L’oxyde nitreux (N2O) est un gaz à effet de serre dont la présence dans la stratosphère contribue aussi à la destruction de l’ozone. Le but de cette étude, était de déterminer la présence de N2O dans la glace de mer de l’océan Arctique et d’évaluer l’impact de cette source potentielle sur l’atmosphère. Les concentrations totales de N2O dans les derniers 10 cm de la glace de mer et dans l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace ont été quantifiées dans la mer de Beaufort de mars à avril 2008. Nos mesures ont mis en évidence des concentrations totales en N2O faibles et constamment sous-saturées par rapport à l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace (ca. 40%) et à l’atmosphère (ca. 30%). Nous expliquons cette sous saturation par un rejet de la saumure riche en N2O lors de la formation de la glace à l’automne et à l’hiver. La glace de mer pourrait donc représenter une source de N2O pour l’atmosphère arctique pendant ces périodes. / Nitrous oxide (N2O) is a greenhouse gas which also plays a role in stratospheric ozone depletion. The objective of this study was to demonstrate the presence of N2O in Arctic sea ice, and to quantify the impact of this potential source to the atmosphere. Bulk concentrations of N2O in the bottom 10 cm of the sea ice and in the underlying surface waters were measured in the Beaufort Sea from March to April 2008. Our sea ice measurements revealed low N2O bulk concentrations with N2O being consistently undersaturated with respect to the underlying surface water (ca. 40% saturation) and the atmosphere (ca. 30% saturation). The most plausible mechanism to explain the low N2O sea ice concentrations is a loss of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter. Sea ice could thus act as a source of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter.

Dans l'océan Arctique, les conditions de croissance des micro-algues sont particulièrement variables et souvent contraignantes. De par sa position et sa taille modeste, cet océan est fortement influencé par les fleuves affluents et les eaux de l'Atlantique et du Pacifique. La lente propagation de ces eaux fait en sorte que, durant le premier été, le phytoplancton épuise les nutriments dans la couche de surface; le renouvellement des nutriments est ensuite limité par la très forte stratification verticale causée par l’accumulation d’eau douce. Ces conditions mènent le phytoplancton à trouver un compromis entre la limitation en lumière (en profondeur) et en nutriment (en surface), ce qui conduit à la formation d'un maximum de chlorophylle subsuperficiel (SCM). L'objectif premier de cette thèse était d’examiner, pour la première fois, la structure verticale, l’écologie et la productivité des SCM en fonction des conditions du milieu dans différents secteurs côtiers de l'Arctique canadien. Il appert que les SCM sont des structures omniprésentes et persistantes dans les eaux libres de glace. La plupart des SCM étaient associés à la nitracline, suggérant que la disponibilité en nitrate exerce une influence dominante sur leur positionnement vertical. Une étude expérimentale des relations entre la lumière, la disponibilité en azote et la productivité primaire a montré que les algues du SCM présentent de fortes compétences photosynthétiques et assimilent activement le carbone, le nitrate et d’autres sources d’azote. Bien que leur productivité à court terme soit contrainte par la faible luminosité et les basses températures, les algues du SCM contribuent largement à la production primaire journalière nouvelle, représentant une source majeure de matière organique pour l’écosystème. Comme il est difficile de mesurer la production annuelle du SCM, les résultats expérimentaux ont été jumelés à un modèle écosystémique numérique initialisé et forcé avec les conditions physico-chimiques du golfe d’Amundsen. Les simulations indiquent que la couche verticale englobant le SCM effectuerait l’essentiel de la synthèse de matière organique dans cet environnement. Vu l’impact présumé du SCM sur le réseau alimentaire, les flux verticaux de carbone et la justesse des estimations satellitaires de productivité, la meilleure compréhension de la dynamique des SCM résultant de cette thèse permet de jeter un regard nouveau sur l’écologie de l’océan Arctique dans un contexte de changements climatiques rapides. / In the Arctic Ocean, the growth conditions of micro-algae are highly variable and often restrictive. By virtue of its location and small size, this ocean is strongly influenced by water inputs from large rivers and the adjacent Atlantic and Pacific oceans. The slow propagation of these waters ensures that the phytoplankton exhausts nutrients in surface waters during the first summer. Afterwards, upward nutrient renewal is curtailed by the strong vertical stratification imparted by the accumulation of freshwater. These conditions force the phytoplankton to find a compromise between light limitation at depth and nutrient limitation at the surface, resulting in the formation of subsurface chlorophyll maximums (SCM). The central objective of this thesis was to provide the first comprehensive analysis of the vertical structure, ecology and productivity of SCM with respect to environmental conditions across different sectors of the coastal Canadian Arctic. Results revealed the widespread occurrence of long-lived SCM in ice-free waters. Most of these SCM were closely associated with the nitracline, implying that their vertical positioning was primarily influenced by nitrate availability in the lower euphotic zone. Experimental assessments of nitrogen nutrition and photosynthetic rates showed that SCM phytoplankton possessed high photosynthetic competency and were actively assimilating carbon, nitrate and other nitrogen sources. Although low irradiance and temperature constrained short-term productivity in the lower euphotic zone, SCM contributed strongly to daily new production and thus represented a major source of organic matter in the ecosystem. Since the overall contribution of SCM to annual productivity is very difficult to measure directly, experimental results were combined with a numerical ecosystem model initialized with and forced by the physico-chemical conditions of Amundsen Gulf. The simulations indicate that SCM layers potentially contribute most of the annual new and total primary production in the southeast Beaufort Sea. Since these layers presumably exert a strong impact on the food web, vertical carbon flux and the accuracy of remote-sensing estimates of productivity, the new knowledge of SCM dynamics generated in this thesis provides crucial insights into the ecology of the Arctic Ocean in a context of rapid environmental changes.

