Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif principal de cette thèse est de caractériser les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes dans un manteau neigeux arctique. Une attention toute particulière est portée au mercure, dont le cycle biogéochimique complexe est encore mal connu. Avant toute chose, les fractions biotiques et abiotiques d'un manteau neigeux saisonnier doivent être caractérisées. A partir d'échantillons de neige et d'eau de fonte prélevés au cours d'une étude de deux mois en 2007 à Ny-Ålesund, nous avons montré que la diversité des séquences est élevée et nous avons également examiné le devenir du mercure, depuis son dépôt au cours des phénomènes de déplétions jusqu'à son transfert lors de la fonte des neiges. Les résultats de cette campagne ont souligné la nécessité d'améliorer nos connaissances sur la spéciation du mercure et ont conduit à l'élaboration d'un biocapteur mer-lux pour mesurer la fraction biodisponible de mercure, déployé lors d'une seconde campagne de deux mois au printemps 2008. En parallèle à l'analyse chimique, nous avons suivi les changements dans la structure des communautés microbiennes présentes dans les échantillons de neige et d'eau de fonte. Nous avons enfin exploré l'effet de la contamination au mercure sur la fonction de la communauté et démontré que le méthylmercure affecte la structure des communautés ainsi que sa fonction à des concentrations beaucoup plus faibles que précédemment rapportées. Nos résultats fournissent une base pour de nouvelles études sur l'interaction entre la composition chimique, la présence de contaminants anthropiques et la structure des communautés microbiennes.

Le mercure est un polluant global posant des problèmes de santé publique. Il est émis par des sources naturelles et anthropiques. Aux pôles, une chimie particulière amène à une oxydation du mercure de l'atmosphère qui provoque des dépôts de mercure divalent sur la neige.Ce travail de thèse propose d'étudier la composante microbiologique dans le cycle du mercure en zone polaire afin de comprendre si elle joue un rôle dans l'entrée du mercure dans les écosystèmes polaires. Pour réaliser cette étude nous avons travaillé sur différents types d'échantillons : micro organismes isolés de la neige comme des levures et des bactéries, plancton collecté en arctique, biofilms échantillonnés en arctique et en antarctique.Les résultats obtenus indiquent que les différents types de microorganismes semblent capable de réagir avec le mercure déposé.Ce type d'approche à l'interface entre la chimie et de la biologie était une première au laboratoire de glaciologie, les résultats obtenus ouvrent des perspectives intéressantes pour la compréhension du cycle du mercure en zone polaire.

Le but de ce projet est d'améliorer la représentation numérique des processus turbulents de couche limite stable (CLS) sur l'océan Arctique dans le modèle Global Environnemental Multi-échelles (GEM). L'expérience numérique réalisée consiste à simuler le climat observé durant la campagne SHEBA d'un an sur un petit domaine régional à haute résolution (110 x 120 @ 0,5 degré) centré sur la mer de Beaufort. Dans la simulation de contrôle effectuée avec la version non modifiée de GEM, le modèle surestime systématiquement le vent de surface Ūr, la vitesse de friction u* et le flux de chaleur latente (HL) qui est 6 fois trop intense l'été en comparaison des valeurs observées au point SHEBA. De plus, le modèle n'arrive pas à simuler les vents faibles observés (Ūr < 1,6 m/s) et manifeste un biais sec persistant dans la CLS durant toute l'année. En comparant la fonction de stabilité utilisée dans GEM øGEM avec les observations de la campagne SHEBA, on remarque que ce paramétrage mène à une surestimation du mélange turbulent en stratification très stable (RiB > 10¯²) qui pourrait expliquer une partie des erreurs du modèle. L'implémentation d'une fonction de stabilité dérivée à partir des observations de SHEBA øSHEBA dans la simulation de sensibilité A a permis d'améliorer Ūr et u* dans le modèle GEM. La longueur de rugosité de la glace de mer utilisée dans le modèle GEM zo,GEM = 0,16 mm aussi ne correspond pas aux observations de la campagne SHEBA. En fait, l'unique paramètre zo,GEM utilisé par GEM est trop faible pour le transfert de quantité de mouvement et trop grande pour le transfert de chaleur et d'humidité. L'implémentation des longueurs de rugosité observées à SHEBA (zom,SHEBA et zoh,SHEBA) dans la simulation de sensibilité B a amélioré Ūr simulé. Le vent minimal Ūmin = 2,5 m/s est un autre paramètre utilisé par GEM qui est