La construction d'infrastructures de transport dans les régions arctiques et subarctiques est confrontée à des problèmes uniques que l'on ne rencontre pas lors des pratiques d'ingénierie en régions tempérées (Muller, 2008). Un remblai agit comme un long barrage où l'écoulement naturel de l'eau doit être redirigé vers des fossés et des ponceaux, mais cette pratique couramment utilisée dans le sud peut entraîner d'importantes instabilités du sol dans le nord. Selon McGregor et al. (2010), la modification de l'écoulement des eaux de surface est susceptible de modifier le régime thermique du sol, de déclencher la dégradation du pergélisol et même la détérioration des remblais routiers. Les impacts à court et à long terme sur le régime thermique du pergélisol des systèmes de drainage actuellement utilisés avaient été peu documentés jusqu'à présent et il y avait donc un grand besoin de développer une nouvelle approche pour le contrôle de l'advection et de l'érosion thermique. Ce projet de doctorat avait pour objectif principal le développement de nouvelles stratégies, méthodes et outils de conception en ingénierie du drainage afin d'atténuer les problèmes de dégradation du pergélisol résultant de l'écoulement de l'eau le long et sous les infrastructures de transport. Grâce à de nombreuses observations et analyses de données de terrain, ce projet de recherche a réussi à améliorer les connaissances sur le rôle clé de l'écoulement de l'eau dans le transfert de chaleur vers les sols gelés, sur l'érosion thermique et sur la performance des systèmes de drainage routier construits dans le pergélisol. Cette recherche est également innovante puisque la contrainte de cisaillement critique d'un silt gelé et partiellement gelé a été évaluée pour la première fois avec un dispositif d'érosion. Dans le cadre de la recherche, des abaques de conception d'ingénierie ont été développées : 1) pour obtenir le débit admissible limitant l'érosion thermique dans les fossés de drainage en fonction de la contrainte de cisaillement critique du sol et 2) pour limiter l'advection de chaleur par l'écoulement souterrain le long et sous les infrastructures de transport en utilisant le nombre de Peclet adapté aux sols. Les outils de conception de drainage ont été validés à l'aide de données d'études antérieures menées sur le site d'essai de Beaver Creek au Yukon et ont été appliqués aux conditions de trois sites d'essai supplémentaires (Ilulissat, Yukon et Salluit). Ce projet de doctorat est le premier à fournir des outils de conception pour les systèmes de drainage en régions de pergélisol, ce qui constitue une grande avancée dans l'ingénierie des régions froides. / Engineering construction in arctic and subarctic regions faces unique problems not encountered in engineering practices in temperate regions (Muller, 2008). A road embankment acts as a dam spanning a long distance where the natural flow of water must be redirected to ditches and culverts along the way, but this commonly used practice in the south can lead to important soil instabilities in the north. According to McGregor et al. (2010), altering the surface water pattern is likely to alter the ground thermal regime, trigger permafrost degradation and even deterioration of road embankments. The short and long-term impacts on permafrost caused by drainage systems currently used in northern regions had been little documented until now and there was a need to develop a common approach to advection and thermal erosion control. This PhD project aimed to develop new strategies, methods, and engineering drainage design tools to mitigate permafrost degradation issues resulting from water flow along and underneath transportation infrastructure. Through numerous field observations and data analyses, this research project successfully improved knowledge on the key role of water flow in heat transfer to frozen soils, on thermal erosion and on road drainage systems performance build in permafrost. This research is also innovative since the important parameter controlling erosion, the critical shear stress, was assessed for a frozen and partially frozen silt for the first time with an erosion device. As part of this research, design charts were developed: 1) to obtain the allowable flow limiting thermal erosion in drainage ditches based on the soil critical shear stress and 2) to limit heat advection by subsurface flows along and underneath transportation infrastructure using the Peclet number adapted for soils. The drainage design tools developed were validated using observations and data from previous studies conducted at the Beaver Creek road test site in the Yukon and were applied to the conditions of three additional test sites located in Ilulissat (Greenland), near the Alaska-Yukon Border and in Salluit (Nunavik) where the ground is known to be sensible to permafrost degradation and thermal erosion. This PhD project is the first to provide design tools for drainage systems build in permafrost regions which is a great advancement in cold regions engineering.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les impacts du réchauffement climatique observés dans l'Arctique canadien ont le potentiel d'influencer la santé des communautés inuites, notamment en modifiant la sécurité alimentaire. La présente étude vise à documenter les observations et les perceptions de chasseurs et de pêcheurs expérimentés à propos de l'implication des ' changements climatiques pour la diète de leurs ménages sous une approche de vulnérabilité (Turner et al. 2003). Les entrevues semi-structurées (n= 20) ont été réalisées à l'automne 2006 avec la communauté de Kangisualujjuaq au Nunavik. Bien que tous les participants aient rapporté des impacts des changements environnementaux sur l'accès, la disponibilité et la qualité des aliments traditionnels, un peu plus de la moitié considèrent être toujours ou souvent satisfaits de la quantité de nourriture collectée. Ces résultats suggèrent que certains ménages disposent de stratégies d'adaptation efficaces, ce qui constitue d'intéressantes avenues quant à l'orientation des mesures visant à faciliter l'adaptation des groupes plus vulnérables.