L'objectif de mon étude était d'évaluer la contribution des bactéries à l'assimilation d'azote (pN) en surface et au maximum sub-superficiel de chlorophylle (SCM) dans l'océan Arctique canadien afin d'évaluer les impacts possible de cette prise sur le phytoplancton et la production primaire nouvelle telle qu'estimée par le /-ratio (i.e., la proportion de la prise totale d'azote qui est comblée par de l'azote allochtone tel le nitrate). Deux méthodes permettant d'estimer la pN bactérienne ont aussi été comparées: le fractionnement de taille (SM) et la méthode par inhibition des bactéries (IM). Considérant les valeurs obtenues par PIM, qui a semblé être la méthode la plus appropriée dans la zone d'étude, les bactéries ont utilisé surtout l'azote inorganique et peu d'azote organique. L'ammonium (NH/) a été la principale source d'azote pour les bactéries, dont l'avantage compétitif sur le phytoplancton leur a permis d'en être les principaux consommateurs. Malgré la faible lumière qui y persiste, le SCM n'avantage pas les bactéries puisque leur pN est proportionnelle à l'activité phytoplanctonique tant en surface qu'au SCM. L'impact de la soustraction de la pN bactérienne lors de l'estimation du/^ratio est généralement faible mais varie selon la station échantillonnée et dépend de la disponibilité du NH4+ dans l'environnement ainsi que de la proportion de la pN bactérienne totale comblée par le NH4+, le nitrate et l'urée. Cette étude démontre que les bactéries sont d'importants consommateurs d'azote et que cette contribution doit être quantifiée afin d'interpréter correctement la mesure du /-ratio et d'améliorer notre compréhension des cycles de l'azote et du carbone dans l'océan Arctique canadien.

Le très abondant Boreogadus saida occupe au sein de l’écosystème marin arctique une place prépondérante, ce qui lui vaut une attention croissante des scientifiques. Arctogadus glacialis, commun dans toutes les mers arctiques, est beaucoup moins étudié. Les deux espèces et leurs jeunes stades cohabitent mais ces derniers sont pratiquement impossibles à différencier. Seuls des outils génétiques, ou une méthode utilisant la taille du noyau de l’otolithe développée dans cette thèse, peuvent distinguer les deux espèces. Ces méthodes d’identification ont permis d’étudier pour la première fois l’écologie des jeunes stades d’Arctogadus et d’estimer la proportion de cette espèce dans des échantillons de gadidés arctiques. À la lumière des observations faites en mer de Beaufort, il apparait que les jeunes Arctogadus ont une abondance environ vingt fois moindre, une taille à l’éclosion supérieure, un taux de croissance similaire, et un taux de mortalité inférieur aux jeunes Boreogadus. Pour Boreogadus, l’hypothèse selon laquelle certaines larves éclosent en hiver près des panaches des fleuves, a été testé, d’abord en comparant la saison d’éclosion dans six régions de l’océan Arctique caractérisées par différents apports d’eau douce. Conformément à cette hypothèse, l’éclosion commence en hiver dans les mers recevant de forts apports fluviaux alors que l’éclosion débute au printemps dans les régions aux apports d’eau douce limités. Les larves qui éclosent en hiver profitent d’une longue saison de croissance leur permettant d’atteindre des tailles pré-hivernales largement supérieures aux larves qui éclosent en été, ce qui favoriserait leur survie. Cette même hypothèse a ensuite été testée en comparant la composition chimique des otolithes de Boreogadus provenant de ces six régions, et les différences observées semblent appuyer l’hypothèse. Les tendances actuelles au devancement de la débâcle, au réchauffement des eaux de surface et à l’augmentation du débit des fleuves pourraient favoriser le recrutement de Boreogadus, et possiblement aussi celui d’Arctogadus. Découle de cette thèse une connaissance accrue de l’écologie de gadidés habitant un océan confronté à une pléthore de changements. / The very abundant polar cod (Boreogadus saida) plays a preponderant role in the Arctic marine ecosystem and consequently has received significant attention in recent years. The ice cod (Arctogadus glacialis), a common species in all Arctic seas, is much less studied. Both species co-occur on Arctic continental shelves and their early life stages are often found together in ichthyoplanktonic collections. However, larvae and juveniles of polar cod and ice cod are almost impossible to differentiate. Only genetic tools, or a method using the size of the otolith nucleus developed in this thesis, can distinguish the two species. These identification methods allowed to study for the first time ice cod early life stage ecology and estimate the proportion of this species in Arctic gadids samples. In light of observations made in the Beaufort Sea, it seems that young ice cod are about twenty times less abundant, hatch at a larger size, grow at the same rate, and have a mortality rate inferior to young polar cod. For polar cod, the hypothesis that some larvae hatch in winter near river plumes, was tested, first by comparing the hatching season in six regions of the Arctic characterized by different freshwater inputs. Consistent with this hypothesis, hatching starts in winter in seas receiving large river discharge while hatching starts in spring in regions with limited freshwater inputs. The larvae hatched in winter benefit from a long growth season allowing them to reach larger pre-winter size than larvae hacth in summer, a condition that likely favors their survival. This same hypothesis was further tested by comparing the otolith chemistry of polar cod juveniles from those six regions, and the differences observed seem to support the hypothesis. On-going trends of earlier ice break-up, warmer surface layer, and increased river discharge could favor polar cod, and possibly also ice cod, recruitment. Arise from this thesis an increased knowledge of the ecology of gadids living in an Ocean facing a plethora of changes.