susceptible d'être inadéquat pour simuler la CLS. Ce paramètre est utilisé pour éviter une division par zéro par vent faible lors du calcul du nombre de Richardson RiB. En utilisant une valeur plus réaliste de Ūmin = 1,0 m/s dans la simulation de sensibilité C, on arrive à simuler les vents faibles (Ūr < 1,6 m/s) qui n'étaient pas simulés par la version originale du modèle GEM. Dans la simulation D, l'implémentation d'une nouvelle équation diagnostique basée sur l'équation de Clausius-Clapeyron pour qr a éliminé complètement le biais sec dans le modèle. Indirectement, la correction à qr a ramené le HL simulé très près des valeurs observées en réduisant le gradient vertical qr -qs responsable de l'évaporation à la surface. Tous les modèles régionaux participant au projet ARCMIP avaient des défauts semblables (biais sec, HL surestimé et u* trop intense) à ceux du modèle GEM pour une expérience très similaire. Il est donc très probable que l'implémentation des mêmes modifications dans ces modèles soit aussi bénéfique. Il est aussi probable qu'en implémentant ces paramétrages dans les modèles participant au Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) ait un effet bénéfique sur l'océan Arctique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modélisation du climat arctique, Couche limite atmosphérique, Interaction atmosphère-glace- océan, Paramétrisation physique.

La région arctique s’ouvre peu à peu aux activités humaines, en raison du réchauffement climatique et de la fonte des glaces, dûs en partie aux effets radiatifs des aérosols et de l'ozone. En conséquence, les émissions locales de pollution en Arctique pourraient augmenter, et devenir prépondérantes comparées à la source historique liée au transport de pollution depuis les moyennes latitudes. Dans cette thèse, j’effectue des simulations régionales de la troposphère arctique avec le modèle WRF-Chem, combiné à de nouveaux inventaires des émissions de pollution locales en Arctique (navigation et torches pétrolières). Deux cas d’étude issus de campagnes de mesure par avion sont analysés. Premièrement, j’étudie un évènement de transport d’aérosols depuis l’Europe au printemps 2008, afin d’améliorer les connaissances sur cette source majeure de pollution. Deuxièmement, je détermine l’impact des émissions de la navigation en Norvège en été 2012, où la navigation Arctique est actuellement la plus intense. J’utilise ces cas d’étude pour valider la pollution modélisée et améliorer WRF-Chem en Arctique. J’effectue avec ce modèle amélioré des simulations des impacts actuels (2012) et futurs (2050) de la navigation et des torches pétrolières en Arctique. Les résultats indiquent que les torches sont et devraient rester une source majeure d’aérosols de carbone suie réchauffant en Arctique. La navigation en Arctique est une source de pollution importante en été et, en 2050, pourrait devenir une source majeure de pollution locale. / The Arctic is increasingly open to human activity due to rapid warming, associated with decreased sea ice extent. This warming is due, in part, to the effect of short-lived atmospheric pollutants (aerosols, ozone). As a result, Arctic pollutant emissions should increase in the future, and their impacts might become significant compared to the now predominant source due to pollution transport from the mid-latitudes. In this thesis, regional simulations of the Arctic troposphere are performed with the WRF-Chem model, combined with new emission estimates for oil and gas extraction and shipping in the Arctic. The model is used to analyze two case studies from recent airborne measurement datasets: POLARCAT-France in 2008, ACCESS in 2012. First, I investigate an aerosol transport event from Europe to the Arctic in spring 2008, in order to improve our understanding of this major source of Arctic pollution. Second, I determine the air quality and radiative impacts of shipping emissions in Northern Norway in summer 2012, where most current Arctic shipping occurs. I use these results to validate modeled pollution, and to improve WRF-Chem for Arctic studies. The updated model is used to investigate the current (2012) and future (2050) impacts of Arctic shipping and Arctic gas flaring in terms of air quality and radiative effects. Results show that Arctic flaring emissions are and should remain a strong source of local black carbon aerosols, causing warming, and that Arctic shipping is already a strong source of aerosols and ozone during summer. In 2050, diversion shipping through the Arctic Ocean could become a major source of local surface aerosol and ozone pollution.

