Le zooplancton et le micronecton sont les deux premiers échelons animaux de la chaine trophique marine. Bien que de tailles très différentes (200μm à 2mm pour le zooplancton, 2 à 20cm pour le micronecton), ces deux groupes d'espèces variées partagent un comportement singulier : les migrations nycthémérales. Ces migrations journalières entre la profondeur de jour et la surface de nuit induisent des flux de matière organique très importants entre les différentes profondeurs de l'océan. L'étude des cycles biogéochimiques océaniques a une grande importance pour l'étude du changement climatique. Cette étude est notamment conduite à travers le développement de modèles globaux de circulation océanique et de biogéochimie. La suite logique de ces développements est donc la modélisation du zooplancton et du micronecton. La gamme de modèles SEAPODYM modélise avec parcimonie la chaine trophique depuis le zooplancton jusqu'aux prédateurs supérieurs à l'aide de trois modèles. Cette thèse présente le modèle de biomasse de zooplancton SEAPODYM-LTL (pour lower trophic level, niveau trophique bas), ainsi qu'une analyse de sa sensibilité aux forçages. En effet, la particularité de ces modèles est leur forçage offline par des champs de courants, température et production primaire produits par d'autres modèles. Le modèle SEAPODYM-LTL est également comparé au modèle PISCES (NPZD), et présente des performances similaires à ce dernier dans le cas testé. Afin d'améliorer les prédictions du modèle SEAPODYM-MTL (mid-trophic level, i.e. le modèle de biomasse de micronecton), une méthodologie d'assimilation de données a été mise en place pour affiner la paramétrisation utilisée. Des données d'acoustique active (38kHz) sont donc utilisées pour enrichir le modèle. Cette méthodologie a été conçue autour d'un cas test présenté dans cette thèse. L'extension du jeu de données acoustiques assimilées au modèle a permis de mettre en évidence le besoin de mieux modéliser les profondeurs des couches verticales de SEAPODYM. Cela a été réalisé à l'aide du jeu de données acoustiques évoqué précédemment. Cette étude est également présentée dans cette thèse. / Zooplankton and micronecton are the first marine trophic levels. Different by their size (200μm to 2mm for zooplankton, 2 to 20cm for micronekton), this two groups undergo diel vertical migration from depth by day to the surface during the night. These migrations create major organic matter fluxes between the deep ocean and the surface. Biogeochemical cycles are of great importance for climate change studies. These studies are conducted with ocean global circulation model and biogeochemical model. The way to go is develop low and mid-trophic level modelling approaches. SEAPODYM ensemble of models are three parsimonious model of biomass at diverse level of the trophic chain, from zooplankton to top predators. This thesis introduce the zooplankton biomass model SEAPODYM-LTL (lower trophic level) and a forcing fields sensitivity analysis. Indeed, these model are forced off line by currents, temperature and primary production fields produced by other models. SEAPODYM-LTL has also been compared to PISCES (NPZD) and both have similar performance score in this study. In order to improve SEAPODYM-MTL (mid trophic level) predictions, a data assimilation framework has been developed to find a better parameterisation. 38kHz active acoustic data have been used to improve the model. This methodology has been develop thanks to a test case that we present in this thesis. The gathered acoustic dataset permitted to show the need of a better definition of vertical layer depths. It has been developed using the acoustic dataset. The related study is presented in this thesis.

Ce travail a porté sur l'étude de l'évolution des communautés zooplanctoniques à partir de séries temporelles de relevés effectués de 1995 à 2010 dans deux écosystèmes côtiers couplés, la Petite Rade de Toulon (PR) et Grande Rade de Toulon (GR) (Méditerranée Nord Occidentale, France) en relation avec les facteurs climatiques, les paramètres physiques et chimiques de l'eau et avec le phytoplancton. Le pas d'échantillonnage des relevés de zooplancton et du phytoplancton était d'un mois en moyenne. La maille du filet utilisé était de 90 µm, afin de cibler le mésozooplancton. La PR a différé de la GR dans son fonctionnement écologique, car elle est semi-fermée, mais aussi parce que l'activité anthropique y était beaucoup plus importante. Nos résultats ont montré que, de 1995 à 2010 dans les deux baies, l'abondance du zooplancton a sensiblement augmenté, surtout dans la PR. Il a été également établi, en utilisant différents outils statistiques, que la plus grande partie des espèces de zooplancton évolue de manière coordonnée chaque année, mais d'une manière différente d'une année à l'autre. C'est ce que nous avons appelé la signature annuelle, qui était très marquée dans la PR. Plusieurs paramètres environnementaux comme la température, l'oxygène, la salinité et l'ensoleillement, qui ont été simultanément enregistrés, expliquent cette signature annuelle. Il a été montré en effet qu'ils influencent très sensiblement la population de zooplancton, de manière instantanée ou avec un effet retardé. Les interactions responsables de cette évolution sont fort complexes, mais il a été aussi établi que ces facteurs sont plus forts lorsqu'ils agissaient de manière coordonnée. La répartition du zooplancton en groupes taxonomiques a montré que la diversité a augmenté jusqu'en 2005, puis a diminué légèrement, tout en restant à des niveaux plus élevés qu'en 1995. L'étude détaillée de la diversité, avec une classification des indices eux-mêmes, a fait l'objet du dernier chapitre. Enfin, nous émettons l'hypothèse que la diminution des stocks de poissons au cours des dernières décennies dans toute la région a entraîné une diminution des taux de prédation sur les communautés zooplanctoniques, ce qui peut expliquer l'augmentation de peuplements zooplanctoniques au cours de ces dernières années. Cet accroissement de l'abondance du zooplancton a pu entraîner à son tour une diminution de la biomasse du phytoplancton. Cette diminution a été parallèlement observée par notre équipe. Ceci suggère un système de contrôle top-down du réseau trophique.

