Les communautés benthiques du bassin oriental de la Manche et du sud de la mer du Nord ont été abondamment documentées en termes de composition spécifique et de répartition spatiale. En revanche, les études portant sur leur fonctionnement n’ont été conduites que récemment dû à la difficulté d’obtention des différents paramètres biologiques des différents composants du benthos (bactérie, méiofaune, macrofaune…) indispensables à ce type d’analyses. L’objectif principal était de déterminer si la zone d’étude devait être considérée comme une entité ou bien au contraire comme plusieurs unités fonctionnelles. Une étude du réseau trophique au travers de deux techniques de modélisation, inverse et Ecopath, a été réalisée. La zone d’étude a premièrement été divisée a priori selon les deux facteurs supposés influencer le plus l’organisation trophique des communautés benthique : géographiques (Baie de Seine, Manche orientale et mer du Nord) et sédimentaires (graviers et cailloutis, sables grossiers et sables fins). La comparaison des deux types de modèles, appliqués sur chaque division, a mis en évidence le rôle clé des suspensivore dans le transfert de matière ainsi que des différences de fonctionnement entre les divisions. Le fonctionnement trophique du benthos semble apparaitre comme dépendant du type de sédiment auquel il appartient. Pour finir, une approche préliminaire évaluant la diversité des traits biologiques des invertébrés benthiques dans la zone d’étude a été effectuée. Les renseignements sur 21 traits biologiques concernant 631 espèces d’invertébrés benthiques ont été réunis permettant d’avoir une information sur les attributs fonctionnels dominant la zone d’étude. / Most of the studies concerning benthic communities in the eastern part of the English Channel and southern North Sea are descriptive, serving primarily to illustrate the specific changes in the diversity and structure of benthic communities. Only recently studies have examined benthic ecosystem functions, mainly due to difficulties in obtaining sufficient functional parameters for each benthic component (bacteria, meiofauna, macrofauna...). This work investigated whether the benthic communities of the studied area have to be considered as a single unit or as a juxtaposition of functional entities. An approach through two trophic modelling methods, inverse and Ecopath has been performed. In order to test and assess relative importance of factors supposed to influence benthic trophic structure, the study area was subdivided into units defined a priori according to two main structural factors of community distribution: geographical (bay of Seine, eastern Channel and North Sea) and sedimentary patterns (gravel and pebbles, coarse sand and fine sand). Comparisons of model outputs of each division highlighted the key role of suspension organism in flow transfer among the trophic web. It also showed different properties between the divisions. Benthic trophic functioning seems to be strongly correlated with the sediment to which it belongs. Finally, a preliminary approach assessing biological trait diversity of benthic invertebrates has been performed. Information concerning 21 biological traits on 631 species has been gathered. It allowed us to have a global view of diversity and dominance of the functional attributes in the study area.

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

Dans la première partie de ma thèse, je fournis un programme informatique qui permet aux utilisateurs de déterminer dans quelles circonstances ils doivent mesurer le mouvement des particules. J’explique comment ces mesures peuvent être effectuées et fournissent un programme pour analyser ce type de données. La partie principale de ma thèse comprend des expériences portant sur l'impact de l'exposition répétée au bruit du trafic, la source anthropique la plus courante de bruit dans l'environnement marin, sur les poissons et les invertébrés pendant leur développement. Je démontre qu’une variété de comportements a été touchée par le bruit. J’ai aussi trouvé que le bruit prévisible peut conduire à des impacts différents sur le développement par rapport au bruit imprévisible, mais que certaines espèces de poissons peuvent être en mesure de s'habituer au bruit du trafic, tandis que d'autres non. En outre, je trouve que le développement et la survie des limaces de mer peuvent être impactés négativement par le bruit des bateaux. Les poissons et les invertébrés constituent une source de nourriture vitale pour des millions de personnes et constituent des liens essentiels dans de nombreux réseaux trophiques. L'étude de leur comportement, de développement et de remise en forme peut nous donner un aperçu des impacts de la population et le niveau de bruit de la communauté qui sont pertinents pour la survie des espèces et l'évolution. Le développement de certaines des nouvelles idées et techniques abordées dans cette thèse nous permettra de faire progresser ce domaine vital de la recherche. / As the first part of my thesis, I provide a computer program which allows users to determine under what circumstances they should measure particle motion; I explain how these measurements can be made and provide a program for analysing this type of data. The main part of my thesis comprises experiments investigating the impact of repeated exposure to traffic noise, the most common anthropogenic source of noise in the marine environment, on fishes and invertebrates during development. In all three chapters involving experiments on fish in tanks and in the field, I found that a variety of behaviours were impacted by traffic noise playback. I also found that predictable noise can lead to different impacts on development compared to unpredictable noise, but that some species of fish may be able to habituate to traffic noise, while others suffer lower survival. Further, I found that the development and survival of seahares can be negatively impacted by traffic-noise playback. Fishes and invertebrates provide a vital food source to millions of people and form crucial links in many food webs; studying their behaviour, development and fitness can give us an insight into population and community level impacts of noise that are relevant to species survival and evolution. Developing some of the novel ideas and techniques discussed in this thesis will enable us to advance this vital area of research.

