Les concentrations de diméthylsulfure (DMS) à la surface de l’eau ont été déterminées dans la baie de Baffin et dans l'archipel Arctique canadien au cours des étés 2017 (juillet-août) et 2018 (juillet). Plus de 3500 mesures de DMS ont été obtenues à l’aide d’un spectromètre de masse couplé à une trappe cryogénique et une membrane d’échanges gazeux (ACT-MIMS). Ces dernières ont été réalisées parallèlement à des mesures continues de la salinité, la température, la fluorescence (proxy pour la Chlorophyll a (Chl a)) et du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), ainsi que des mesures discrètes de diméthylsulfoniopropionate (DMSP). Les concentrations de DMS ont variées de 2 ordres de grandeur allant de 0.2 à 43.0 nmol L-1 en 2017 et de 1.6 à 55.0 nmol L-1 en 2018. Des points chauds de fortes concentrations de DMS (> 10 nmol L-1 ) ont été observés en association avec des fronts hydrographiques importants, ainsi que dans des eaux côtières à forte productivité. Dans les eaux libres du nord de la baie de Baffin, un gradient longitudinal des concentrations de DMS (croissant d'ouest en est, entre 1.0 nmol L-1 et 11.2 nmol L-1 ) était positivement corrélé avec les mesures de salinité, de température de surface et de Chl a. Ces résultats suggèrent que la dynamique du DMS est intimement liée aux propriétés physicochimiques et à la signature biologique des masses d'eau dans ce secteur. Des cas de forte concentration de DMS ont été observés à la lisière de la banquise de première année, renforçant le rôle de plus en plus reconnu de la glace de mer dans le cycle du DMS marin. Dans le nord de la mer du Labrador et du détroit de Davis, les concentrations de DMS en eaux libres ont présenté des différences jour-nuit de 2 ordres de grandeur avec des concentrations plus élevées la nuit, plus faibles le jour et des minimums à midi. Bien qu’il soit possible que ces résultats aient été influencés par d’autres facteurs, les concentrations de DMS ont diminué linéairement avec l’augmentation du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) en 2017 ainsi qu'en 2018. Ces résultats suggèrent que, dans certaines régions, les concentrations de DMS peuvent être caractérisées par des variations importantes (> 10 nmol L-1 ) et rapides (< 24 h) qui seraient négligées par l’interpolation des données, où les données in situ sont manquantes. La présence de points chauds localisés de DMS démontre le potentiel d'utilisation d'instruments automatisés à haute résolution tels que l’ACT-MIMS afin de résoudre la distribution spatiale du DMS et contribuer à l'amélioration de la précision des prédictions des modèles d'émission du DMS. / Sea surface dimethylsulfide (DMS) concentrations were determined in Baffin Bay and parts of the Canadian Arctic Archipelago during the summers of 2017 (July-August) and 2018 (July). More than 3500 DMS measurements were obtained using a mass spectrometer coupled with a cryogenic trap and a gaseous exchange membrane (ACT-MIMS). These measurements were performed alongside continuous quantification of sea surface salinity (SSS), sea surface temperature (SST), fluorescence (proxy for Chlorophyll a (Chl a)), photosynthetically active radiation (PAR) and discrete measurements of dimethylsulfoniopropionate (DMSP). Concentrations of DMS varied over 2 orders of magnitude, from ca. 0.2 to 43.0 nmol L-1 in 2017, and from ca. 1.6 to 55.0 nmol L-1 in 2018. Surface water DMS hotspots (> 10 nmol L-1 ) were observed in association with hydrographic frontal structures, as well as in high productivity coastal waters. In the open water of northern Baffin Bay, an increasing west-to-east gradient of DMS concentrations was positively correlated with SSS, SST and Chl a, suggesting that upper ocean dynamics of DMS are linked to the physicochemical properties and biological signature of water masses in this sector. High DMS concentrations were observed at the ice-edge of ponded first-year ice providing further evidence to the increasingly recognized role sea ice plays in the cycling of marine DMS. In the northern Labrador Sea and Davis Strait, DMS exhibited day-night trends of 2 orders of magnitude with highest concentrations at night and midday minimums. Although it is possible these results were influenced by other factors, concentrations of DMS decreased with increasing PAR in 2017 as well as in 2018. These results suggest that, in some regions, DMS concentrations may be characterized by large (> 10 nmol L -1 ) and rapid (< 24 h) variations that would be neglected by data interpolation where in situ data are still sparse. The presence of localized DMS hotspots demonstrates the potential of using high-resolution automated instruments such as the ACT-MIMS to resolve the spatial distribution of DMS and contribute to the improvement of the accuracy of DMS emission model predictions.