L’océan Arctique est une des régions les plus touchées par les changements climatiques. Une importante augmentation de la température de ses eaux de surfaces et des précipitations y est attendue, entrainant une perte significative du couvert de glace et une augmentation des activités humaines. Causant des effets sur les paramètres physico-chimiques, ces changements devraient directement affecter les producteurs primaires (algues de glace et phytoplancton), et de ce fait limiter l’apport de matière organique vers les fonds marins. Il est ainsi admis que les changements climatiques affecteraient la distribution, la diversité et l’abondance des communautés benthiques, en raison de leur impact sur les paramètres environnementaux (couplage pélago-benthique et paramètres physico-chimiques), mais également sur les services et fonctions écosystémiques (par exemple la reminéralisation benthique). La diminution de l’étendue et de l’épaisseur de la glace de mer, la désalinisation des eaux de surface ou bien encore l’augmentation du trafic maritime dans les régions de la Baie d’Hudson et de l’est de l’Arctique Canadien, sont susceptibles d’être à l’origine de grands changements dans la structure des communautés benthiques et des habitats à structures biogéniques. Les impacts des changements climatiques sur les écosystèmes benthiques arctiques étant jusqu’alors peu connus, les objectifs de cette thèse étaient de i) d’apporter une description plus complète et actualisée de la diversité et la distribution spatiale des communautés benthiques dans le complexe de la Baie d’Hudson ; ii) de comprendre les effets des changements climatiques sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes benthiques; et iii) d’enrichir les connaissances des écosystèmes benthiques et d’appuyer la désignation de zones d’intérêt écologique et biologique ainsi que des aires marines protégées. Les travaux réalisés pendant cette thèse nous ont permis de i) mettre à jour les données épibenthiques dans le complexe de la Baie d’Hudson ; ii) aider les gestionnaires dans la mise en place de zones d’importance écologique et biologique ainsi que de zones d’intérêts pour une future désignation d’aires marines protégées; et iii) mettre en évidence l’importance des coraux de bambous en milieu profond sur le fonctionnement de l’écosystème benthique. Un total de 380 taxa a été dénombré dans 46 stations à travers le complexe de la Baie d’Hudson. Malgré une relativement faible couverture spatiale de notre échantillonnage, nous avons été en mesure d’estimer que ce recensement représentait 71 % des taxons présents dans le complexe de la Baie d’Hudson. Nous avons montré que la biomasse, l’abondance, la diversité ainsi que la distribution spatiale des communautés épibenthiques étaient fortement influencées par le substrat, la salinité, les ressources alimentaires et la couverture de glace. Nous avons aussi pu démontrer que la faible diversité, abondance et biomasse des communautés observées près des côtes étaient causées par les importants écoulements d’eaux douces. À l’inverse, les données récoltées dans les polynies situées plus au large montrent un fort couplage pélago-benthique se traduisant par une forte productivité en termes de biomasse, d’abondance et de diversité. L’utilisation d’un modèle de distribution des communautés a permis de démontrer l’importance de la présence de glace et indirectement des algues de glace associées à cet habitat sur les communautés épibenthiques occupant le centre de la Baie d’Hudson. La projection des communautés sous un scénario climatique RCP4.5 a révélé que le centre de la Baie ressortait, potentiellement, comme étant la zone la plus vulnérable aux changements climatiques puisqu’une perte de diversité liée à la diminution de la glace de mer est attendue. À l’inverse, les zones côtières pourraient possiblement servir de refuges en augmentant la diversité. En outre, notre étude a montré que la présence des structures biogéniques telles que les coraux bambous, dans les habitats profonds, améliore le piégeage des particules de matière organique menant à une plus forte densité d’espèces endofauniques dans ces milieux comparativement à des sédiments nus. Cet effet a également été constaté dans la reminéralisation benthique où les sédiments des structures biogéniques agissaient comme source de nitrates et d’ammonium. En revanche, nos travaux n’ont pu démontrer