Un enjeu scientifique majeur du XXIème siècle est de prédire l'impact du changement climatique sur le fonctionnement des écosystèmes. Dans les Océans, le plancton joue un rôle crucial dans la régulation du climat, les cycles biogéochimiques et la dynamique des réseaux trophiques marins. Le zooplancton transfert l'énergie depuis les producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs, tout en participant à la pompe à carbone biologique. Pourtant, les liens entre sa diversité et le fonctionnement des écosystèmes marins demeurent méconnus. Au cours de cette thèse, nous avons étudié la diversité taxinomique et fonctionnelle du groupe majeur du zooplancton, les copépodes, dans un point chaud de biodiversité : la Mer Méditerranée. Le travail effectué vise à: (i) définir de nouveaux groupes fonctionnels du zooplancton à partir de traits fonctionnels; (ii) tester si ces groupes possèdent des niches environnementales distinctes; et (iii) analyser comment le changement climatique pourra modifier la diversité des assemblages en Mer Méditerranée, et la diversité fonctionnelle associée. Un nouveau jeu de données de traits fonctionnels a été implémenté depuis la littérature afin de définir des groupes fonctionnels. Les occurrences des espèces ont été utilisées pour modéliser leurs niches environnementales. Puis, plusieurs modèles de niche ont été développés pour prédire l'évolution de la diversité α et β des assemblages de copépodes de la Mer Méditerranée sous divers scénarii de changement climatique. Finalement, les résultats sont discutés pour fournir une vision synoptique de l'impact du changement climatique sur la diversité fonctionnelle des copépodes en Mer Méditerranée. / One of the 21st century’s greatest scientific issues is to predict the impact of climate change on the functioning of ecosystems. In the Ocean, the plankton plays a pivotal role in climate regulation, biogeochemical cycles, and marine food webs dynamics. The zooplankton transfer energy from primary producers to higher trophic levels, while actively exporting organic matter from the surface to the deep ocean. However, the links between zooplanktonic diversity and marine ecosystem functioning are still poorly understood. During this PhD project, we have studied the taxonomic and functional diversity of the major marine zooplanktonic groups, the copepods, in biodiversity hotspot: the Mediterranean Sea. This work aims to: (i) define new zooplankton functional groups based on functional traits of many copepod species; (ii) test whether said groups present distinct environmental niches; and (iii) explore how climate change may modify the diversity of Mediterranean assemblages, and the associated functional diversity. A new dataset of species functional traits was gathered from the literature and was used to identify functional groups. The species’ occurrences were used to model their environmental niches, thus highlighting the control of abiotic conditions on the distribution of species. Multiple niche models were implemented to predict the evolution of the α and β diversity of Mediterranean copepod species assemblages under different climate change scenarios. Finally, the results from this PhD are discussed to provide a synoptic vision of the impact of climate change on copepod functional diversity in the Mediterranean Sea.

En dépit de la ré-oligotrophisation de nombreux lacs d'Europe du nord au cours des deux dernières décennies, les développements massifs de cyanobactéries toxiques, telle que Planktothrix rubescens, adaptée aux écosystèmes mésotrophes, sont encore largement observés. Parmi les cyanotoxines produites par cette espèce, les microcystines (MCs) sont les toxines les plus fréquemment rencontrées et sont reconnues comme des molécules perturbatrices de tous les compartiments trophiques des écosystèmes lacustres. Ces blooms toxiques affectent notamment les lacs péri-alpins pour lesquels des risques de contaminations des populations piscicoles exploitées ont été démontrés. Cependant, il existe encore un manque de connaissances important tant concernant les voies de transfert de ces toxines au sein des réseaux trophiques limniques, que leurs effets physiologiques sur les populations de poisson. Dans le cadre de ce travail de thèse, deux modèles de poissons, dont les répartitions spatiales verticales diffèrent (juvéniles de perche et corégones), ont été considérés. Les objectifs principaux ont été traités d'une part au travers d'une approche expérimentale (par gavage) visant à analyser les processus d'accumulation et de détoxification, ainsi que les effets génotoxiques des MCs sur ces deux espèces modèles. Les réponses physiologiques ainsi étudiées ont permis de mettre en évidence que les juvéniles de perche et les corégones sont capables de détoxifier une partie des MCs ingérées, mais cependant des effets génotoxiques sont observés suite à l'exposition des poissons aux MCs. D'autre part, des approches écosystémiques ont permis (1) d'explorer les effets potentiels de la présence du bloom sur la répartition spatiale des poissons (2) d'évaluer les niveaux de contaminations par les MCs pour les deux espèces de poisson en tenant compte de la variabilité saisonnière (3) d'identifier les principaux vecteurs zooplanctoniques de MCs jusqu'aux poissons. Les résultats acquis montrent que les filaments de P. rubescens constituent une ressource alimentaire en période de bloom pour les organismes zooplanctoniques brouteurs et qu'un transfert de MCs est possible jusqu'aux espèces zooplanctoniques prédatrices et in fine jusqu'aux poissons. Nos résultats mettent également en avant que les voies de contaminations ainsi que les intensités de contamination des poissons peuvent varier aussi bien à l'échelle saisonnière que journalière. Ces variations sont expliquées à la fois par les changements de