Le diméthylsulfure (DMS) est un gaz soufré qui exerce un effet refroidissant sur le climat en dispersant les radiations solaires et en contribuant à la formation de nuages dans l’atmosphère. Le DMS provient de la dégradation du diméthylsulfoniopropionate (DMSP), un composé synthétisé par plusieurs espèces de phytoplancton dans les océans. Une part de la production océanique de DMS résulte de la conversion directe du DMSP en DMS par certaines espèces de phytoplancton alors qu’une autre part provient d’une voie de transformation indirecte, via la libération du DMSP phytoplanctonique dans le milieu ambiant puis sa conversion en DMS par le bactérioplancton. En moyenne, près de 10 % du DMSP consommé par le bactérioplancton est converti en DMS, le reste étant assimilé. Quoique la répartition mondiale du DMS océanique soit relativement bien établie, les mécanismes qui régissent la production du DMS par le plancton marin sont complexes et demeurent méconnus. Dans cette thèse, les variations journalières et saisonnières de la production biologique de DMS et des facteurs environnementaux qui la régulent ont été étudiées en relation avec le développement des floraisons phytoplanctoniques dans plusieurs provinces biogéochimiques de l’Atlantique nord-ouest (NO) et du Pacifique NO. Une première étude saisonnière dans l’Atlantique NO révèle une nette distinction entre les facteurs qui influencent la répartition du DMS et de son précurseur le DMSP. Les concentrations de DMSP particulaire (DMSPp) sont fortement corrélées à l’abondance de groupes phytoplanctoniques à forte teneur en DMSPp tels que les dinoflagellés et les prymnésiophycés. La dynamique microbienne du DMSP dissous (DMSPd), c’est-à-dire sa consommation et sa conversion en DMS par les bactéries, est quant à elle affectée par la disponibilité du substrat. À cet égard, la contribution relative du bactérioplancton à la production biologique nette de DMS varie fortement au cours des saisons, de 4 à 100 % selon les stations étudiées. Toutefois, à plusieurs stations, et particulièrement aux stations exhibant de forts taux de production de DMS, une part importante (jusqu’à 96 %) de la production de DMS résulte de processus qui ne sont pas reliés aux bactéries. Cela suggère que la contribution relative du phytoplancton à la production directe de DMS est élevée à ces stations. De plus, nos résultats suggèrent qu’aux échelles latitudinale et saisonnière étudiées, les concentrations de DMS dans la couche de mélange de surface (CMS) sont fortement corrélées à des forçages environnementaux, et plus particulièrement aux doses de radiations solaires atteignant le réseau planctonique. Une deuxième étude ciblée sur le devenir du DMSP lors du déclin de la floraison printanière de diatomées dans l’Atlantique NO montre qu’en dépit de l’importante biomasse phytoplanctonique, les taux de production de DMS dans la CMS peuvent demeurer relativement faibles au cours de cette période, le DMSP étant principalement utilisé en tant que source de soufre par le bactérioplancton en croissance. Une troisième étude ciblée sur le devenir du DMSP lors d’une floraison induite par l’ajout de fer dans le Pacifique NO a révélé que l’addition de fer dans cette région peut mener à une diminution de la conversion bactérienne du DMSPd en DMS dans la CMS. Au cours de la floraison induite par le fer, l’augmentation des besoins en soufre du bactérioplancton a conduit à une augmentation de l’assimilation du DMSPd par les bactéries. Ce résultat suggère que l’ajout de fer dans les eaux de surface du Pacifique NO peut mener à une diminution de la production marine de DMS et de sa ventilation vers l’atmosphère. L’ensemble des résultats présentés met en évidence l’importance du couplage entre la structure et la dynamique de la communauté planctonique, la production et la