ces effets dans un habitat moins profond hébergeant des éponges. En générant de nouvelles connaissances sur la répartition actuelle et future des communautés épibenthiques du complexe de la Baie d’Hudson ainsi que sur le fonctionnement de l’écosystème benthique dans les habitats à structures biogéniques, les résultats de cette thèse contribueront à désigner des zones d’importance écologique et biologique ainsi qu’à la mise en place d’aires marines protégées et de stratégies de conservation de la biodiversité arctique. / The Arctic Ocean is emerging as one of the regions that is most affected by climate change. A significant increase in precipitation and sea surface water temperatures are expected and will undeniably lead to a significant loss of sea ice cover. Because of their effects on physicochemical parameters, these changes are expected to directly impact the surface primary producers (sea ice algae and phytoplankton), thereby limiting organic matter input towards the seafloor. It is thus commonly accepted that climate change will affect the distribution, diversity and abundance of benthic communities, due to its impact on environmental parameters (pelagic-benthic coupling and physicochemical parameters), and on ecosystem services and functions (e.g., benthic remineralization). As a consequence, the decrease in sea ice cover, the desalination of the surface layer or the increase in shipping traffic in the Hudson Bay Complex and in the eastern Canadian Arctic will likely lead to major changes in benthic community structure and biogenic structural habitats. In this context and since the impacts of climate change on benthic arctic ecosystems were still poorly understood, the objectives of this thesis were to i) describe the diversity and distribution of epibenthic communities in the Hudson Bay Complex and ii) understand the effects of climate change on biodiversity and benthic ecosystem functioning. The outcomes of this thesis allowed us to i) provide the most recent survey on epibenthic organisms in the Hudson Bay Complex and their relationships with environmental variables; ii) identify diversity hotspots sensitive to climate change; and iii) document and compare benthic biodiversity and fluxes within biogenic structures and adjacent bare sediments in the Canadian Arctic. A total of 380 taxa have been identified from 46 stations sampled across the Hudson Bay Complex. Despite the relatively low spatial coverage of our sampling, we estimated that our survey represented 71% of the taxa present in the Hudson Bay Complex. We showed that biomass, abundance, diversity and spatial distribution of epibenthic communities were strongly influenced by substrate, salinity, food supply and sea ice cover. We also showed that freshwater inputs were responsible for the lowest biomass, abundance and diversity observed along the coasts. In contrast, data collected from polynyas, further offshore, showed strong pelagic-benthic coupling resulting in high productivity in terms of biomass, abundance and diversity. Moreover, hierarchical modelling of species communities highlighted the influence of sea ice and indirectly of sea ice algae on the epibenthic communities occupying the central Hudson Bay. Projections of the structure of epibenthic communities under a RCP4.5 climate scenario revealed that the central Hudson Bay emerges as the most vulnerable area to climate change with a future diversity loss related to the decrease of sea ice. On the contrary, it would appear that coastal areas will serve as refuges and increase the diversity. In addition, our study showed that the presence of biogenic structures in deep habitats improved the trapping of organic matter, leading to a higher density of infauna in these environments compared to bare sediments. Their presence has also been found to enhance sediment nutrient release in the form of nitrates and ammonium. However, our study could not demonstrate these effects in a shallower sponge habitat. By providing new knowledge on the current and future distribution of epibenthic communities in the Hudson Bay Complex and the benthic ecosystem functioning in habitats with biogenic structures, results obtained during this thesis will contribute to the designation of Ecologically and Biologically Significant Areas, as well as to the establishment of Marine Protected Areas and conservation strategies in the Arctic Ocean.