Ces travaux, effectués dans le cadre de la 4e année polaire internationale et à partir des mesures in-situ obtenues durant le projet POLARCAT-France, ont pour objectifs de fournir, dans un premier temps, une climatologie des panaches de pollution transportés depuis les continents sources (Amérique du Nord, Europe et Asie) vers l’Arctique. La climatologie contient des informations sur les propriétés physique, chimique et optique des particules d’aérosols, l’origine des panaches ayant été déterminée à l’aide du modèle lagrangien de rétro-trajectoire FLEXPART. Dans un second temps, les processus qui influent sur les propriétés des particules de pollution durant leur transport vers l’Arctique ont été étudiés. Si au cours de la campagne d’été au Groenland, il a été montré que la totalité des panaches rencontrés ont subit un processus de dépôt humide durant leur transport vers l’Arctique, la campagne de printemps au nord de la Suède a permis de mettre en avant l’évolution d’un même panache échantillonné lors de 3 vols consécutifs ainsi que des propriétés de mélange entre les contributions anthropiques et naturelles de deux panaches asiatiques. / The aims of this thesis were, in a first step, to build a climatology of pollution plumes transported from source continents to the Arctic as measured during the POLARCAT-France campaigns performed in spring and summer 2008, in the frame of the 4th International Polar Year. The climatology is including informations on aerosol particle physical, chemical and optical properties and is organized as a function of pollution plume origins (determined with the Lagrangian transport model FLEXPART). In a second step, aerosol processes which influenced aerosol properties during transport to the Arctic were studied. During the summer campaign, the whole plumes encounter experienced wet scavenging processes on their pathway to Groenland. In spring, a plume was sampled during three consecutive days and thus, its ageing was characterised. Finally, two Asian plumes allowed us to highlight the external mixing between anthropogenic and biomass burning contributions transported to northern scandinavia.

La hausse des températures et les modifications du régime des précipitations affectent les écosystèmes particulièrement fragiles des régions arctiques et subarctiques et ont des conséquences socio-économiques pour les populations locales. La perception et l'évaluation des opportunités et des risques qui y sont associés, dépendent des moyens de subsistance, des normes, des valeurs et des représentations du monde des individus qui y sont confrontés.La perception du climat est culturellement et socialement construite. Cette perception varie dans le temps et dans l'espace et, parfois même, diffère parmi différents groupes sociaux en fonction des valeurs et des modes de représentation du monde. Pour toutes ces raisons, nous avons non seulement étudié certains phénomènes météorologiques mais aussi intégré le cadre culturel, politique et historique dans lesquels ils s'inscrivent. Nous avons analysé l'environnement et le climat – et par extension, les événements météorologiques à forts impacts – comme des objets socio-culturels afin de mieux comprendre à la fois leurs impacts mais aussi leurs perceptions par les habitants. Ce travail se situe à la croisée de ces chemins, en confrontant l'observation, et donc les changements, et la perception qu'en ont différents acteurs, en considérant deux régions distinctes, les mers nordiques et la République de Touva.Dans une première partie, nous avons analysés l'impact des Polar Lows, d'intenses cyclones de méso-échelle qui se développent sur les mers libres de glace de l'Arctique pendant l'hiver, sur les régions côtières du nord de la Norvège. Ces systèmes sont associés à des vents de surface forts avec bien souvent des rafales qui peuvent être très violentes (Heinemann et Claud, 1997). Les conditions en mer lors du passage d'un PL peuvent s'avérer dangereuses avec des fortes vagues, des précipitations neigeuses brutales et du blizzard. Ces événements météorologiques extrêmes représentent un véritable risque pour les activités maritimes et côtières de la région, notamment pour le transport maritime, la pêche et les plateformes pétrolières et gazières offshore. En effet, les nouvelles zones libres de glace offrent de multiples opportunités économiques dans ces régions, en particulier en mer de Barents. Or dans le même temps, le recul de la banquise élargit mécaniquement les régions de formation des PLs.Dans une seconde partie, nous avons regardé les impacts du changement climatique et des événements météorologiques sévères en République de Touva. La République de Touva se localise entre 49°5 et 53°5 N en latitude, 88°5 et le 99°E en longitude, c'est par conséquent une région subarctique très méridionale. Le climat y est extrêmement continental et les précipitations ont tendance à être faibles en raison de la faible teneur en humidité dans l'air froid. La plupart du territoire est caractérisé par une végétation forestière de taïga ou de steppe semi-aride. Au cours du XXème siècle, la région a connu des changements socio-économiques majeurs, parfois brutaux, avec notamment le passage d'une société communiste à l'économie planifiée à une économie de marché au début des années 1990. Malgré ces récents bouleversements, les pasteurs nomades (chevaux, vaches, yaks, moutons, chameaux) en Touva occidentale et les chasseurs-cueilleurs éleveurs de rennes en Touva orientale, vivent toujours en étroite relation avec l’environnement naturel. Les populations autochtones de Touva, confrontées à un changement rapide de la société et à des changements globaux causés par certaines politiques régionales et nationales contemporaines, avec notamment l’expansion de l'industrie minière et par le développement de mégaprojets (complexe hydroéléctrique, construction d'une voie chemin de fer), offrent des points de vue variés, en