composition de la matière organique dissoute, qui inclut le DMSPd, et les forçages environnementaux dans le cycle du DMS à différentes échelles temporelles. / Dimethylsulfide (DMS) is a sulfur-containing gas that exerts a cooling effect on climate by dispersing solar radiation and contributing to cloud formation in the atmosphere. DMS stems from the degradation of dimethylsulfoniopropionate (DMSP), a compound synthesized by many phytoplankton species in the oceans. A fraction of the oceanic production of DMS results from the direct conversion of DMSP into DMS by certain phytoplankton species and another fraction results from an indirect transformation pathway, via the release of phytoplanktonic DMSP into the water column and its conversion into DMS by the bacterial community. On average, close to 10 % of the DMSP consumed by bacteria is converted into DMS, the rest being assimilated. While the global distribution of oceanic DMS is relatively well established, significant gaps still remain in our understanding of the mechanisms that regulate its production within the marine food web. In this study, the daily and seasonal variations of the production of DMS and the environmental factors that participate in its regulation have been studied in relation to the development of phytoplankton blooms in many biogeochemical provinces of the northwest (NW) Atlantic and the NW Pacific Ocean. A first seasonal study in the NW Atlantic reveals a striking difference in the factors that influence the distribution of DMS and its precursor DMSP. Concentrations of particulate DMSP (DMSPp) are highly correlated with the abundance of DMSPp-rich phytoplankton groups such as dinoflagellates and prymnesiophytes. The microbial dynamics of dissolved DMSP (DMSPd), that is its consumption and conversion into DMS by bacteria, are affected by the availability of the substrate. Furthermore, the relative contribution of bacteria to total net DMS production varies greatly among seasons, from 4 to 100 % at different stations. However, at many stations and particularly at those exhibiting high production rates of DMS, a large fraction (as much as 96 %) of the production of DMS results from non-bacterial processes. This suggests that the relative contribution of phytoplankton to the direct conversion of DMSP into DMS is high at these stations. Finally, results from this study suggest that on the latitudinal and seasonal scales considered, concentrations of DMS are highly correlated with environmental forcings, and particularly with doses of solar radiation reaching the planktonic food web. A second study specifically aimed at investigating the fate of DMSP during the decline of the spring diatom bloom in the NW Atlantic shows that despite the important phytoplankton biomass, production rates of DMS remained relatively low during the decline of the phytoplankton bloom in the SML because DMSP was principally utilized as a source of sulfur by the developing bacterial community. A third study focused on the fate of DMSP during an iron-induced bloom in the NW Pacific reveals that the addition of iron in this region resulted in a reduction of the bacterial conversion of DMSPd into DMS within the SML. During the iron-induced bloom, the increase in sulfur demand by the bacterial community lead to an increase in the proportion of consumed DMSPd being assimilated as a sulfur source. This result suggests that the addition of iron in the NW Pacific may diminish the oceanic production of DMS and its ventilation to the atmosphere. Overall, the results presented shed light on the importance of the coupling between the structure and dynamics of the plankton community, the production and composition of dissolved organic matter, which includes DMSPd, and environmental forcing in the cycling of DMS at different temporal scales.