L’effet du climat sur la croissance de la végétation est depuis longtemps un fait acquis. Les changements climatiques globaux ont entrainé une augmentation des efforts de recherche sur l’impact de ces changements en milieux naturels, à la fois en termes de distribution et d’abondance des espèces, mais également à travers l’étude des rendements des espèces commerciales. La présente étude vise à déterminer, à travers l'utilisation de relevés dendrochronologiques, les effets de variables climatiques sur la croissance de l'épinette noire et du sapin baumier à l'échelle de la forêt boréale du Québec. Le but est d’identifier les principaux modificateurs climatiques responsables de la croissance des peuplements boréaux en fonction de leur âge et de leur localisation. Se focalisant sur un modèle non-linéaire des moindres carrés incorporant les modificateurs climatiques et un modificateur d’âge, la modélisation de la croissance en surface terrière en fonction de ces critères a permis de détecter des différences entre le sapin baumier et l’épinette noire. Les résultats montrent que les deux espèces réagissent surtout à la longueur de la saison de croissance et aux températures estivales maximales. L’épinette noire semble également plus sensible aux conditions de sécheresse. Les modèles basés sur l’âge ainsi que sur la localisation le long d’un gradient nord-sud révèlent quelques différences, notamment concernant la réaction plus prononcée des jeunes peuplements au climat, en particulier aux températures, tandis que les vieux peuplements sont sensibles au rayonnement solaire. L’étude démontre tout de même une relative indépendance de l’épinette vis-à-vis du gradient latitudinal, à l’inverse du sapin. Les résultats permettent de discuter des modifications de productivité de ces espèces liées à l’allongement de la saison de croissance (gain pour les deux essences) et aux températures croissantes en conjonction avec les précipitations (perte due à la sécheresse pour l’épinette), dans un contexte de changements climatiques. / Climate influence on plant growth is a long-known fact. Global changes have driven research efforts forward to assess their impact on natural ecosystems, both in terms of species distribution and abundance, but also through commercial species yield studies. This study aims at determining the effect of climatic variables on the growth of black spruce and balsam fir in the Eastern Canadian boreal forest, through the use of dendrochronological data. It will then be possible to identify the main climatic modifiers involved in the growth of boreal stands, depending on their age and location. Focusing on a nonlinear least squares model including climatic and age modifiers, basal area growth modelling detected differences between balsam fir and black spruce. The results indicate that both species respond primarily to the length of the growing season and to maximum summer temperatures. Black spruce also seems to be more sensitive to drought. Models based on age and location along a north-south gradient highlighted a few differences, particularly regarding the greater response of young stands to climate, specifically to temperatures, as well as the old stands response to solar radiations. Contrary to balsam fir, the results revealed a relative independence of black spruce to the latitudinal gradient. These results are discussed in a context of climate change, particularly in regards of the productivity of both species through the lengthening of the growing season (higher yield for both species) and the increasing temperatures in conjunction with changes in the rainfall patterns (lower yield due to possible droughts for spruce).

Ce projet vise à faire une première évaluation de l’impact potentiel des changements climatiques (CC) sur la durabilité technico-économique et agroenvironnementale des fermes laitières au Québec. Des projections des indicateurs agroclimatiques, selon un scénario initial et deux scénarios climatiques futurs, ont été utilisées pour évaluer l’impact potentiel des (CC). Ces projections laissent présager des rendements supérieurs pour le maïs, le soya, l’ensilage de maïs ainsi que la luzerne. Une diminution de la valeur nutritive des fourrages devrait être observée. Le modèle global de ferme laitière N-CyCLES a été utilisé pour évaluer les impacts économiques et agroenvironnementaux dans deux régions du Québec, une périphérique et une centrale. Sans adaptation des rotations des cultures aux (CC), le bénéfice net des fermes laitières pourrait légèrement diminuer dans la région périphérique évaluée alors que s’il y a une adaptation, il pourrait augmenter dans les deux régions. Les résultats environnementaux sont variables entre les scénarios.

