system's response at the population level in response to the environment: the centrality measures of the state variables obtained between 2003 and 2006 remained similar in the simulations with and without inter-individual variability. However, this has resulted in an expansion of the frequency distributions of the state variables. Moreover, an increase in the positive responses of the state variables during simulations with inter-individual variability also emerged from the results of the model for the year 2003, evoking a resistance of the population to the variability of the environment. These results provide important data to integrate in fully ecosystem-based management plan. They represent a baseline to the study of the inter-annual variability and the understanding of the future production dynamics evolution for the both species.

L’influence de la prédation sur une proie s’étend au-delà de la mortalité directe associée à la consommation d’individus. Dans certains cas, la simple présence d’un prédateur au sein d’un écosystème peut entraîner une réduction drastique de la reproduction des proies. L’induction d’un état de stress physiologique chronique pourrait être le mécanisme à l’origine de cet effet. L’objectif de mon projet était d’évaluer l’influence du stress de prédation sur la reproduction de la chèvre de montagne (Oreamnos americanus). Nous avons d’abord validé en captivité une méthode permettant d’évaluer le stress en mesurant la concentration en glucocorticoïdes dans des échantillons de fèces et de poils, puis nous avons analysé une base de données longitudinale sur une population de chèvres de montagne marquées et suivies durant toute leur vie en milieu naturel. Nos résultats indiquent que la prédation peut agir sur la reproduction de la chèvre de montagne par l’induction d’un état de stress chronique. En plus de contribuer à la compréhension des effets indirects de la prédation chez les mammifères, cette étude permet de préciser les causes du déclin d’une population sauvage de chèvres de montagne. / The impact of predation on prey goes beyond the direct consumption of individuals. In some cases, the mere presence of predators in an ecosystem can drastically impair prey reproduction. The induction of chronic physiological stress could act as the mechanism underlying such effects. My objective was to assess whether predator-induced stress could impair reproduction in an alpine ungulate, the mountain goat. We first validated a method to measure physiological stress using faeces and hair as biomarkers, and then analysed a longterm data base on a population of wild marked mountain goats. Our results indicate that predation may act on reproduction in mountain goats through the induction of chronic stress. In addition to its contribution to the understanding of indirect effects of predation in mammals, this study clarifies the causes behind the decline of a wild mountain goat population.

La vie sur la Terre est apparue et a évolué dans un milieu physique qui change dans le temps et l’espace. Les êtres vivants se trouvent dans les environnements qui englobent l’ensemble des conditions physiques, chimiques et biologiques qui les permettent de compléter leur cycle de vie. Certains facteurs environnementaux comme la température et la présence d’eau affectent particulièrement l’abondance et la distribution des espèces autour de la Terre. Il y a aussi des variations du milieu physique dans le temps. La vie sur Terre subit des cycles annuels, saisonniers et journaliers et certains cycles peuvent se compléter en quelques heures. Tous les changements spatiaux et temporaux façonnent le milieu physique et les écosystèmes s’y développant. Par exemple, dans le médiolittoral, les organismes subissent des changements dus à l’action des marées. Le mouvement de l’eau causé par les marées expose, pendant une période de temps, les organismes y habitant à des conditions extrêmes. Ces communautés, majoritairement composées d’algues et d’invertébrés, sont dotées d’adaptations physiologiques ou comportementales qui leur permettent de survivre à ces conditions. Les invertébrés mobiles présentent souvent des changements comportementaux qui leur permettent de trouver des endroits moins stressants servant de refuges pendant la marée basse. Cette étude se consacre à étudier le comportement d’un gastéropode du médiolittoral très abondant dans les milieux tempérés, Littorina saxatilis. Ce gastéropode se retrouve dans le littoral de l’estuaire maritime du Saint- Laurent à l’intérieur des fissures dans les roches et se déplace vers l’extérieur pour brouter des algues vertes éphémères. Nous avons observé son comportement d’utilisation de refuges lors de différentes conditions météorologiques et nous avons fait une expérience de manipulation sur le terrain pour mieux comprendre l’effet de différents facteurs environnementaux qui peuvent affecter son comportement. Les gastéropodes herbivores du médiolittoral est une composante importante de ces communautés et affectent la biodiversité locale. En comprenant mieux leurs réponses comportementales aux changements environnementaux, nous pouvons mieux comprendre l’ensemble de cet écosystème. / Life on Earth has appeared and evolved in a physical environment that changes through time and space. Living beings are found in places that bring together all the environmental conditions that allow them to complete their life cycle. Environmental factors such as temperature and the presence of water affect the abundance and distribution of species around the Earth. There are also variations in the physical environment over time. Life on Earth experiences annual, seasonal and daily cycles and can experience environmental changes on an hourly scale. All spatial and temporal changes shape the physical environment and the ecosystems that develop there. In the intertidal environment, organisms undergo changes due to tidal action. The movement of water caused by tides exposes the organisms living in it for a period of time. These organisms, mainly algae and invertebrates, have physiological or behavioral adaptations that allow them to survive aerial conditions. Mobile invertebrates often exhibit behavioral changes that allow them to find less stressful places to take refuge during the low tide. This study investigated the behavior of an intertidal gastropod, Littorina saxatilis, which is widely distributed in temperate environments. In the littoral zone of the St. Lawrence Maritime Estuary, this gastropod is often found inside cracks in the rock surface and forages outward from these refuges to graze on ephemeral algae. We observed the use of refuges under different weather conditions and conducted a field manipulation experiment to better understand the effect of different environmental factors affecting this behavior. The herbivorous gastropods of the intertidal are an important component of these ecosystems that affect local biodiversity. By better understanding their behavior responses to environmental changes, we can better understand this ecosystem and the changes that it is experiencing.