Dans le cadre du développement d'un outil numérique couplé atmosphère-océan-biogéochimie permettant de lier les processus physiques et biogéochimiques et de mieux comprendre la rétroaction entre l'océan et l'atmosphère, nous avons couplé la version unidimensionnelle du modèle atmosphérique NARCM (MLC) au modèle océanique GOTM et au modèle biogéochimique NODEM. Le but de ce travail consistait, d'une part, à développer le modèle couplé NODEM-GOTM-MLC et, d'autre part, à valider et évaluer ce modèle couplé au niveau de l'Hydrostation S en mer des Sargasses durant l'année 1992. Ceci a été réalisé tout en étudiant l'ensemble des processus physiques et biogéochimiques influençant la production du DMS océanique et la ventilation du DMS vers l'atmosphère. Pour réaliser le couplage NODEM-GOTM-MLC, la stratégie suivie consistait au développement d'une interface permettant les échanges des champs atmosphériques et océaniques nécessaires au forçage de surface. Par ailleurs, afin de valider notre modèle couplé NODEM-GOTM-MLC, nous avons comparé, d'une part, les flux d'énergie en surface simulés par le modèle avec ceux de ré-analyses NCEP et, d'autre part, le cycle annuel de la Chla et du DMS(Pp) avec les données d'observations disponibles au niveau de l'Hydrostation S pour l'année 1992. Le résultat de cette recherche montre que le modèle couplé est capable de reproduire les principaux composants du flux net d'énergie d'une manière adéquate. De plus, par comparaison avec l'ancienne version NODEM-GOTM, les simulations des cycles du DMS et du DMSPp ont été améliorées suite au couplage avec MLC. Cette nouvelle version est notamment capable de simuler les trois principaux pics du DMS présents dans les données d'observations. Cette amélioration se traduit quantitativement lors du calcul des coefficients de détermination, qui confirment que cette nouvelle version est mieux corrélée aux observations que l'ancienne. Nous avons conclu notre travail en montrant que le modèle NODEM-GOTM-MLC capte la majorité des événements locaux qui se produisent à petite échelle et à l'échelle saisonnière, en dépit du fait qu'il possède des limitations liées aux erreurs des paramétrages du modèle et à l'incapacité du modèle ID à simuler certains types d'événements. Finalement, cette étude montre qu'une meilleure simulation de tous les composants du système climatique améliore la production du DMS océanique qui sera ventilé vers l'atmosphère. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : couplage, échanges atmosphère-océan-biogéochimique, DMS, NODEM-GOTM-MLC, version ID de NARCM

Lors d 'une évaluation expérimentale de l 'impact potentiel de l 'acidification océanique sur l 'efflorescence phytoplanctonique saisonnière et la dynamique associée du diméthylsulfure (DMS) en Arctique, nous avons incubé de l 'eau prélevée en Baie de Baffin sous des conditions représentatives d 'un océan arctique acidifié. Employant deux régimes lumineux simulant respectivement des conditions de lumière sous la glace/dans un maximum chlorophyllien en profondeur (basse lumière; faible PAR + UVA, pas d UVB) et en eaux libres à la surface (haute lumière; PAR + UVA + UVB hauts), l 'eau d' échantillonnage collectée à 38m de profondeur a été exposée pendant 9 jours à 6 niveaux décroissants de pH s' échelonnant de 8,1 à 7,2. Une efflorescence phytoplanctonique dominée par les diatomées du genre Chaetoceros spp., atteingnant 7.5 µg de chlorophylle a L-1, s 'est développée dans chaque sac d 'expérience. Les concentrations de diméthylsulfoniopropionate total (DMSPT) et de DMS ont respectivement atteint 155 nmol L-1 et 19 nmol L-1. Dans les deux traitements lumineux, les concentrations de chlorophylle a et de DMS ont diminué linéairement avec l 'augmentation de la concentration en proton pour tous les pH testés. Les concentrations de DMSPT ont également diminué, mais seulement sous l 'influence du traitement « haute lumière » et sur un intervalle de pH restreint (de 8,1 à 7,6). En contraste avec le nanophytoplancton (2-20 µm), le picophytoplancton (≤ 2µm) a été stimulé par la baisse de pH. De plus, nous n avons observé aucune différence significative entre les deux régimes lumineux testés en terme de chlorophylle a, abondance phytoplanctonique, taxonomie et concentrations nettes de DMS et DMSP. Ces résultats montrent que l' acidification océanique pourrait significativement faire diminuer la biomasse algale et inhiber la production de DMS pendant l 'efflorescence phytoplanctonique saisonnière en Arctique, avec de possibles conséquences sur le climat régional. / In an experimental assessment of the potential impact of Ocean acidification on seasonal phytoplankton blooms and associated dimethylsulfide (DMS) dynamics in the Arctic, we incubated water from Baffin Bay under conditions representing an acidified Arctic Ocean. Using two light regimes simulating under-ice/subsurface chlorophyll maxima (low light; Low PAR + UVA, and no UVB) and surface ice-free (high light; High PAR + UVA + UVB) conditions, water collected at 38 m was exposed over 9 days to 6 levels of decreasing pH from 8.1 to 7.2. A phytoplankton bloom dominated by the centric diatoms Chaetoceros spp. reaching up to 7.5 µg chlorophyll a L-1 took place in all experimental bags. Total dimethylsulfoniopropionate (DMSPT) and DMS concentrations reached 155 nmol L-1 and 19 nmol L-1, respectively. Under both light regimes, chlorophyll a and DMS concentrations decreased linearly with increasing proton concentration at all pH tested. Concentrations of DMSPT also decreased but only under high light and over a smaller pH range (from 8.1 to 7.6). In contrast to nanophytoplankton (2-20 µm), picophytoplankton (≤ 2 µm) was stimulated by the decreasing pH. We furthermore observed no significant difference between the two light regimes tested in term of chlorophyll a, phytoplankton abundance/taxonomy, and DMSP/ DMS net concentrations. These results show that OA could significantly decrease the algal biomass and inhibit DMS production during the seasonal phytoplankton bloom in the Arctic, with possible consequences for the regional climate.