régime alimentaire des poissons, les variations journalières de la production de MCs par P. rubescens, et les abondances et distributions verticales des différentes proies zooplanctoniques. A l'issue de ce travail, la part importante du transfert trophique des MCs jusqu'aux poissons a été vérifiée dans les cas des contaminations chroniques qui caractérisent les conditions de blooms des lacs péri-alpins (concentrations en cyanobactéries et en toxines modérées à fortes au cours de plusieurs mois). / Many deep peri-alpine lakes which are currently under re-oligotrophication are impacted by Planktothrix rubescens blooms. Among cyanotoxins produced by P. rubescens, microcystins (MCs) are the most commonly studied and are involved in many ecological disturbances. In peri-alpine lakes, these blooms might affect exploited fish species due to toxin contaminations. However, there is still a lack of knowledge regarding both transfer pathways of the toxin and their physiological effects on fish populations. In this work, two models of fish populations were considered (Young-Of-Year (YOY) perch and whitefish which exhibit distinct vertical distributions). The main objectives were on the one hand investigated through an experimental approach to analyze on the two model species, accumulation and detoxification processes as well as genotoxic effects of MCs. From these experiments, we showed that YOY perch and whitefish were able to detoxify part of the MCs but that genotoxic effects were still observed. On the other hand, ecosystemic approaches allowed (1) to explore the potential effects of the presence of bloom on the spatial distribution of fish, (2) to assess the levels of contamination by MCs for both fish species taking into account the seasonal variability, (3) to identify the main zooplanktonic vectors of MCs to fish. Our results revealed that the filaments of P. rubescens are a food resource for zooplankton grazers, and that a trophic transfer of MCs exists from herbivorous to their zooplanktonic predators and in fine to fish. Our results also highlight that the contamination pathways and their intensities could vary both at seasonal and daily scales. These variations are explained by both changes in fish diet, daily variations in the production of MCs by P. rubescens, and abundances and vertical distributions of zooplanktonic preys. Overall, we highlighted the importance of MCs trophic transfer in fish intoxication in the case of chronic contaminations observed in peri-alpine lakes (moderate to severe cyanobacteria/toxins concentrations over several months).

Les Collodaires (Radiolaires) sont des eucaryotes unicellulaires (protistes) marins appartenant au super-groupe des Rhizaria. Tandis que certains sont caractérisés par un mode de vie colonial, d’autres sont observés sous la forme de larges organismes solitaires. Les Collodaires sont des protistes hétérotrophes, prédateurs de plancton, mais également hôtes systématiques de micro-algues photosynthétiques intracellulaires. Les récentes analyses de leur diversité moléculaire dans l’environnement ont démontré leur importante contribution aux communautés planctoniques ainsi que leur distribution globale dans l’océan mondial. Cependant, nos connaissances sur leur diversité, biogéographie et écologie restent paradoxalement parcellaires. La première partie de cette thèse a été dédiée à des études morphologiques détaillées (en microscopie électronique et optique) et combinées à une phylogénie moléculaire élaborée en séquençant les sous-unités 18S et 28S de l’ADN ribosomal pour 75 spécimens, coloniaux ou solitaires. Ce travail a abouti à la réévaluation de la classification des Collodaires et à l’élaboration d’une base de référence morpho-moléculaire robuste. Par la suite, ce cadre de référence morpho-moléculaire a permis d’explorer la biodiversité des Collodaires grâce à une approche de metabarcoding appliquée à une série d’échantillons collectés dans l’océan mondial pendant l’Expédition Tara Océans. La distribution cosmopolite à la surface des océans des différents taxons qui composent les Collodaires, a révélé une diversité plus importante dans les vastes régions océaniques intertropicales et oligotrophiques. Les Collosphaeridae ont été principalement observés en pleine mer alors que les Sphaerozoidae formaient la famille dominante dans les régions côtières, où la biodiversité des Collodaires était plus faible. Les Collophidiidae, formellement décrits au cours de thèse, ont rarement été rencontrés dans les zones photiques, quelque que soit la latitude, suggérant ainsi qu’ils occupent une niche écologique particulière. Enfin, j’ai également employé la technologie d’imagerie in situ Underwater Vision Profiler (UVP5) afin d’explorer de façon quantitative les abondances et biomasses des Collodaires et des Rhizaria, à travers l’océan mondial. Cette approche a révélé que les Rhizaria forment un composant majeur du méso- et macro-plancton, et représentent jusqu’à 4,5% de la biomasse globale des 200 premiers mètres de l’océan mondial. Plus particulièrement dans les 100 premiers mètres, les Collodaires constituent le groupe le plus important des Rhizaria et leur distribution suggère que la photosymbiose pourrait influencer leur succès dans les régions oligotrophiques où ils sont particulièrement abondants. Au-delà d’améliorer notre compréhension de la diversité, la biogéographie et l’écologie des Collodaires dans l’océan mondial, ce travail de thèse souligne la pertinence de combiner et d’utiliser des approches alternatives d’échantillonnage et d’analyses tel que le séquençage haut-débit et l’imagerie in situ dans l’étude des protistes marins dans leur environnement. / Collodaria (Radiolaria) are unicellular marine eukaryotes (protists) belonging to the super-group Rhizaria. Collodarian species contribute to planktonic