Le moment optimal de nidification est crucial au succès reproducteur des oiseaux nichant à de hautes latitudes. Toutefois, plusieurs migrateurs de longue distance ne réussissent pas à ajuster la phénologie de leur reproduction au réchauffement climatique sur leur aire de reproduction. Un délai dans leur reproduction pourrait résulter en un décalage entre la période optimale de disponibilité de nourriture et l’éclosion des jeunes, réduisant leur croissance et leurs chances de survie. Ma thèse vise à évaluer les effets des changements environnementaux sur les patrons saisonniers du succès reproducteur de la grande oie des neiges (Chen caerulescens atlantica), une espèce migratrice arctique. Nous avons utilisé une base de données à long terme récoltée sur une période de plus de 25 ans sur l’île de Bylot (1991–2015) dans le Haut-Arctique canadien. Nous avons défini le succès reproducteur comme étant le nombre de jeunes survivant jusqu’à l’âge de 1 an. Nous avons étudié des changements temporels dans la date de ponte et six composantes du succès reproducteur à travers la saison de reproduction. La taille de ponte, le succès de nidification, la survie des œufs, le succès à l’éclosion, la survie pré-envol et la survie des jeunes ont été évalués en fonction de la phénologie de la reproduction, l’année et l’interaction de ces deux facteurs. Ces résultats ont été intégrés pour estimer les changements saisonniers dans le succès reproducteur global et pour évaluer les conséquences des décisions de nidification relatives à la taille et à la date de ponte. De plus, nous avons examiné si une vitesse de changement de température plus lente aux sites de haltes migratoires pouvait expliquer l’absence de réponse de la phénologie de la reproduction des oies au réchauffement climatique sur les aires de nidification. Globalement, les changements temporels dans les patrons saisonniers de la date de ponte et des composants du succès reproducteur ont été de d’ampleur et de direction différentes, particulièrement en ce qui concerne les nids initiés hâtivement et tardivement en saison. Le déclin saisonnier dans la taille de ponte a diminué dans le temps, le succès de nidification était le plus faible chez les nicheurs hâtifs et tardifs, mais s’est accru dans le temps, et la survie post-éclosion a décliné dans le temps avec les survies les plus élevées obtenues par les nicheurs les plus hâtifs. Les effets cumulatifs des changements environnementaux sur les différentes composantes ont résulté en un déclin saisonnier plus marqué du succès reproducteur avec le temps. Nous avons aussi trouvé que la date de ponte présentant le plus fort succès reproducteur survient avant la médiane de ponte de la population, mais que cette date s’est décalée vers les nicheurs les plus hâtifs tout au long de l’étude. Finalement, le taux de réchauffement a été plus élevé sous les hautes latitudes que dans les haltes migratoires tempérées des oies des neiges. La faible corrélation dans les températures rencontrées entre les haltes migratoires successives suggère que l’oie n’arrive pas à anticiper quelles seront les conditions environnementales au moment de la ponte sur l’aire de reproduction. Cette étude contribue à démontrer comment la vitesse de changement des températures rencontrée sur les routes migratoires peut représenter une contrainte importante pour l’ajustement de la date de ponte chez les migrateurs de longue distance, et les conséquences à long terme des changements environnementaux induites par le réchauffement. Nos résultats suggèrent que la pression de sélection en faveur des nicheurs les plus hâtifs va s’intensifier avec l’augmentation du réchauffement, mais que les oies pourraient être incapables d’ajuster leur phénologie reproductive, menant à un plus grand décalage trophique ayant des conséquences négatives sur la population entière. / Optimal timing of nesting is key for the reproductive success of birds breeding at high latitudes. However, many long-distance migratory birds fail to adjust their breeding phenology to climate warming on their breeding ground. Delays in nesting may result in a trophic mismatch between the period of peak food availability and offspring hatch, reducing their growth and survival. My thesis aims to evaluate the effects of a changing environment on the seasonal patterns of reproductive success of the greater snow goose (Chen caerulescens atlantica), an arctic migrant species. We used a long-term dataset collected over a 25-year period on Bylot Island (1991–2015) in the Canadian High Arctic. We defined reproductive success as the number of young surviving to 1-year of age. We investigated temporal changes in laying date across the breeding season, as well as in six reproductive success components. Total clutch laid, nesting success, egg survival, hatching success and pre- and postfledging survival were examined in relation to timing of breeding, year and their interaction. These results were integrated to estimate seasonal changes in the overall reproductive success and to evaluate the consequences of breeding decisions regarding clutch size and laying dates. Additionally, we examined if a slower rate of temperature change at southern staging sites could explain the lack of response of the breeding phenology of geese to warming on its breeding ground. Overall, temporal changes in the seasonal patterns of laying date and reproductive success components were of different magnitude and directions, mainly in nests initiated the earliest and latest in the season. Seasonal decline in clutch size weakened over time, nesting success was lowest in early and late nests but increased over time and posthatch survival declined over time with the highest survival achieved in early nests. The cumulative effects of environmental changes on individual components resulted in a steeper seasonal decline in reproductive success over time. We also found that the laying date yielding the highest reproductive success occurs before the median laying date of the population, but shifted towards earlier breeders over the course of the study. Lastly, warming rates were stronger at high latitudes than at the temperate staging area of snow geese. The low association in temperature encountered between successive staging areas suggests that geese cannot anticipate in advance what will be the environmental conditions at laying time on the breeding site. This study contributes to demonstrate how the rate of temperature change encountered along the migratory route can be an important constraint for laying date v adjustment in long-distance migrants, and the consequences of long-term environmental changes induced by warming. Our results suggest that selection pressure for early breeding will intensify as warming increases but that geese may be unable to adjust their breeding phenology, leading to a greater trophic mismatch with negative consequences on the entire population.