fonction de leurs modes de vie, sur les changements environnementaux qu'ils observent et leurs impacts sur leurs activités quotidiennes. / The perception of the climate is culturally and socially constructed. For this reason, we have studied some weather events integrating the cultural, political and historical contexts in which they occur.In a first part, we analyzed the impact of Polar Lows, intense mesocyclones that develop over ice-free Arctic seas during winter time, on coastal regions of Norway. The passage of PL can provoke dangerous sea conditions with strong waves, sudden snowfall and blizzard. This phenomenon may represent a risk to maritime and coastal activities in the region, particularly for shipping, fishing and oil and gas offshore platforms.In a second part we studied the impacts of climate change and severe weather events in the Republic of Tuva. Tuva is a very southern subarctic region. Its climate is extremely continental and precipitation tend to be low due to the low moisture content in the cold air. During the twentieth century, the region has experienced major socio-economic changes, sometimes brutal, including the transition from a communist and planned economy to a market economy in the early 1990. Despite these recent changes, pastoralists in western Tuva (horses, cows, yaks, sheep, camels) and reindeer herders in eastern Tuva, still live in close contact with the natural environment. Indigenous peoples of Tuva are facing global changes caused by certain contemporary regional and national policies, including the expansion of the mining industry and the development of mega projects. They offer different points of view, describing environmental changes and their impact on their daily activities.

D’abord méconnue puis longuement sous-estimée, la biodiversité de l’Arctique fait maintenant face à d’importantes altérations sous les effets combinés des changements climatiques ainsi que l’augmentation des activités commerciales dans l’Arctique canadien. Ces altérations ne sont pas sans risque pour les communautés d’invertébrés marins, particulièrement dans les zones sensibles telles que les ports commerciaux. La protection de la biodiversité représente un enjeu majeur, nécessitant une bonne compréhension de l’organisation spatiale des espèces au moyen d’indices de biodiversité tels que les indices alpha, beta et gamma, de même que le développement de méthodes de détection efficace. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, la biodiversité obtenue à l’aide de méthodes d’échantillonnage traditionnelle fut comparée à la biodiversité détectée par l’ADN environnementale (ADNe), grâce au metabarcoding des gènes COI et 18S, afin de documenter les patrons de biodiversité des communautés d’invertébrés marins à différentes échelles spatiales. À partir d’échantillons d’eau de 250 ml récoltés à trois différentes profondeurs au sein des ports de Churchill, Baie Déception et Iqaluit, il fut possible de déceler la présence de 202 genres répartis dans plus de 15 phyla. De ces organismes, seulement 9 à 15% furent également collectés par les méthodes traditionnelles, révélant ainsi l’existence de différences significatives au niveau de la richesse et de la composition des communautés entre ces différentes approches d’échantillonnage. Outre ces différences majeures, cette étude a permis de démontrer une réduction de la biodiversité beta dans les communautés détecter à l’aide de l’ADNe comparativement aux communautés identifiées par la collecte de spécimens. Cette homogénéisation de la biodiversité souligne le rôle non négligeable de la dispersion de l’ADNe ainsi que l’influence notoire des stades de vie pélagique dans sa détection. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude mettent bien en évidence le potentiel du metabarcoding d’ADNe tout en insistant sur son caractère complémentaire face aux méthodes traditionnelles pour d’éventuelles applications en gestion et conservation des communautés d’invertébrés marins de l’Arctique / Arctic biodiversity has long been underestimated and is now facing rapid transformations due to ongoing climate change and other impacts including shipping activities. These changes are placing marine coastal invertebrate communities at greater risk, especially in sensitive areas such as commercial ports. Preserving biodiversity is a significant challenge, going far beyond the protection of charismatic species and involving suitable knowledge of the organization of species in space. Therefore, knowledge of alpha, beta and gamma biodiversity indices are of great importance in achieving this objective together with new cost-effective approaches to monitor changes in biodiversity. This study compares metabarcoding of COI mitochondrial genes and 18S rRNA genes from environmental DNA (eDNA) water samples with standard species collection methods to document patterns of invertebrate communities at various spatial scales. Water samples (250 mL) were collected at three different depths within three Canadian Arctic ports; Churchill, MB, Iqaluit, NU and Deception Bay, QC. From these samples, 202 genera distributed across more than 15 phyla were detected using eDNA metabarcoding, of which only 9% to 15% were also identified through species collection at the same sites. Significant differences in taxonomic richness and community composition were observed between eDNA and species collections, both on local and regional scales. This study shows that eDNA dispersion in the Arctic Ocean reduces beta diversity in comparison to species collection while emphasizing the importance of pelagic life stages for eDNA detection. This study highlights the potential of eDNA metabarcoding to assess large-scale arctic marine invertebrate diversity while emphasizing that eDNA and species collection should be considered as complementary tools for providing a more holistic picture of the marine invertebrate communities living in coastal areas.