communities as large solitary cells or can form large gelatinous colonies. They are heterotrophic organisms feeding on other plankton, which also systematically harbour intracellular symbiotic microalgae. Recent environmental molecular diversity surveys demonstrated their important contribution to planktonic communities and their worldwide occurrence in the global ocean. However, knowledge on their diversity, biogeography and ecology is paradoxically very poor. In the first part of this thesis I performed detailed morphological analyses (electron and optical microscopy) combined with a molecular phylogeny based on the 18S and 28S rRNA genes, sequencing for a total of 75 distinct colonial and solitary specimens. Ultimately, this work led to the revision of the Collodaria classification and to the construction of a robust morpho-molecular reference database. Then, this morpho-molecular framework allowed the exploration of Collodaria biodiversity through a metabarcoding approach across samples collected in the global ocean during the Tara Ocean expedition. The cosmopolitan distribution of the different collodarian taxa in the surface oceans revealed a higher biodiversity in the vast oligotrophic inter-tropical open oceans. Collosphaeridae were predominantly found in the open oceans while the Sphaerozoidae were the dominant family in the less diverse coastal regions. The newly defined Collophidiidae were rarely encountered in the photic zones at all latitudes, suggesting that they inhabit a different ecological niche. Finally, I also used the in situ imaging system Underwater Vision Profiler (UVP5) to quantitatively explore the abundances and biomasses of collodarian and rhizarian in the global ocean. This approach revealed that the Rhizaria were a major component of the meso- and macro-plankton, constituting up to 4.5% of the global carbon standing stock in the upper 200 m of the world oceans. More specifically, Collodaria were the most important rhizarian groups in the first 100 m of the oceans, and their distribution suggested that photosymbiosis might be an important factor explaining their success in oligotrophic regions where they are particularly abundant. Besides the improvement of our knowledge on the diversity, biogeography and ecology of Collodaria in the global ocean, this thesis highlights the relevance to combine and/or use alternative sampling and analytical procedures such as high-throughput sequencing and in situ imaging technologies to study marine protists in their environment.

La compréhension des mécanismes de bioaccumulation des contaminants organiques persistants (POP) dans les réseaux trophiques marins est un enjeu majeur pour l'évaluation des risques environnementaux liés aux pressions anthropiques, notamment en zone côtière. Le plancton joue un rôle pivot dans le devenir des PCB dans l'environnement marin, notamment sur la base des observations de fortes concentrations de ces contaminants chez les zooplanctonophages. Les processus d'accumulation de ces contaminants au sein du plancton restent mal connus. Dans le cadre du projet COSTAS, les teneurs en PCB dans trois classes de tailles de plancton ont été étudiées en baie de Marseille entre sept. 2010 et oct. 2011. Les concentrations étaient fortes en comparaison à d'autres mesures réalisées dans le golfe du Lion. Du fait des apports variables en PCB, aucun «effet de dilution par la biomasse» n'a pu être détecté. Le niveau de contamination est fortement corrélé aux conditions météorologiques qui augmentent les concentrations en PCB dans l'eau. Le passé récent des organismes planctoniques, caractérisable par leur taille ou leur teneur en lipides, ne montre pas d'influence sur les teneurs observées. Le rapport C/N met en évidence l'importance de la contribution des détritus dans les niveaux de contaminations des différentes classes de taille. Une bioamplification modérée mais significative avec la position trophique est mise en évidence par les signatures de δ15N. La relation linéaire entre les BAF et log Kow indiquerait que le partage à l'équilibre avec la phase aqueuse suffit à contrôler les niveaux de PCB dans le plancton. / The understanding of bioaccumulation mechanisms of persistent organic pollutants (POP) in marine trophic networks is a major issue for scaling environmental risks linked to anthropogenic pressure, particularly in coastal areas. The plankton is assumed to play a pivotal role in the fate of PCBs in marine environment, as highlighted by the high concentrations found in planktivorous predators. However the accumulation processes of these contaminants in plankton are still poorly documented. The COSTAS project aimed at improving our knowledge on this issue. PCB levels in three plankton size-classes were studied in the bay of Marseilles (N-W Mediterranean Sea), between September 2010 and Octobre 2011. Measured PCB concentrations in Marseille bay plankton were high in comparison to those measured in other areas of the Gulf of Lion. No "dilution effect" was detected, due to the high variability in PCB inputs in the bay.receive, . The level of contamination in plankton appeared directly linked to weather conditions which increase the PCB concentration either through continental inputs or by sediment re-suspension events and hydrodynamic transport. The recent history of plankton organisms, derived from their size or their lipid content, had no influence on their PCB concentrations. The C/N ratio highlights the contribution of detritus in driving the contamination levels measured in the various size-classes. A moderate but significant bioamplification through planktonic trophic levels was highlighted using δ 15N signatures. The linear relationship between BAF and log Kow would indicate that the equilibrium with water phase is sufficient to control the PCB levels in the plankton.