Selon les modèles de climat mondial présentés par le Groupe d'experts intergouvernementaux sur l'évolution du climat (GIEC), il faut s'attendre à des changements marqués du climat sous de hautes latitudes. Les impacts d'un réchauffement climatique d'importance sur les populations inuites du Nunavik et leur environnement sont nombreux. Les infrastructures du nord sont également affectées par le réchauffement climatique. Des signes de dégradations pouvant devenir critiques ont été observés sur certaines infrastructures du Nunavik. Il s'avère donc nécessaire et primordial de mettre en place et de développer des techniques pour prévenir et contrôler la dégradation des infrastructures nécessaires aux peuples inuits, afin d'assurer la qualité de vie et la sécurité de ces derniers. Ce projet vise donc principalement à tester, en laboratoire et sur le terrain, des méthodes de stabilisation thermique du pergélisol sous les remblais routiers. L'efficacité et la faisabilité des méthodes expérimentées sont analysées selon les caractéristiques de l'environnement du Nunavik, par l'analyse de données thermiques et également par des observations faites sur le terrain et en laboratoire. Un site expérimental sur le chemin d'accès de l'aéroport de Salluit a permis la mise en place sur le terrain de trois différentes méthodes de mitigation, soit le remblai à convection, le drain thermique et la surface réfléchissante. À ce stade de l'expérimentation, il est difficile de tirer de véritables conclusions sur l'efficacité réelle des méthodes implantées, mais il est possible d'émettre des recommandations concernant la mise en place de méthodes de protection. Les travaux de laboratoire ont porté sur l'expérimentation d'un modèle réduit de remblai routier. Ils ont permis de démontrer que la mise en place d'un remblai à convection et d'un drain thermique dans l'épaulement du remblai tend à diminuer les températures, donc probablement la dégradation du pergélisol et les risques de tassements. Ultimement, le projet vise à développer une stratégie réaliste d'adaptation des infrastructures de transport du Nunavik affectées par le réchauffement climatique.

En me basant sur un modèle de changement des tourbières face au réchauffement climatique, j'ai reproduit les conditions d'assèchement auxquelles elles seront soumises au cours du présent siècle en abaissant artificiellement le niveau de la nappe phréatique. J'ai testé l'hypothèse que les changements de végétation et d'accumulation de la matière organique différeraient à l'échelle spatiale (buttes, platières et dépressions) et à l'échelle temporelle (court et long termes) dans une tourbière minérotrophe pauvre dominée par les sphaignes et représentative de la majorité des tourbières minérotrophes boréales pauvres du Canada. L'abaissement de la nappe phréatique a eu pour effet d'homogénéiser les communautés végétales des microhabitats ainsi que de modifier leur productivité végétale et leur taux de décomposition. Toutefois, c'est uniquement dans les buttes que l'accumulation de la matière organique a été réduite. Les changements observés à court terme n'ont pas toujours été semblables à ceux à long terme. Finalement, mes résultats montrent l'importance d'intégrer les réponses différentielles des microhabitats dans les modèles de changement des tourbières face au réchauffement climatique.