Le diméthylsulfure (DMS) est un gaz qui exerce un effet refroidissant sur le climat en contribuant à la formation de nuages, ce qui diminue la quantité de radiations solaires pénétrant dans l’atmosphère. Le DMS est produit dans les océans par la dégradation du diméthylsulfoniopropionate (DMSP) synthétisé par certaines espèces de phytoplancton. Plusieurs de ces espèces algales peuvent convertir directement le DMSP en DMS, mais dans la plupart des cas, le DMS est produit par voie indirecte, via la libération du DMSP algal, puis sa conversion en DMS par les bactéries marines. La production de DMS constitue moins de 10% du DMSP dégradé par les bactéries, qui l’utilisent principalement comme source de soufre. Les variations à court terme de la production biologique de DMS et des facteurs environnementaux qui la régulent ont été étudiés dans l’estuaire du Saint-Laurent, le Pacifique nord-est et l’Atlantique nord-ouest. Dans l’estuaire du Saint-Laurent, les concentrations de DMSP et de DMS en surface variaient fortement pendant la journée avec des maxima vers midi et des minima la nuit. Ces variations journalières s’expliquaient par la présence de dinoflagellés riches en DMSP qui effectuaient des migrations verticales diurnes associé à une production accrue de DMSP et de DMS en réponse aux fortes radiations solaires pendant la journée. Dans le Pacifique NE, les faibles concentrations de fer favorisaient une communauté algale riche en DMSP. L’ajout de fer dans cet écosystème a induit un appauvrissement en DMS par rapport aux eaux environnantes dû à un changement de la communauté phytoplanctonique en faveur de diatomées pauvres en DMSP, accompagné d’une augmentation de l’activité et du nombre des bactéries. Les bactéries en croissance ont alors modifié leur utilisation du DMSP et produisaient très peu de DMS. Dans l’Atlantique NO, le déclin de la floraison printanière des diatomées a été marqué par une diminution importante des concentrations de DMSP en surface. La consommation de DMSP et la production de DMS par les bactéries ont aussi rapidement diminué probablement parce que les bactéries ont satisfait leurs besoins énergétiques grâce à d’autres substrats organiques plus disponibles que le DMSP. Les concentrations et les taux de transformation biologique du cycle du DMS(P) varient rapidement et de façon importante à l’échelle des heures et des jours. L’étude de ces variations à court terme est essentielle si l’on veut adéquatement quantifier la production de DMS en milieu marin et son effet sur le climat. / Dimethylsulfide (DMS) is a biogenic gas exerting a cooling effect on climate by promoting cloud formation, thus decreasing the amount of solar radiation entering the atmosphere. DMS is produced in the oceans from the degradation of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) synthesized by marine phytoplankton. Some algal DMSP-producers have the capability to directly produce DMS, but a large part of the production of DMS is believed to occur indirectly, through the release of algal DMSP and its uptake and utilization by bacteria. DMS production represents less than 10% of the DMSP degraded by bacteria, which utilize it mainly as a source of sulfur. Short-term variations of the biological DMS production and its controlling factors were studied in the St. Lawrence Estuary, the northeast Pacific and the northwest Atlantic. In the St. Lawrence Estuary, DMSP and DMS concentrations exhibited large and rapid variations with maxima around noon and minima during the night. These variations were largely explained by the diurnal vertical migration of DMSP-rich dinoflagellates associated with an increased DMSP and DMS production under high solar irradiance during the day. In the NE Pacific, the low prevailing iron concentrations favoured a DMSP-rich algal community. The iron enrichment induced a decrease in DMS relative to non-enriched waters due to a change in the phytoplankton community toward DMSP-poor diatoms and an increase in the abundance and activity of bacteria. This growing bacterial community modified its DMSP utilization and produced little DMS. In the NO Atlantic, the decline of the diatom spring bloom was characterized by a decrease in DMSP concentrations in surface waters. DMSP consumption and DMS production by bacteria also rapidly decreased, probably because they satisfied their metabolic requirements with other organic substrates more readily available than DMSP. The pools and biological processes of the DMS(P) cycle vary at scales of hours and days. The study of these short-term variations is needed to accurately measure DMS production and to better assess its effect on climate.