Les plans d’eau, du «bas delta» du fleuve Sénégal sont de plus en plus confrontés aux problèmes d’efflorescences à cyanobactéries qui menacent la ressource en eau des États riverains. Une étude, couplant approches in situ et expérimentales, a été menée pour analyser les principaux facteurs biologiques qui interviennent dans l’apparition et le contrôle de ces phénomènes. L’étude in situ a permis d’analyser la distribution spatio-temporelle du phyto et du zooplancton et les relations entre ces communautés dans 13 sites représentatifs à différentes saisons. L’importance croissante, des cyanobactéries et notamment d’espèces à potentiel toxique comme Cylindrospermopsis raciborskii, Anabaena solitaria, Anabaena flos-aquae et Microcystis aeruginosa a été mise en évidence. Certains aspects des communautés zooplanctoniques (avantage des cyclopoïdes sur les calanoïdes, présence-abondance d’espèces indicatrices, faibles biomasses par rapport au phytoplancton) indiquent une tendance à l’eutrophisation des plans d’eau. Une forte association entre communautés phyto et zooplanctoniques a été mise en évidence par des analyses multivariables. Une étude expérimentale sur le broutage a montré que les cyanobactéries filamenteuses sont consommées et/ou fractionnées avec une efficacité variable selon les brouteurs et que le zooplancton est un facteur important de contrôle descendant des cyanobactéries filamenteuses (jusqu’à 50% du stock par jour). Des expériences de toxicité ont clairement mis en évidence des effets négatifs des cyanobactéries sur la survie et la croissance du zooplancton, mais avec une sensibilité différente des espèces aux toxines. Des dégradations musculaires et intestinales ainsi que des modifications de l’activité de l’acétylcholinestérase ont été mises en évidence chez des copépodes mais plusieurs éléments suggèrent que les effets ne seraient pas liés aux cyanotoxines classiques, mais plutôt liés à la présence d’autres métabolites émis soit par les cyanobactéries, soit par la flore associée puisque les cultures utilisées n’étaient pas axéniques. / The lower delta of the Senegal river faced with problems linked to cyanobacterial bloom which threaten the water resource of The riverine countries. A study, coupling in situ and experimental approaches, was carried out to analyze the biologicalfactors which intervene in the appearance and the control of these phenomena. The in situ study made analyzed the space time distribution of the phyto- and the zooplankton communities and their relationships in 13 representative sites at various seasons. The increasing importance, of the cyanobacteria and in particular of species with toxic potential like Cylindrospermopsis raciborskii, Anabaena solitaria, Anabaena flos-aquae and Microcystis aeruginosa was highlighted.Certain aspects of the zooplanktonic communities (importance of cyclopoïds compared to calanoïds, presence-abundance ofindicating species, low zooplankton biomasse compared to the phytoplankton) indicate a trend towards eutrophication. Astrong association between phyto- and zooplankton communities was highlighted by multivariable analyzes. Grazing experiments showed that the filamentous cyanobacteria are consumed and/or split with a variable efficiency according to the grazers and that the zooplankton exert a strong top-down control of the filamentous cyanobacteria (up to 50% of stock perday). Toxicity experiments clearly highlighted negative effects of the cyanobacteries on zooplankton survival and growth, butwith a variable sensitivity according to the species. Ultrastructural deformations and muscular and intestinal degradations aswell as modifications of the acétylcholinestérase activity were highlighted for copepods, but several elements suggest thatthe effects would not be related to the traditional cyanotoxins, but rather related to the presence of other metabolites emittedeither by the cyanobacteria, or by the associated flora since the cultures used were not axenic.