Le processus de la photosynthèse nécessite l'énergie de la lumière solaire et, dans l’océan, se déroule essentiellement dans la couche euphotique. Outre les autres variables (à savoir la chlorophylle a et les paramètres photosynthétiques), une connaissance appropriée du champ lumineux en termes de rayonnement incident disponible sur la photosynthèse (PAR) à un emplacement, une profondeur et une heure et une date donnés, est requise par les modèles d'écosystème marin. Le travail inclus dans cette thèse examine comment des angles de zénith solaires plus grands et différentes conditions nuageuses caractéristiques des régions de haute latitude, en particulier dans l'Arctique, peuvent affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface et dans la colonne d’eau. L’accent est également mis sur les variations du champs lumineux à haute fréquence liées à la nébulosité sur les estimations de la productivité primaire. Les PAR de surface estimés à partir de différents modèles ont été comparés à des mesures en série chronologique in situ à haute fréquence de données de PAR d'une bouée située en mer Méditerranée. Nous avons examiné comment les incertitudes dues aux angles de zénith solaires plus grands, en conditions nuageuses variables, pouvaient affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface. La méthode de classement objectif a été utilisée pour identifier les meilleures méthodes. Le produit PAR de la NASA-Ocean Biology Processing Group (OBPG) a montré les meilleures performances globales, tandis que les PAR basées sur la méthode de la table de conversion (LUT) ont présenté les meilleures performances en termes de différence carrée moyenne, de biais sous ciel clair et également par temps couvert. D'autres méthodes basées sur des formulations empiriques ont montré la troisième meilleure performance par temps clair, tandis que par temps nuageux, elles présentaient de plus grandes incertitudes. Trois méthodes testées par faible ensoleillement ont montré des incertitudes allant jusqu'à 50% dans toutes les conditions du ciel. Les performances du modèle dépendent des propriétés et des produits de nuage... / The process of photosynthesis requires the energy from sunlight and takes place essentially in the euphotic layer of the oceans. In addition to other variables (i.e., chlorophyll a and photosynthetic parameters) a suitable knowledge of light field in terms of photosynthetically available radiation (PAR) at any given location, depth and time is an important input parameter required by marine ecosystem models. The work included in this thesis examines how larger solar zenith angles, different cloud conditions that are characteristic features of high latitude regions, especially in Arctic, might affect the accuracy of surface irradiance estimates. Further, main focus was on the effects of high frequency variations in the light field on primary production. Surface PAR estimated from different models were compared with high frequency in situ time series measurements of PAR a buoy located in Mediterranean Sea. It was examined how uncertainties due to larger solar zenith angles under varying cloud conditions might affect the accuracy of surface irradiance. Objective ranking method was used to identify the best methods. Methods tested under low sun elevations exhibited uncertainties as large as 50% under all sky conditions. Model performances were dependent on cloud properties and products. Accuracy of a semianalytical model for coefficient of vertical diffuse attenuation of surface irradiance (kd!) based on optical properties inherent to the water itself (absorption and scattering), and solar zenith angle was examined under larger solar zenith angels and cloud conditions. Extensive radiative transfer simulations were performed to quantify the uncertainties due to large solar zenith angles and clouds on the estimates of diffuse attenuation coefficient. The uncertainties under both these conditions are due to the variability in the proportions of direct and diffuse parts of the total irradiance reaching the surface and in the water column. Also, an improved model parameterization proposed to estimate !"# under large solar zenith angels and cloud conditions was evaluated with Arctic in situ data exhibited good performances...