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans. / Phytoplankton growth is limited by low concentrations of iron (Fe) in about 40% of the world’s oceans. The northeast subarctic Pacific Ocean embodies one of these Fe-limited regions that are termed High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Its ecosystem is dominated by small phytoplankton cells, such as Prymnesiophyceae, and is characterized by weak summer concentrations of chlorophyll a and high concentrations of macronutrients. It has repeatedly been shown that Fe additions in HNLC zones, using various artificial forms of Fe (commonly FeSO4), stimulate the growth and modify the structure of planktonic communities by favoring the blooming of large phytoplankton cells such as diatoms. The impacts brought about on the planktonic communities by these Fe additions have the potential of influencing large-scale climate regulating mechanisms, namely the biological carbon pump and the oceanic production of dimethylsulfide (DMS). Dust arising from northern Chinese deserts is well recognized as an important albeit sporadic source of Fe for the northeast Pacific Ocean. Despite their potential importance, the direct influence of these dust deposition events on the planktonic ecosystem of the northeast Pacific has never been studied before. This represents a serious shortcoming considering that, Fe associated with dust is scantily soluble in seawater, the bioavailable proportion of Fe in dust remains unknown, and dust may exert an inhibiting effect on phytoplankton. My thesis thus proposes, firstly, to conduct avant-garde measurements of the fertilization effects of a natural Asian dust gradient on plankton communities of the northeast Pacific. My first experiment shows that the Fe contained in Asian dust is bioavailable and that a deposition event, equivalent to naturally occurring spring depositions in the northeast Pacific, may result in a significant stimulation of nutrient uptake and growth by phytoplankton. My results also demonstrate that the addition of 0,5 mg L-1 of dust may induce as much biomass accumulation as what is observed during large scale fertilizing experiments utilizing FeSO4. However, small-celled phytoplankton assemblages are stimulated by Fe fertilizations, more so through FeSO4 than through dust additions demonstrating the flaws of this proxy in accurately representing Asian dust. In a second step, I focused my attention on an alternative source of atmospheric Fe, specifically volcanic ash. My interest for this subject was instigated by observations of a spectacular bloom occurring in my study region, the northeast Pacific, and associated to the 2008 eruption of the Kasatochi volcano located on one of the Aleutian Islands. I quantified the direct effects of volcanic ash on the plankton community of the northeast Pacific. My results show that the Fe contained in these ashes is also bioavailable for phytoplankton and that this source of Fe may be as important as desert dust in regulating the growth of phytoplankton in this part of the global ocean on a millennial scale. Thirdly, I assessed the manner in which ocean acidification could modulate, on a short timescale, the responses of the plankton communities to natural Fe depositions highlighted in this thesis. In order to do so, I performed dust enrichments in seawater at the contemporary seawater pH of 8.0 and acidified to a pH of 7.8. My results show a reduction in phytoplankton growth rate in the acidified environment with no conspicuous changes to community structure. The additions of dust and ash, as well as the variations in pH, had little significant impacts on the production of DMS or its precursor dimethylsulfoniopropionate (DMSP). This lack of response could likely be attributable to the short timescale (4 days) of investigation carried out. As a whole, the results of this thesis show that Fe contained in various natural atmospheric sources is bioavailable to phytoplankton of the northeast Pacific Ocean. Furthermore, realistic deposition rates may distinctly stimulate phytoplankton growth in the first days following dust storms or volcanic eruptions. Finally, results from the multi-stressor experiments (Fe/acidification) I carried out suggest a demonstrable robustness of surface plankton communities to the pH reduction predicted before the turn of this century.