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Le système de la baie d'Hudson comprend la baie d'Hudson, la baie James et le détroit d'Hudson. La baie d'Hudson est une grande mer intérieure peu profonde avec un apport d'eau douce très élevé issu de vastes bassins de drainage s'étendant sur une grande surface du Canada. La couverture de glace de mer y est saisonnière, et cet écosystème subarctique représente la limite sud de la répartition de plusieurs espèces endémiques à l'Arctique. Une absence de glace pluriannuelle et des apports d'eau douce accrus devraient également être des conditions rencontrées dans le Haut Arctique dans un future proche, ce qui permet d'envisager le système de la baie d'Hudson comme une fenêtre ouverte sur ce qui pourrait être observé à des latitudes plus élevées dans un avenir proche. Cependant, les données sur le zooplancton et les poissons du système de la baie d'Hudson demeurent relativement rares. Avec les recherches présentées dans cette thèse, nous visons à établir des informations de référence sur le zooplancton et les larves de poissons du système de la baie d'Hudson. De plus, nous visons à mieux comprendre les mécanismes par lesquels les espèces adaptées à l'Arctique persistent dans cet environnement subarctique dynamique, afin de comprendre comment elles pourraient également y parvenir à des latitudes plus élevées. Les résultats du chapitre 1 montrent que les larves de morue arctique (Boreogadus saida) ont tendance à éclore plus tôt dans les zones affectées par les plumes d'eau douce provenant des rivières. Ces éclosions hâtives permettent à certaines jeunes morues arctiques d'atteindre de plus grandes tailles à la fin de l'été, les rendant plus susceptibles de survivre à leur premier hiver comparativement aux larves qui ont éclos plus tardivement. Puisque la croissance de ces larves hâtives doit être soutenue par la présence de proies adéquates, dans le chapitre 2, nous caractérisons la variabilité des assemblages de mésozooplancton du moment de la débâcle en juin jusqu'à la fin de l'été en octobre. Nous montrons que la variation de composition entre les communautés de mésozooplancton pourrait s'expliquer par l'impact important du retrait des glaces sur la production primaire et par la profondeur. Parmi les organismes zooplanctoniques, les copépodes du genre Calanus sont adaptés aux conditions arctiques et très riches en lipides, ce qui en fait des proies de choix pour le reste du réseau trophique. Ces copépodes sont plus nombreux au début de la saison alors qu'il y a encore de la glace dans la baie, et dans les zones profondes centrales du système de la baie d'Hudson. À la fin de l'été, l'abondance plus faible de Calanus coïncide avec l'abondance plus élevée des petits copépodes du genre Pseudocalanus pour entraîner une biomasse globale plus faible de mésozooplancton dans le système. Au niveau trophique supérieur, les assemblages d'ichtyoplancton variaient également beaucoup entre le début et la fin de l'été, comme le montre le chapitre 3. Les larves de capelan, un poisson boréal, étaient de loin les plus abondantes dans l'ensemble, même si elles étaient géographiquement limitées à la partie sud ouest de la baie et particulièrement abondantes seulement à la fin de l'été. En revanche, les assemblages dominés par les larves de morues arctiques étaient répandus plus équitablement à travers la baie d'Hudson et le détroit d'Hudson, si bien que les jeunes stades de morue arctique et de capelan se chevauchaient peu géographiquement et temporellement. Cependant, les larves de morue arctique se retrouvaient souvent en compagnie de celles des lançons et d'autres espèces des familles Cottidae, Liparidae et Stichaeidae. Dans ces cas là, les tailles des larves étaient de plus comparables et une compétition pour la nourriture est alors possible. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse soutiennent l'hypothèse selon laquelle la persistance des espèces de zooplancton et d'ichtyoplancton adaptées à l'Arctique dans un environnement subarctique nécessite des stratégies d'hivernage et de reproduction leur permettant de tirer pleinement parti de la courte période de production essentiellement limitée à la période de débâcle des glaces. Plus tard dans l'été, les conditions nettement plus chaudes donnent probablement un avantage concurrentiel aux espèces boréales. / The Hudson Bay system consists of the Hudson Bay, James Bay and Hudson Strait. The Hudson Bay is a large shallow inland sea with a very high freshwater input. It is seasonally ice-covered and is considered a sub-Arctic ecosystem representing the southern limit of the distribution of several Arctic-adapted species. Since a seasonal ice regime precluding multi-year ice and a significant increase in freshwater runoff are predicted to prevail soon in the High Arctic, current conditions in this system might represent an open window on what could be observed at higher latitudes in the near future. Data on the zooplankton and fish in the Hudson Bay system are still relatively scarce. With the research presented in this thesis, we aim to lay baseline information on the zooplankton and fish larvae of the Hudson Bay system. Furthermore, we aim to understand the mechanisms by which Arctic-adapted species are persisting in this sub-Arctic environment and thus understand how they might also do so at higher latitudes. The findings of Chapter 1 show that Arctic cod (Boreogadus saida) larvae tend to hatch earlier in areas affected by riverine freshwater under the ice. These early hatchers are larger by the end of summer and thus more likely to survive their first winter compared to later hatchers. In Chapter 2 we show that mesozooplankton assemblages are different from the time of ice breakup in June to autumn in October and that the variation between mesozooplankton communities could be explained by the ice retreat and by depth. The lipid-rich, Arctic-adapted Calanus spp. copepods are more numerous early in the season while there is still ice in the bay and in the central deeper areas of the Hudson Bay system. The lower abundance of Calanus spp. copepods at the end of summer and the higher abundance of the small copepod Pseudocalanus spp., result in an overall lower biomass of mesozooplankton in the Hudson Bay system in late summer. The ichthyoplankton assemblages were also quite different from early to late summer as shown in Chapter 3. Larvae of the boreal capelin were by far the most abundant overall, even though they were geographically restricted to the southwestern part of the bay and only highly abundant in late summer. In contrast, assemblages featuring Arctic cod were widespread over the Hudson Bay and Hudson Strait, and geographical overlap between capelin and Arctic cod was minimal. Arctic cod larvae, however, overlapped temporally and geographically with sand lance and with other fish larvae, such as species from the Cottidae, Liparidae and Stichaeidae families. In these cases, the sizes of the larvae were comparable, and competition for food may be possible. Overall, the results from this thesis support the hypothesis that for Arctic-adapted zooplankton and ichthyoplankton species to persist in a sub-Arctic environment, it is important to have overwintering and reproductive strategies that allow them to make full use of the short productive period during ice break-up. Later in the summer, the warmer conditions probably give boreal species a competitive advantage.