Au cours des dernières décennies, le réchauffement climatique a entrainé une arbustation accélérée des écosystèmes arctiques. En modifiant l'albédo, les arbustes influencent la température de l'atmosphère, du manteau neigeux et du pergélisol, ce qui pourrait accélérer la fonte ou le dégel de ces deux derniers et initier de fortes boucles de rétroaction positive qui accentueraient les effets des changements climatiques. L'une des conséquences principales de cette arbustation est la réduction de l'albédo de la neige par les branches qui dépassent du manteau neigeux et en assombrissent la surface. De plus, des interactions complexes entre neige et arbustes d'une part modulent la remobilisation et le transport de la neige par le vent et d'autre part accélèrent la fonte durant les redoux. Ainsi, la présence d'arbustes au sein du manteau neigeux peut affecter les propriétés physiques et optiques de la neige, altérant encore davantage l'albédo de la surface affectée. Enfin, les branches ensevelies dans la neige peuvent également influencer le budget radiatif en absorbant les rayons lumineux car ceux-ci pénètrent généralement à plus de 10 cm de profondeur dans le manteau neigeux. Pour étudier et quantifier les interactions entre la neige, les arbustes et la lumière, nous avons récolté un jeu de données unique qui compare des manteaux neigeux avec et sans arbustes. Pour tous les sites échantillonnés, nous avons mesuré l'albédo spectral in situ et les profils de propriétés physiques de la neige ainsi que d'irradiance. Nous avons récolté ces données dans le bas Arctique, à Umiujaq, Nord du Québec, Canada (56° N, 76° W), au cours de plusieurs campagnes de terrain d'automne et d'hiver. En nous basant sur les données obtenues ainsi que des données de taille et de distribution verticale de branches d'arbustes, nous avons développé et validé une paramétrisation simple mais efficace permettant de modéliser l'albédo de surfaces hétérogènes composées de neige et d'arbustes. Cette nouvelle paramétrisation nous a permis de modéliser l'albédo avec une erreur inférieure à 3 %. Elle peut être utilisée de manière prédictive et est facile à intégrer aux modèles de système terre. L'albédo ainsi modélisé nous a permis d'élucider des processus importants des interactions entre la neige, les arbustes et la lumière. Nous avons trouvé que la réduction de l'albédo par les branches qui dépassent du manteau neigeux dépend de la longueur d'ondes considérée. Tôt durant la saison nivale, les branches diminuent l'albedo de 55 % à 500 nm et 18 % à 1000 nm. En revanche, l'effet des branches sur les propriétés physiques de la neige n'étaient pas suffisamment importants pour affecter l'albédo, sauf lors d'évènements climatiques extrêmes comme les blizzards ou les épisodes de chaleur. Nos résultats suggèrent que l'impact direct de l'assombrissement par les branches est largement supérieur aux effets indirects causés par les changements des propriétés physiques de la neige. Cependant, ces derniers pourraient gagner en importance si les évènements climatiques extrêmes devenaient plus fréquents au fur et à mesure que le réchauffement de l'Arctique s'intensifie. Finalement, nous montrons que l'impact des branches ensevelies sous la neige se traduit surtout par une augmentation de la fonte durant les épisodes de chaleur ainsi que par une intensification des processus métamorphiques tôt dans la saison. Cependant ces impacts étaient extrêmement localisés et restreints à l'environnement très proche des branches. Pour cette raison, il a été difficile de quantifier l'impact des branches ensevelies sur le budget radiatif terrestre, d'autant plus que les concentrations de carbone suie