La glace de mer saisonnière représente un environnement dynamique et biologiquement productif des régions polaires. La forte activité microbiologique associée à la glace de mer se traduit par une production de sulfure de diméthyle (DMS) souvent exceptionnelle. Le DMS est un gaz biogène soufré impliqué dans la régulation du climat via l’impact refroidissant de ses produits d’oxydation dans l’atmosphère. Cette thèse a pour objets d’étude la répartition et la dynamique du DMS dans la zone de banquise de première année en Arctique pendant la période de fonte printanière. L’ensemble des travaux de recherche présentés ici met en évidence l’ubiquité du DMS dans cet écosystème au coeur duquel la glace de première année exerce un rôle prépondérant. Mes résultats montrent que la communauté microbienne à la base de la banquise est à l’origine de concentrations de DMS parmi les plus élevées rapportées à ce jour dans les océans polaires. Ce réservoir de DMS dans la glace basale participe à l’enrichissement direct de l’océan sous la banquise, mais aussi potentiellement à un flux de DMS vers l’atmosphère. Suivant le déclin des algues de glace à la fin du printemps, les floraisons de phytoplancton sous la glace peuvent aussi être à l’origine d’une augmentation des concentrations océaniques de DMS. Mes résultats montrent que les mares de fonte qui se forment à la surface de la banquise représentent également des sources importantes de DMS pour l’atmosphère arctique. Les concentrations de DMS mesurées dans ces mares de fonte s’élevaient jusqu’à 12 nmol l-1, soit 4 fois la moyenne globale de l’océan de surface. Mes recherches indiquent que le potentiel de production du DMS par ces mares de fonte repose sur leur salinisation et leur ensemencement en algues via les canaux de saumures de la glace sous-jacente. Dans l’ensemble, les mesures effectuées au cours de cette thèse contribuent à mettre en évidence la diversité et l’importance des sources de DMS associées à la glace de première année au printemps en Arctique. Il est primordial d’inclure l’ensemble de ces flux de DMS de la banquise saisonnière dans les modèles climatiques régionaux et globaux. Enfin, mes résultats suggèrent que le remplacement graduel de la glace pluriannuelle par de la glace saisonnière résultera en une augmentation des émissions de DMS depuis la zone de glace saisonnière. / Seasonal sea ice represents a dynamic and episodically productive environment in the Polar Regions. This high biological productivity translates into the accumulation of exceptionally high concentrations of dimethyl sulfide (DMS). DMS is a biogenic sulfur-containing gas involved in the regional climate regulation through its influence on aerosols and clouds formation. This thesis focuses on DMS distribution and dynamics within the Arctic seasonal sea ice during the melt period. Together, my results highlight the ubiquity of DMS within the ice-associated ecosystem, and the determinant role played by sea ice in the DMS cycle in ice-covered regions. DMS concentrations reported in bottom sea ice are amongst the highest ever observed in polar oceans and throughout the marine environment. This pool of bottom ice-DMS enriches the under-ice ocean and potentially acts as a source of atmospheric DMS as it diffuses upward through interior sea ice. Following the decay of the sea ice algal bloom, phytoplankton growth under the ice may lead to a second increase of pelagic DMS concentrations. My results show that melt ponds that form atop sea ice following snow melt are also sources of DMS for the arctic atmosphere. Melt ponds were observed to accumulate DMS concentrations up to 12 nmol l-1, hence four-fold the global ocean surface average DMS concentration. Results from incubations experiments conducted during my thesis indicate that DMS production in melt ponds is initiated upon algal and salt intrusion via the underlying brine network during the melt season. Together, my results contribute to highlighting the importance and diversity of iceassociated DMS sources within the Arctic Ocean. DMS fluxes from seasonally ice-covered ocean should be accounted for in future global and regional models. Finally, my results suggest that gradual replacement of perennial sea ice with seasonal sea ice in the Arctic would result in an increase of DMS emission from the ice-covered ocean.

