Thesis--Philosophy in natural science--Stockholm university, 2000. / Notes bibliogr.

Th. doct.--Faculté de droit--Paris, 1955. / Notes bibliogr.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Cette recherche concerne un effet radiatif indirect d'aérosol sur le nuage d'hiver et le climat arctique, c'est-à-dire la rétroaction de déshydratation-effet de serre, qui a été originalement formulée par Blanchet et Girard (Nature, 1994). Les activités anthropiques et biogéniques produisent l'acide sulfurique, une prolongation vers le nord du problème de précipitation acide de moyennes latitudes, qui couvrent la plupart des aérosols existants. Les études précédentes ont prouvé qu'une concentration plus grande de l'acide sulfurique diminue la pression des vapeurs saturantes au-dessus de l'aérosol et abaisse le point de congélation. Aux basses températures, ce processus empêche la production de cristaux de glace et favorise la formation d'un nombre réduit de plus grands cristaux de glace au lieu de beaucoup des plus petites. Dans la pratique, on augmente la formation de précipitation des cristaux de glace de bas niveau et en défaveur d'un brouillard de glace ou d'un stratus plus persistant. La déshydratation de la basse atmosphère diminue l'effet de serre et produit un refroidissement de la surface. La rétroaction déshydratation-effet de serre est étudiée en utilisant un modèle régional du climat 3D. Deux ensembles de 12 simulations de février 1990 sont comparés: le cas de référence, pour un scénario d'aérosols naturels et le cas perturbé, pour un scénario d'aérosols acides. Les résultats montrent que la rétroaction déshydratation effet serre est plus important au-dessus de l'Arctique central avec un refroidissement en surface jusqu'à 3.3 K. Le refroidissement en surface dans l'Arctique renforce la zone barocline au-dessus de l'Europe nordique en produisant une rétroaction positive sur la circulation. En conséquence, la couverture de nuage et la précipitation au-dessus de l'Europe nordique sont augmentés, le transport d'aérosols anthropiques de moyenne latitudes vers l'Arctique est plus efficace et le refroidissement de la basse atmosphère dû à la diminution résultante des noyaux de glace (liés à l'augmentation de la concentration d'aérosol d'acide sulfurique) est augmenté.

L’avancée des espèces arbustives en région subarctique influence l’environnement abiotique des écosystèmes. Cependant, l’impact de la structure verticale des arbustes est encore méconnu. Notre objectif était de quantifier le développement de la structure verticale du bouleau glanduleux afin de vérifier son effet sur le couvert nival et la température au sol. Notre échantillonnage stratifié verticalement nous a permis de déterminer que la hauteur des peuplements est positivement associée à leur âge et à leur croissance. Alors que la biomasse ligneuse est maximale à la base des individus, la biomasse foliaire suit le développement en hauteur des individus. La hauteur des peuplements est la variable la plus plausible pour expliquer l’épaisseur du couvert nival et la température au sol en hiver (relation positive). Durant l’été, cette température est toutefois mieux expliquée par la biomasse ligneuse entre 30 et 40 cm de hauteur (relation négative). L’avancée des espèces arbustives aura des conséquences sur l’environnement abiotique des écosystèmes subarctiques. / In subarctic ecosystems, shrubification has great impacts on the abiotic environment. However, impacts of the vertical shrub structure are not well known. Our objective was to characterise the vertical structure of Betula glandulosa Michx., to increase our understanding of the impact of the shrub growth form on snow depth and soil temperature. Our stratified sampling allowed us to determine that shrub height was positively associated with the age of the dominant stems but also with the vertical growth rate. Moreover, woody biomass was greater in the lower stratum while foliar biomass followed vertical growth. Shrub height was the most plausible variable explaining snow thickness and soil temperature during winter. However, the woody biomass between 30 and 40 cm best explained summer temperature. According to our results, shrub expansion would have important consequences on the abiotic environment of subarctic ecosystems.