La zona de deslizamiento es un área en el cual se genera un importante intercambio de nutrientes entre la playa y el mar, funcionando como una zona de transición entre ambos ambientes. Esta característica la transforma en un ambiente con cualidades únicas en la trama trófica de los ecosistemas costeros marinos debido a su alta productividad. La presente tesis se divide en dos secciones. La primera sección consiste en el estudio de la estructura y dinámica del zooplancton en condiciones de buen tiempo y su relación con las variables ambientales (fisicoquímicas y meteorológicas). Luego de identificar la abundancia y características generales del zooplancton en diferentes condiciones de buen tiempo, la segunda sección de la tesis se focaliza en el estudio del efecto de las tormentas y fuertes vientos sobre el zooplancton de la zona de deslizamiento, analizando la variabilidad de la comunidad zooplanctónica luego del pasaje de distintos sistemas atmosféricos. La playa de Pehuen Co se localiza al sudoeste de la provincia de Buenos Aires y se caracteriza por ser una playa intermedia-disipativa- dominada por arena fina y numerosos afloramientos rocosos. Entre diciembre de 2016 y julio de 2019 se realizaron muestreos de zooplancton, mediciones in situ de variables fisicoquímicas (temperatura, salinidad, altura de ola, velocidad de la corriente litoral) y se tomaron muestras de agua para la posterior determinación de la concentración del material particulado en suspensión, materia orgánica y clorofila-a. Todos estos muestreos se realizaron mensualmente y en condiciones de buen tiempo. Además, se obtuvo información de variables meteorológicas (temperatura del aire, precipitación, velocidad y dirección del viento) de una estación localizada en la costa. Con los datos obtenidos se realizó el análisis del clima de la región y se analizó la estructura y dinámica temporal del zooplancton en la zona de deslizamiento de Pehuen Co y su relación con las principales variables ambientales. Del análisis de las variables ambientales (fisicoquímicas y meteorológicas) en condiciones de buen tiempo, se observó un aumento de la temperatura media anual junto con un incremento en las precipitaciones en comparación con estudios anteriores, evidenciando una notable variabilidad climática. El zooplancton de la zona de deslizamiento en condiciones de buen tiempo presentó una fuerte estacionalidad, principalmente explicada por cambios en la temperatura del agua, siendo los copépodos Acartia tosa y Paracalanus parvus los taxa dominantes durante el período de muestreo. Ambos copépodos estuvieron presentes todo el año, sin embargo, A. tonsa estuvo dominó ampliamente en el mes de marzo y P. parvus en julio-agosto. Se registraron también copépodos típicos de aguas de plataforma interior tales como Ctenocalanus vanus, Calanoides carinatus, Labidocera fluviatilis y Euterpina acutifrons especialmente en agosto de 2018. Se registraron también abundancias altas del sergéstido Peisos petrunkevitchi en el mes de septiembre de 2017 y del misidáceo Arthromysis magellanica en agosto y octubre de 2017. Se observó una relación directa entre la abundancia del zooplancton y las características hidrodinámicas de la zona de deslizamiento (velocidad de la corriente litoral y altura de la ola), observándose las abundancias más bajas durante los días de muestreo con mayores velocidades de corriente litoral y mayor altura de ola. Esto sugirió que las características hidrodinámicas del área juegan un rol fundamental que controla los cambios a escala local y a corto plazo de las abundancias de los organismos. Durante el mismo período de estudio (diciembre 2016 - julio 2019) se realizaron muestreos de zooplancton, variables fisicoquímicas y meteorológicas durante el pasaje de 17 sistemas atmosféricos dentro de los cuales se incluyeron eventos de tormenta y fuertes vientos. Los muestreos se realizaron antes y después de los eventos. En trece de estos eventos de tormenta se incluyeron además mediciones en alta frecuencia de altura de ola y nivel de agua suministrados por un sensor EMAC localizado en aguas de la zona de deslizamiento. Debido a que los vientos más fuertes en el área de estudio son los causados por el pasaje de centros ciclónicos con dirección de viento provenientes del sector S, SE, SW y W, particularmente estos episodios fueron los considerados para el estudio. Por lo tanto, se tuvieron en cuenta los eventos de tormentas y fuertes vientos a velocidades del viento superiores a 17 m s-1 provenientes del sector S, SE, SW y W. Los eventos de viento se agruparon en cuatro tipos de acuerdo a su dirección predominante del viento y su duración en horas: eventos de corta duración del SE-SW y W (≤ 6 h) y eventos de larga duración del SE-SW y W (> 6 h). Los resultados más relevantes se observaron sobre la abundancia del zooplancton. Sin embargo, también se evidenciaron cambios en la composición de la comunidad zooplanctónica luego del pasaje de los episodios de viento. Los eventos de corta duración se asociaron con un aumento en la abundancia del zooplancton, siendo A. tonsa y P. parvus las especies dominantes. Dentro de los eventos de corta duración, los de viento predominante del W se asociaron con la presencia de copépodos típicos de la plataforma continental interior (C. vanus, C. carinatus, E. acutifrons y L. fluviatilis), mientras que en los eventos de viento de corta duración del SE-SW se observó un mayor número de taxa pertenecientes al plancton adventicio en comparación con los casos de viento del W. En cuanto a los casos de larga duración, estos se asociaron con una disminución significativa en la abundancia, siendo A. tonsa y P. parvus los copépodos dominantes. Dentro de este grupo, los casos de viento del SE-SW se asociaron con un aumento de taxa correspondientes al plancton adventicio. En conclusión, se evidenció una fuerte la interacción físico-biológica en la zona de deslizamiento de la playa de Pehuen Co. Cambios en las variables