Le métabolisme microbien du dimethylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), a été caractérisé dans l‟Arctique canadien en septembre 2008 à l‟aide du traceur 35S-DMSP et de la méthode MAR-CARD-FISH. Le DMSP contribuait en moyenne à 7 et 51% des besoins bactériens en carbone et en soufre, respectivement. Entre 40 et 65% de la communauté bactérienne assimilait le DMSP, avec une forte contribution des groupes Gammaproteobacteria et Alphaproteobacteria (autre que Roseobacter). Les différents assemblages bactériens étaient associés à deux masses d‟eau de surface : celle de l‟Arctique (AS) et celle de la Baie de Baffin (BBS), plus chaude et plus salée. Dans BBS, qui contenait plus de bactéries, la prise de DMSP était plus élevée que dans AS. Ces résultats montrent que les altérations des masses d‟eau anticipées par les modèles climatiques actuels pourraient se répercuter sur la dynamique du DMS(P) et le flux résultant de DMS vers l‟atmosphère. / The bacterial metabolism of dimethylsulfoniopropionate (DMSP), the precursor of the climate-active gas dimethylsulfide (DMS), was characterized in Arctic waters in September 2008, using the radioisotopic tracer 35S-DMSP and the MAR-CARD-FISH method. DMSP contributed on average 7 and 51% of the bacterial requirements in carbon and sulfur, respectively. Between 40 and 65% of the bacterial community assimilated DMSP, with a stronger contribution from the groups Gammaproteobacteria and Alphaproteobacteria (other than Roseobacter). The different bacterial assemblages were associated with two surface water masses: the Arctic Surface (AS) water, and the warmer and saltier Baffin Bay Surface (BBS) water. In BBS, which showed a higher bacterial abundance, the DMSP uptake was higher than in AS. Those results show that the alteration of water mass characteristics anticipated by current climate models could affect the DMS(P) dynamics and the resulting DMS flux to the atmosphere.

Le diméthylsulfure (DMS) est le principal gaz biogénique sulfuré émis de l'océan vers l'atmosphère. TI peut exercer un effet refroidissant sur le climat en formant des aérosols sulfatés et en intensifiant l'albédo des nuages de basses altitudes, diminuant la quantité d'énergie radiative atteignant la surface de la Terre. Bien que le DMS puisse être produit directement par certaines espèces phytoplanctoniques, il provient principalement des bactéries hétérotrophes via la dégradation de son précurseur, le diméthylsulfoniopropionate (DMSP). Le DMSP est synthétisé par le phytoplancton en différentes concentrations selon les conditions environnementales, incluant la disponibilité du fer. La présente étude porte sur la dynamique microbienne du DMSP dans le Pacifique nord-est le long d'un gradient naturel en fer. Mes résultats montrent qu'une plus grande disponibilité en fer dans cette région océanique limitée en fer favorise la croissance des espèces productrices de DMSP et augmente le taux de conversion bactérien de DMSP en DMS. Ensemble, ces résultats indiquent que les apports en fer peuvent avoir un effet refroidissant sur le climat dans le Pacifique nord-est.

Un des impacts les plus frappants du réchauffement climatique dans l'Arctique est la réduction du couvert de glace saisonnier, un processus susceptible d'altérer la dynamique de l'écosystème pélagique et les flux océan-atmosphère de gaz climatiquement actifs tel que le dimethyl sulfure (DMS). Afin de vérifier cette hypothèse, j'ai caractérisé la distribution et le métabolisme bactérien du DMS et de son précurseur algal le diméthylsulfoniopropionate (DMSP) le long d'une radiale longitudinale s'étendant de la baie de Baffin à la mer de Beaufort au cours de l'automne 2007. Mes résultats mettent en évidence des concentrations faibles mais toujours détectables des réservoirs de DMSP et DMS et des temps de renouvellement bactérien du DMSP dissous rapides malgré les températures des eaux extrêmement faibles. L'ensemble de mes résultats suggère que l'extension automnale de la période libre de glace pourrait résulter en une augmentation des flux de DMS vers l'atmosphère et contribuer au refroidissement du climat.