Avec les changements climatiques et le recul progressif de la banquise, l'Arctique s'ouvre doucement aux activités économiques. La pêche commerciale ne fait pas exception et l'exploitation commerciale des poissons arctiques pourrait avoir des conséquences fâcheuses pour les écosystèmes marins de cette région du monde. Il semble pertinent d'analyser la stratégie des acteurs politiques et économiques et leurs interactions dans le contexte de la pêche commerciale et de comprendre leurs volontés de développer ou non cette activité dans le cadre du développement durable. À partir des statistiques nationales, sous-nationales et régionales, des questionnaires aux compagnies de pêche, des entretiens avec les ministères fédéraux et territoriaux et les conseils de gestion autochtones ainsi qu'avec les autres États côtiers arctiques, il s'agit de comprendre le développement de la pêche et l'évolution de sa gestion durable dans l'Arctique canadien et dans la haute mer arctique. La volonté d'exploiter les stocks de poissons est indéniable de la part des acteurs politiques et des compagnies de pêche, mais de nombreux obstacles d'ordre technique, économique, scientifique et juridique semblent limiter l'augmentation et l'expansion de la pêche commerciale. Dans l'Arctique canadien, les différends entre les pêcheurs concernant les droits d'exploitation des ressources, le manque de connaissances scientifiques et d'infrastructures, et une faible productivité dans l'Arctique canadien laissent à penser que la pêche commerciale se limite à la baie de Baffin. À l'échelle internationale, la réglementation permet un accès libre aux ressources de la haute mer arctique encore recouverte de glace, mais les différentes stratégies des États côtiers arctiques et les faibles possibilités de pêche n'incitent pas à la mise en place d'un cadre durable dans cette région du monde. Néanmoins, le principe de précaution voudrait qu'un cadre de gestion durable des pêches soit mis en place avant que le retrait de la banquise permette un début de pêche commerciale. Nous n'assistons donc pas à une course vers un eldorado arctique ni à une interdiction totale de pêcher dans l'Arctique. Les possibilités de pêche sont faibles et l'activité se développe lentement, mais la durabilité de la pêche commerciale n'est pas encore assurée. Mots-clés : Arctique, changements climatiques, cogestion, pêche commerciale, gouvernance, Organisation Régionale de Gestion de la Pêche, développement durable / According to climate change and retreat of sea ice, Arctic becomes progressively opened to human activities which include commercial fishing and marine biological resources should have negative consequences for Arctic marine ecosystems. It seems relevant to analyze political and economic actor’s strategy and their interplay within the framework of commercial fishing and to understand their wishes to develop this commercial activity within the framework of sustainable development. Based on national, international and subnational statistics, a questionnaire was sent to fishing companies, meetings with federal and territorial ministries, management boards and other arctic coastal states. I would like to understand the development of commercial fishing and sustainable fishing evolution in Canadian Arctic and Arctic high sea. The wishes of economic and political actors to exploit fish stocks are incontestable but some technical, scientific, economic and legal obstacles limit commercial fishing expansion and increasing. In Canadian Arctic, disagreements between southern and northern fishers regarding resources exploitation, lack of scientific knowledge and infrastructures, and low productivity suggests that commercial fishing is limited in Baffin Bay. Within Arctic Ocean, different strategies of Arctic coastal states and low commercial fishing perspectives do not encourage a sustainable framework of commercial fishing. However, precautionary principles request commercial fishing framework implementation before sea ice retreat allows a commercial fishing beginning. So, we are not witnessing a race to fishing Eldorado nor a ban of Arctic fishing. Fishing perspectives are low and commercial fishing development is slow but commercial fishing sustainability is not ensured. Keywords: Arctic, climate change, comanagement, commercial fishing, governance, Regional Fishing Management, sustainable development

An important goal, within the context of improving climate change modelling, is to enhance our understanding of aerosols and their radiative effects (notably their indirect impact as cloud condensation nuclei). The cloud optical depth (COD) and average ice particle size of thin ice clouds (TICs) are two key parameters whose variations could strongly influence radiative effects and climate in the Arctic environment. Our objective was to assess the potential of using multi-band thermal radiance measurements of zenith sky radiance for retrieving COD and effective particle diameter (Deff) of TICs in the Arctic. We analyzed and quantified the sensitivity of thermal radiance on many parameters, such as COD, Deff, water vapor content, cloud bottom altitude and thickness, size distribution and shape. Using the sensitivity of IRT to COD and Deff, the developed retrieval technique is validated in comparison with retrievals from LIDAR and RADAR. Retrievals were applied to ground-based thermal infrared data acquired for 100 TICs at the high-Arctic PEARL observatory in Eureka, Nunavut, Canada and were validated using AHSRL LIDAR and MMCR RADAR data. The results of the retrieval method were used to successfully extract COD up to values of 3 and to separate TICs into two types : TIC1 characterized by small crystals (Deff < 30 [micro]m) and TIC2 by large ice crystals (Deff > 30 [micro]m, up to 300 [micro]m). Inversions were performed across two polar winters. At the end of this research, we proposed different alternatives to apply our methodology in the Arctic.