L'Arctique est la région du globe où le réchauffement climatique est le plus prononcé. L'étude de la diversité des microorganismes, leur dynamique de communauté et les facteurs environnementaux qui agissent sur eux s'avèrent donc importants pour comprendre comment ces communautés vont réagir à des changements environnementaux. Cette thèse explore la diversité des protistes et leur dynamique dans l'océan Arctique sur une échelle temporelle ainsi que spatiale. La méthodologie utilisée dans cette étude est basée sur l'analyse des séquences du 18S ADN. L'étude temporelle de la communauté des protistes de la zone mésopélagique montre une communauté dynamique avec des assemblages distincts à l'hiver-printemps et à l'été-automne. Cette dynamique est associée à des changements hydrographiques et montre aussi un couplage avec la zone euphotique, qui est reflétée par une plus grande proportion des séquences associées à des dinoflagellés hétérotrophes pendant la période été-automne. Dans la zone euphotique, la transition printanière est caractérisée par une augmentation de la biomasse des organismes autotrophes. Toutefois, lorsqu'un maximum de chlorophylle a est atteint, l'activité des ciliés et dinoflagellés hétérotrophes est stimulée. L'étude de la diversité des protistes à la fin de la saison productive dans la zone euphotique montre que des masses d'eau, avec une origine commune, présentent des assemblages de protistes plus similaires. Néanmoins, un groupe divers de taxons se retrouve distribué de façon pan-arctique. Parmi ceux-ci, il y a des organismes autotrophes, hétérotrophes et parasitiques. Cette thèse a permis d'augmenter la connaissance de la dynamique des organismes autotrophes dans les milieux pélagiques arctiques et offre une nouvelle vision de l'écologie des protistes hétérotrophes et parasitiques. Les résultats soulignent que ces protistes hétérotrophes doivent être considérés dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique.

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.

Depuis 1995, les changements climatiques accélèrent la fonte de la banquise arctique et laissent entrevoir la possibilité d’un accroissement de la navigation touristique. Dans ce contexte, les médias et certains chercheurs, étant donné l’engouement récent pour les croisières arctique, se sont faits les porte-parole d’un accroissement spectaculaire dans l’Arctique canadien. Cette recherche, donc, a pour ambition d’analyser les perspectives d’évolution de la navigation touristique dans l’Arctique canadien par le biais des représentations qu’elle engendre à différentes échelles. Il ressort, de cette analyse, des opinions mitigées. D’un côté, les armateurs et affréteurs de navires de croisières n'ont pas le souhait d'accroître leurs activités en raison d’une panoplie d’éléments d’ordre logistique, tout comme les passagers qui désirent préserver le caractère intime des petits navires d’expéditions. De l’autre côté, les communautés locales, aux prises avec de graves problèmes socioéconomiques et avides de revenus supplémentaires, voient d’un bon oeil la venue de nombreux navires. / Since 1995, the fast melting of the summer pack in the Canadian Arctic precludes the possibility of increased tourism shipping. In this context of gradual reduction of Arctic Sea Ice, the Medias and some researchers, given the strong popularity of cruises around the Arctic, have been the spokesmen of an inevitable increase in the Canadian Arctic. This research aims to analyse the outlook for the tourist shipping in the Canadian Arctic through representations it generates at different scales. It appears strong mitigated opinions. On the one hand, the owners and operators of cruise ships aren’t interested in expanding their business activities due to a variety of logistical elements, as well as passengers who wish to preserve the intimate of those small expedition vessels. On the other hand, local communities, struggling with serious socioeconomic problems and eager for extra income are strongly interested in the expansion of industry.