atmosféricas producto del pasaje de eventos de tormenta y fuertes vientos provocan alteraciones en la circulación del agua, generando un aumento en las velocidades de las corrientes litorales, mayor atura de ola, influenciando significativamente en la dinámica de la comunidad zooplanctónica generando cambios en la composición y en la abundancia. Esto caracteriza al área de estudio como un ambiente sumamente dinámico e inestable en un corto plazo de tiempo / The surf zone represents a transition area between the beach and the open sea, playing an important role in transporting materials and exchanging nutrients with these adjacent environments. This characterizes it in a unique area in the trophic web of coastal marine ecosystems due to its high productivity. This thesis presents two sections. The first section focuses on the study of the structure and dynamics of a zooplankton community in good weather conditions and its relationship with environmental variables (physicochemical and meteorological) on the zooplankton composition and abundance. After identifying the abundance and general characteristics of zooplankton in different good weather conditions, the second section concentrates on the effect of storm and wind events in the surf zone zooplankton, focusing on the zooplankton variability after a passage of different atmospheric systems. Pehuen Co beach is located on the southwest coast of Buenos Aires Province. It is an intermediate-dissipative sandy beach, dominated by fine sand and the presence of rock outcrops. Monthly sampling was performed between December 2016 and July 2019. Qualitative and quantitative measurements were taken for the surf zone zooplankton, physicochemical variables (water temperature, salinity, wave height, the velocity of the littoral current), and water samples for determination of a suspended particulate matter, particulate organic matter, and Chlorophyll-a. All these samplings were carried out monthly and in good weather conditions. Furthermore, meteorological variables (air temperature, precipitations, wind velocity, and direction) were obtained from the EMAC station located on the coast. In the first place, a climate characterization was carried out for Pehuen Co. Then, the temporal dynamic of the zooplankton community and their environmental regulation was analyzed. Compared to than reported in previous studies, the environmental variables show an increase in annual air temperature as well as an increment in annual precipitation. This evidence an important climatic variability. The surf zone zooplankton showed a strong seasonality, mainly affected by changes in water temperature. Two species were dominant throughout the sampling period: Acartia tonsa and Paracalanus parvus. The copepod A. tonsa was present in all the samples, dominated in March, while P. parvus was observed in almost all the samples, dominated in July-August. Also, copepods of the inner shelf zones such as Ctenocalanus vanus, Calanoides carinatus, Labidocera fluviatilis, and Euterpina acutifrons were recorded in August-2018. Despite the dominance of Copepoda in surf waters, were observed a change in this typical structure from August to October-2017, when Peisos petrunkevitchi and Arthromysis magellanica, respectively, dominated the surf waters. Variation in significant wave height and velocity of littoral current affected zooplankton abundances in surf waters. Low zooplankton abundances were associated with sampling days with high speeds and waves, suggesting that the surf zone hydrodynamics may be a fundamental mechanism that controls the short-term local-scale changes in zooplankton abundances. During the same study period (December 2016 - July 2019) a total of 17 storm and wind events were sampled before and after the events. In all cases, zooplanktonic, physicochemical, and meteorological (high-frequency data of wind velocity and direction) samplings were carried out in the area. For 13 storm events only, high-frequency environmental data (wave height and water level) were obtained at the EMAC surf zone station. Considering that the strongest winds in the study area are those caused by the passage of atmospheric systems with wind direction coming from the S, SE, SW, and W sectors, particularly these episodes were used in the present study. The events were grouped into four types as regards wind direction and duration in hours: SE-SW/W short-duration events (≤ 6 h) and SE-SW/W long-duration events (> 6 h). The most relevant results were observed on the abundance of zooplankton. However, changes in the composition of the zooplankton community were also evidenced after the passage of strong winds episodes. Short-duration events were associated with an increase in zooplankton abundances, being A. tonsa and P. parvus the dominant species. Within short-duration events, W wind-events were associated with the presence of the inner continental shelf copepods (C. vanus, C. carinatus, E. acutifrons y L. fluviatilis), whereas in the samples of winds from the SE-SW sector, a greater number of adventitious taxa in comparison with the W events were recorded. Regarding long duration cases, they were associated with a significant decrease in zooplankton abundances, being A. tonsa and P. parvus the dominant taxa. Within this group, SE-SW wind-events were associated with the presence of adventitious fraction taxa. In conclusion, a strong physical biological interaction was evidenced in the surf zone of Pehuen Co beach. Changes in atmospheric variables as a result of the passage of storm events and strong winds cause alterations in the water circulation, generating an increase in the speed of the littoral current, wave height, influencing the zooplankton composition and abundance. The zooplankton community showed changes in response to physical variations such as wind, waves, currents, and turbulence, evidence that the surf zone is a highly dynamic and unstable environment on a short-term time scale