élevées (185 ng g⁻¹) dans le manteau neigeux d'Umiujaq ont accentué l'incertitude quant à l'effet relatif de ces deux processus sur l'albédo. Finalement, comme notre paramétrisation pour modéliser l'albédo a été développée sur la base de données provenant d'un seul site, nous croyons qu'il serait nécessaire de la tester de manière plus générale, avec des données provenant d'autres endroits. De cette manière, elle pourrait ensuite être intégrée aux modèles de surface continentale, ce qui permettrait d'inclure un effet réaliste de l'arbustation actuelle et future de l'Arctique sur les scénarios climatiques locaux et globaux. / Arctic warming is causing an expansion of deciduous shrubs in the Arctic tundra biome. By modifying albedo, shrubs affect the temperature of the atmosphere, snowpack and permafrost, potentially increasing permafrost thawing and snow melting, and forming a powerful feedback to global warming. The most prominent impact of shrubs is a reduction of surface albedo when dark branches protrude above the bright snow surface. Additionally, complex snow-shrub interactions modify snow redistribution during windy conditions and increase snowmelt rates during warm spells. Thus, snow over shrub-covered tundra may have different physical and optical properties, leading to further modification of surface albedo. Finally, shrub branches buried in snow may still have an impact on the radiation budget because they can absorb light rays which generally penetrate deeper than 10 cm into the snowpack. To study and quantify the snow-shrub-light interactions, we collected a unique dataset comparing snowpacks with and without shrubs. For every site sampled, we measured in situ spectral albedo (400–1080 nm) and recorded snow physical properties and irradiance profiles. These data were acquired in a low Arctic site near Umiujaq, Northern Quebec, Canada (56° N, 76° W), during several field campaigns in autumn and winter. Based on these field data and a dataset of branch sizes and vertical distribution, a simple yet accurate parameterization for modeling albedo of mixed snow-shrub surfaces was developed and validated. This new parameterization had an accuracy of 3 %, can be used in a predictive way, and is easy to implement in earth system models. We uncovered important insights on snow-shrub-light interactions. Surface darkening by protruding branches was wavelength-dependent, and decreased albedo early in the snow season by 55 % at 500 nm and 18 % at 1000 nm. Changes in snow physical properties that were significant enough to impact albedo only occurred in conjunction with extreme weather events like after blizzards or during warm spells. Thus, the direct impact of darkening from shrubs likely dominates over the indirect impact from changes in snow physical properties, however the latter may gain in importance if extreme weather events become more frequent as Arctic warming progresses. The impact of buried branches was very localized, increasing snow melting during warm spells and enhancing snow metamorphic processes early in the season in the direct vicinity of branches. However, quantifying the impact of buried branches on the radiation budget was challenging due to their highly localized effect and because of high black carbon concentrations in the snowpack at our study site, which reached 185 ng g-1. We suggest that future research test the parameterization developed here more broadly, as this study was based on data from just one study site. The parametrization can then be implemented into land surface models, allowing for reliable estimates of the effect of current and projected Arctic shrubification on global and regional warming.