Pour pallier le manque de connaissances sur la biogéographie des diatomées nordiques, le recueil d'un maximum d'informations est encouragé. Rassembler les données paléolimnologiques régionales permet d'effectuer des analyses écologiques et environnementales dans un contexte géographique plus large. La Circumpolar Diatom Database (CDD), un projet initié en 1997 par le Laboratoire de Paléoécologie Aquatique (LPA), tente de répondre à ces besoins. Toutefois, cette première version de la CDD comporte certaines lacunes, dont l'insertion de données de type « Z » (niveau de carottage) et l'implantation dans un système d'information géographique (SIG). L'objectif principal de cette étude est de développer une nouvelle structure de base de données relationnelle particulièrement adaptée aux données paléolimnologiques favorisant l'archivage, la consultation et la représentation cartographique des données à l'échelle circumpolaire. En second lieu, ce projet vise à tester le potentiel d'implantation de la CDD dans un SIG et d'entrevoir sa diffusion au sein de la communauté scientifique. Les étapes méthodologiques de développement d'un système d'information ont mené à la création d'un modèle de base de données relationnel composé par langage SQL. Une liste de références taxonomiques a été réalisée par l'unification de plusieurs listes existantes. Une interface utilisateur a été développée sous forme de formulaires MS Access facilitant la consultation des résultats. L'utilisation de la CDD a été testée dans ArcGIS par une connexion OLE DB et par conversion en « Personal Geodatabase ». La collecte de données a permis de tripler le volume d'informations de la nouvelle CDD. Elle renferme maintenant quelque 572 sites d'échantillonnage, 39 350 données d'occurrence et 15 000 données limnologiques. Sa couverture s'étale sur huit régions circumpolaires arctiques réparties sur trois continents : Amérique du Nord, Europe et Asie. Jusqu'à maintenant, la couverture spatiale de la CDD permet difficilement d'effectuer des analyses sur une vaste échelle. Il est donc primordial d'encourager la communauté paléolimnologique à contribuer davantage au projet. Ce projet a généré un système d'information exploitable, et les phases d'implantation et de distribution pourront être entreprises en fonction de l'avenir souhaité pour la CDD et des ressources disponibles.

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.

La présente étude s’attarde à relever quelle est la perception des acteurs du secteur maritime de vrac relativement à la navigation dans les passages arctiques, quels sont, en quelque sorte, leurs intentions et leurs attentes face à l’Arctique, et ce, tant au niveau du trafic domestique que de l’exploitation des ressources naturelles ou de l’utilisation de cette zone comme voie de transit. En ce sens, l’objectif principal de l’étude est de présenter, par le biais de différentes compagnies maritimes identifiées, les expectatives et les positions de l’industrie maritime de vrac, face au développement du trafic maritime dans l’Arctique. Deux objectifs spécifiques ont été établis, soit de rendre compte de l’intérêt porté au développement de la région arctique par les entreprises œuvrant dans les services de transport de marchandises de vrac et mettre en lumière les atouts que représentent la région arctique pour les services de transport de marchandises de vrac, ainsi que les contraintes auxquelles ils doivent faire face, et ce, afin de mesurer la viabilité des voies maritimes arctiques pour ce secteur de la marine marchande. Pour y répondre, l’aspect conceptuel de la recherche repose sur les bases de l’étude de cas, dans la mesure où un corpus général a été établi, où les caractéristiques du groupe d’acteurs principaux ont été identifiées et où certains objectifs spécifiques ont été définis, alors que le recueil des données et leur analyse répondent aux normes de la théorisation ancrée, processus visant l’établissement de propositions ou, ultimement, de théories issues des données. Conformément aux principes inhérents à ce type d’analyse, aucune hypothèse de départ n’a été émise. À terme, l’étude conclut que le trafic maritime de vrac dans la zone arctique tend vers une croissance passablement modérée, mais surtout à une stabilité des acteurs dans la région, du moins en ce qui a trait aux opérateurs et gestionnaires commerciaux de l’industrie maritime de vrac. Mots Clés : Arctique, Perception, Navigation, Ressources naturelles, Opérateurs, Gestionnaires commerciaux, Compagnies maritimes.