Les principaux objectifs du présent mémoire étaient de quantifier les distributions horizontales et verticales des flux azotés dans différents secteurs de la baie de Baffin et de la mer du Labrador ainsi que d’évaluer la réponse de ces processus à diverses perturbations expérimentales (exposition à la lumière, baisse de pH et enrichissement en ammonium) représentatives des changements actuellement observés dans l’océan Arctique. Contre toutes attentes, les flux azotés ont montré une réponse mineure aux traitements, impliquant toutefois une diminution locale de la nitrification en présence de lumière dans un secteur caractérisé par une fraction supérieure d’eau d’origine Atlantique. Ce dernier résultat suggère une réponse différentielle de la nitrification aux changements de régime lumineux résultant de la fonte des glaces. Les conclusions découlant de cette étude ont contribué à l’amélioration de notre compréhension du cycle de l’azote dans un contexte de changements climatiques rapides.

Le puceron des pousses du sapin Mindarus abietinus et le tétranyque de l’épinette Oligonychus ununguis sont deux ravageurs d’importance économique pour l’industrie des arbres de Noël au Québec. Les changements climatiques en cours pourraient affecter leur biologie et physiologie de telle sorte que leurs dommages sur les sapins cultivés augmenteront dans les prochaines décennies. Afin d’étudier les interactions entre M. abietinus, son arbre-hôte et la température ambiante, j’ai suivi des populations du puceron pendant trois étés dans des sapinières commerciales du sud du Québec. Entre autres, j’ai montré qu’il est possible de séparer correctement les générations chevauchantes de filles ailées et aptères du cycle vital complexe de M. abietinus, ce qui m’a permis d’observer une proportion de filles aptères plusieurs fois supérieure à ce qui était connu auparavant. Dans une expérience en plantation de sapin baumier, j’ai montré qu’un milieu réchauffé causerait une augmentation significative du taux de croissance des colonies de M. abietinus sur les pousses, en comparaison avec les colonies sous conditions naturelles actuelles. Ces résultats supportent l’hypothèse qu’un climat plus chaud, causé par les changements anthropogéniques, pourrait favoriser des densités plus élevées de M. abietinus, ce qui pourrait augmenter ses dommages esthétiques sur le sapin. Dans une expérience de laboratoire, la durée du développement en fonction de la température des œufs de ces deux ravageurs et de ceux d’une autre espèce, la cochenille des aiguilles du pin Chionaspis pinifoliae, a été mesurée en milieu contrôlé, ce qui m’a permis d’élaborer des modèles prévisionnels linéaires et non linéaires du taux de développement des œufs hivernés postdiapausants nouveaux pour le Québec. Finalement, en suivant la masse fraîche d’œufs hivernants de M. abietinus tout au long de leur diapause de plusieurs mois, j’ai observé un accroissement de la masse au printemps, impliquant l’eau comme possible facteur de déclenchement de l’embryogenèse. / The balsam twig aphid Mindarus abietinus and the spruce spider mite Oligonychus ununguis are two pests of economic importance for the Christmas tree industry in Québec. Current climate change could affect their biology and physiology in such a way that, if their local densities in commercial fir plantations grow in the future, potential damage to cultivated firs could increase substantially. In order to study the interactions between M. abietinus, its host tree, and ambient temperature, I followed populations of the aphid during three consecutive summers in commercial fir plantations of southern Québec. I found it possible to separate overlapping generations of different morphs of this aphid in growing colonies on fir shoots, which allowed to record a proportion of wingless daughters several times larger than previously known for this aphid in its complex life cycle. Based on a field experiment, a warmer environment surrounding the aphids on balsam fir shoots increased spring colony growth rates significantly, when compared to unaltered colonies on neighbouring trees. These results support the hypothesis that a warmer climate, caused by anthropogenic change, would promote higher densities of M. abietinus on fir shoots, which could increase esthetic damage to Christmas trees. In a laboratory experiment, I studied the effect of ambient temperature on postdiapause development of the overwintering eggs of both aphid and mite species, along with that of another conifer-feeding pest, the pine needle scale Chionaspis pinifoliae, which led to parametrise new linear and nonlinear development rate models for postdiapause egg development of all three species. Finally, by following fresh mass of M. abietinus overwintering eggs throughout their diapause of several months, it was possible to observe a substantial increase in size and mass of these eggs in early spring, suggesting that water could trigger diapause termination and/or initiate embryogenesis of the first active stage.