La fonte des glaces dans l'Arctique laisse entrevoir l'ouverture d'une nouvelle voie maritime au Nord-Ouest du globe, facilitant dès lors l'accès aux potentiels industriels de cette région. Les intérêts économiques liés à l'entrée de l'Arctique dans la mondialisation se heurtent de front à la qualité de vie, aux valeurs culturelles et aux intérêts des communautés nordiques et à la souveraineté canadienne dans l'Arctique. Le gouvernement canadien a choisi à travers le programme canadien des Réseaux de centres d'excellence de faire de l'économie fondée sur le savoir, par le transfert des connaissances et la collaboration entre les acteurs du conflit, son « cheval de bataille ». Le Réseau de centres d'excellence ArcticNet a le mandat de diffuser l'ensemble des connaissances et de recourir à l'innovation en vue d'élaborer des stratégies et des politiques nationales qui répondent aux intérêts de chacun dans l'Arctique. Les activités de R&D de l'entreprise à but non lucratif, ArcticNet, sont principalement financées par le programme canadien des Réseaux de centres d'excellence, dont les critères d'excellence, inspirés des différents modèles de l'économie du savoir (Triangle de Sabato, Système nationaux d'innovation et Triple Hélice), reposent sur l'interdisciplinarité et la gestion d'un réseau interinstitutionnel. ArcticNet, dont le siège social est situé à l'Université Laval, est ainsi gérée depuis 2003 par des représentants universitaires, gouvernementaux, industriels et Inuit. Ce mémoire basé sur une étude exploratoire a pour objectif de déterminer la dynamique d'innovation, tant sociale que technique, du Réseau de centres d'excellence ArcticNet, oeuvrant dans le domaine des sciences de l'environnement. Notre enquête par questionnaire tente de traduire l'engagement des institutions publiques et privées partenaires de l'organisation, de déterminer les facteurs qui influencent leurs contributions, ainsi que leur perception quant au Réseau ArcticNet et aux problématiques relatives aux changements climatiques dans l'Arctique. Au regard des résultats que nous avons obtenus, nous émettons l'hypothèse selon laquelle ArcticNet prend place dans un modèle d'innovation élargi aux milieux immédiat et global de cette entreprise du savoir. Au-delà de l'interaction UniversitéGouvernement- Industrie, ArcticNet intégrerait dès lors l'influence et les enjeux propres au milieu de production et de diffusion de l'innovation. Ce système intégré suppose que l'innovation doit répondre à de nombreux défis, notamment relatifs à l'innovation organisationnelle soutenue par la participation des Inuit, d'un conflit entre les sciences sociales et les sciences naturelles et des difficultés relationnelles entre le système scientifique et l'Industrie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : L'économie fondée sur le savoir, Réseau de centres d'excellence ArcticNet, Le passage du Nord-Ouest.

Le comportement de mise en réserve de nourriture a évolué chez plusieurs espèces comme une adaptation pour faire face à des périodes de pénurie alimentaire. Les mammifères terrestres de l'Arctique sont sujets à des variations importantes en abondance de nourriture. Le renard arctique (Alopex lagopus) est reconnu pour son habitude à cacher de la nourriture, particulièrement dans les colonies d'oies où les oeufs sont très abondants durant une période très brève (saison de nidification). L'hypothèse générale de ce projet est que le renard de l'île Bylot maximise son accès aux oeufs de la grande oie des neiges (Chen caerulescens atlantica) via la mise en réserve de nourriture. Des observations comportementales ont été effectuées durant 8 saisons de nidification couvrant deux cycles complets de lemmings. Le taux d'acquisition en oeufs des renards était très élevé durant la ponte et a diminué tout au long de la saison de nidification, tout comme le taux de cache, puisque les oeufs ont été cachés en proportions de leur acquisition indépendamment de la variation saisonnière en abondance d'oeufs. La proportion d'oeufs cachés a plutôt varié annuellement en lien avec l'abondance de lemmings; les renards ont caché la majorité des oeufs (>90%) durant les années de forte abondance de lemmings et durant les deux années suivantes. Cette proportion a diminué à 40% durant la troisième année après le pic de lemmings, probablement parce que les renards ont dû consommer une plus grande proportion des oeufs qu'ils obtenaient. Le taux avec lequel les renards ont récupéré les oeufs cachés a varié en fonction de l'abondance des oeufs dans les nids et l'abondance de la réserve en oeufs cachés. La périssabilité et le temps de consommation sont deux facteurs ayant un effet sur les décisions de cache du renard arctique. Parmi les proies les plus importantes (oeuf, oison et lemming) pour les renards à Bylot, l'oeuf est la moins périssable et est celle qui requiert le plus de temps à manger. La théorie prédit que les oeufs devraient donc être cachés en plus grande proportion et c'est ce qui a été observé dans cette étude. Les deux facteurs pourraient être importants puisque la saison de nidification des oies est courte et que les renards doivent se faire une réserve potentiellement utile à long terme. Le comportement de mise en réserve des renards a été quantifié à un niveau inégalé à l'aide de l'utilisation d'une technique de suivis télémétriques des oeufs cachés. L'hypothèse de la séquestration rapide a ainsi pu être testée pour expliquer pourquoi les renards recachent les oeufs d'oies. Les renards utiliseraient une stratégie de mise en réserve en deux étapes; d'une part, pour maximiser la récolte d'une ressource abondante, mais éphémère et d'autre part, pour relocaliser les oeufs dans des endroits plus sécuritaires. Cette étude fait aussi état d'une première mention à propos d'interactions interspécifiques entre le renard arctique et le grand corbeau (Corvus corax). Ce dernier peut prélever efficacement les réserves faites par les renards. Somme toute, en utilisant de simples données à long terme combinées à des observations plus détaillées et à une technique originale, ce projet nous informe sur les mécanismes comportementaux ayant évolué chez le renard arctique pour maximiser son accès aux oeufs d'oies. Ceci peut potentiellement éclairer certains patrons observés à l'échelle de la population et de la communauté de l'île Bylot. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mise en réserve, Décisions de cache, Périssabilité, Hypothèse de la séquestration rapide, Alopex lagopus, Chen caerulescens atlantica, Corvus corax, Île Bylot.