Les lipides représentent non seulement la forme d'énergie la plus dense qui est transférée lors des interactions trophiques en milieu marin, mais comprennent également des acides gras essentiels (AGE) que les herbivores ne peuvent pas synthétiser de novo et doivent assimiler par alimentation pour assurer leur croissance, leur survie et leur reproduction. Puisque la croissance des microalgues qui produisent la grande majorité des AGE est conditionnée par de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'eau (p. ex., température, lumière, nutriments, pH), la variabilité environnementale et les changements climatiques en cours pourraient affecter significativement la synthèse d'acides gras, soit directement en induisant une réponse physiologique des microalgues, soit indirectement en favorisant des changements taxinomiques. Ces modifications pourraient alors se répercuter sur les herbivores et l'ensemble du réseau alimentaire. Cette thèse a étudié ces possibilités au moyen d'approches empiriques et expérimentales combinant un échantillonnage inédit à grande échelle dans les eaux arctiques et subarctiques du Canada et une expérience de croissance en microcosme. Malgré une grande variabilité des propriétés physico-chimiques à travers l'aire d'étude, la composition taxinomique des assemblages phytoplanctoniques s'est imposée comme principal déterminant de la composition lipidique de la matière organique. Au sein des communautés dominées soit par des flagellés ou des diatomées, le pH et de façon inattendue, la salinité, ont influencé la synthèse d'omega-3 et de l'acide eicosapentaénoïque (EPA) en particulier. Cette étude souligne également l'importance des maximums subsuperficiels de chlorophylle a (SCM) qui perdurent durant tout l'été et fournissent une source persistante de matière organique à forte teneur en acides gras polyinsaturés. L'examen de marqueurs trophiques caractéristiques des diatomées suggère que la majeure partie du contenu en acide gras des copépodes a été acquise par broutage récent au SCM plutôt que par accumulation antérieure lors de l'efflorescence printanière en surface. Au-delà du couplage observé dans les teneurs de certains AGE chez les copépodes et le phytoplancton sur de courtes échelles de temps, des différences notables dans la composition lipidique des animaux étaient attribuables à l'espèce et au stade de développement. L'approche expérimentale visant à simuler le développement d'une floraison de diatomées a démontré que leur composition lipidique était davantage affectée par la température que par la lumière ou le pH, et que le signe de la réponse pouvait s'inverser selon l'acide gras considéré. Cependant, les changements observés peuvent être considérés comme modestes étant donné les perturbations fortes et soudaines imposées par le protocole expérimental. Dans l'ensemble, la thèse montre que l'impact principal du forçage physico-chimique sur le contenu en acides gras des organismes à la base des réseaux alimentaires des eaux canadiennes arctiques et subarctiques se produit par la sélection environnementale des différents groupes de phytoplancton et de copépodes. Bien que les profils lipidiques de ces organismes puissent également être affectés directement par les propriétés physico-chimiques, que ce soit in situ ou in vitro, ces réponses sont généralement faibles et suggèrent un haut degré de résistance physiologique de ces espèces. / In addition to being the densest form of energy that can be transferred during trophic interactions in the marine environment, lipids include essential fatty acids (EFA) that herbivores cannot synthesize de novo and must acquire from their diet in order to ensure growth, survival and reproduction. Since the growth of the microalgae that produce the vast majority of these EFA is conditioned by a host of physicochemical water properties (e.g., temperature, light, nutrients, pH), environmental variability and ongoing climate change could significantly alter their fatty acid composition, either directly by inducing physiological responses or indirectly by promoting changes in species assemblages. These alterations could then propagate to herbivores and, presumably, the upper food web. This thesis investigated these possibilities using empirical and experimental approaches combining large-scale sampling across Canadian Arctic and sub-Arctic waters with a microcosm experiment simulating a diatom bloom. Despite high variability in physicochemical properties across the sampling area, the taxonomic composition of phytoplankton assemblages emerged as the primary determinant of their lipid composition. Within communities dominated by either flagellates or diatoms, pH and surprisingly, salinity then modulated the synthesis of omega-3 and eicosapentaenoic acid (EPA) in particular. The results underscore how the maintenance of long-lived subsurface chlorophyll maxima (SCM) during summer and fall provide copepods with a persistent source of elevated organic matter with a high content of polyunsaturated fatty acids. An analysis of trophic markers that are characteristic of a diatom diet suggested that a major portion of the fatty acid content of copepods was acquired by recent grazing on SCM rather than prior feeding on spring blooms at the surface. Beyond this tight coupling of copepod and phytoplankton EFA content at short time scales, notable differences in the lipid composition of the animals were attributable to species and developmental stage. The microcosm experiments showed that the lipid composition of diatoms that dominate SCM communities was more impacted by temperature than by light or pH, and that the sign of the response was different depending on the specific EFA considered. However, the changes observed can generally be considered as modest given the strong and sudden perturbations imposed by the experimental protocol. Overall, the thesis shows that the main impact of physicochemical forcing on the fatty acid content of organisms in the lower food webs of Eastern Canadian Arctic and sub-Arctic seas occurs through the environmental selection of different phytoplankton groups and copepod species. While the lipid profiles of these organisms can also be affected directly by physicochemical conditions, either in situ or in vitro, these responses are generally small and imply a high degree of physiological resistance.