La schistosomiase constitue un problème majeur de santé publique dans de nombreux pays émergents d'Afrique, d'Amérique Latine et d'Asie du Sud Est, causant près de 300 000 décès par an. Cette maladie est due au schistosome qui est un ver parasite possédant un cycle de vie complexe. A ce jour une seule drogue est utilisée en monothérapie, le praziquantel ou PZQ, pour lutter contre cette maladie. En raison d'apparitions de résistances au PZQ, il devient nécessaire de rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques contre le ver. Au cours de ma thèse je me suis penché sur l'utilisation potentielle des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) de schistosomes comme cibles thérapeutiques contre le parasite. En effet, les kinases du schistosome semblent présenter un fort degré de spécificité, ce qui les rend attractives pour le l'élaboration d'inhibiteurs potentiels. Dans ce cadre, nous avons poursuivi l'étude de SmIR-1, un récepteur de l'insuline de Schistosoma mansoni découvert au laboratoire, et montré qu'il pouvait être impliqué dans la prise de glucose chez le parasite. Dans un second temps, à partir d'un RTK totalement atypique décrit au laboratoire chez S. mansoni, nous avons découvert une nouvelle famille de RTK nommés les VKR pour Venus Kinase Recepteur, qui semblerait étendue à l'ensemble des invertébrés et dont nous avons entrepris l'étude fonctionnelle

Face à la crise actuelle d'extinction des espèces, la compréhension des mécanismes reliant la biodiversité au fonctionnement des écosystèmes est devenue primordiale. Malgré une réduction des émissions atmosphériques de SO2 et NOx, l'acidification des eaux de surface demeure une cause majeure d'érosion de la biodiversité. Cette situation est préoccupante dans les Vosges, où une restauration par épandages aériens d'amendements a été adoptée comme alternative potentielle. 2 bassin-versants ont ainsi fait l'objet d'apports calco-magnésiens. La proximité d'écosystèmes acidifiés, restaurés et sains offre l'opportunité d'étudier, in situ, les relations biodiversité/fonctionnement. La décomposition de la MO allochtone dont les principaux acteurs sont les hyphomycètes aquatiques et les invertébrés détritivores, représente un processus clé du fonctionnement des cours d'eau de tête de bassin. Une expérience de dégradation de feuilles a été réalisée dans 6 ruisseaux présentant différents degrés d'acidité, avant et après amendement de 2 d'entre eux. Nos résultats montrent que l'acidification affecte la vitesse de dégradation des litières, ainsi que les communautés de détritivores et de décomposeurs, en particulier la diversité des hyphomycètes. L'amélioration chimique d'un ruisseau amendé, s'est rapidement accompagnée d'une recolonisation fongique et d'une restauration fonctionnelle partielle. Une relation entre la richesse en hyphomycètes et les taux de décomposition a été mise en évidence. Leur diversité influencerait ce processus, en augmentant l'appétence des litières pour certains déchiqueteurs. L'hypothèse d'un réseau trophique dépendant de la richesse fongique a été proposée.

On retrouve dans la vallée de la rivière aux Anglais, dans la région de Baie-Comeau, sur la Haute-Côte-Nord du Saint-Laurent, d’importants dépôts coquilliers naturels holocènes. Datés de 10,4 à 9,6 ka BP (Bernatchez et al., 1999), ils ont été formés lors de la submersion par la mer de Goldthwait. Une étude détaillée des invertébrés marins composant un de ces dépôts ainsi que des analyses isotopiques (δ18O, δ13C) et géochimiques effectuées sur des coquilles de Mytilus edulis ont permis de décrire l’habitat dans lequel les invertébrés de ce dépôt ont vécu. La communauté marine identifiée et les compositions δ18O ont démontré que les espèces du dépôt ont vécu dans un milieu marin assez stable, froid, peu profond et de salinité supérieure à 20 ‰. Les compositions δ18O ont aussi démontré que la température moyenne annuelle de l’eau dans la mer de Goldthwait était environ 6 °C plus froide que celle de l’eau de l’estuaire maritime du Saint-Laurent moderne.

L'accumulation de composés persistants dans le biote constitue des préoccupations écologiques, sanitaires et réglementaires. Parmi ces substances, les composés per- et polyfluorés (PFASs) représentent un cas d'intérêt, en raison de leurs propriétés physico-chimiques particulières. Ces dernières rendent le comportement des PFASs dans l'environnement difficilement prévisibles, les outils actuels n'étant pas adaptés. Bien qu'il soit reconnu que ces composés sont persistants et s'accumulent dans le biote, de nombreuses inconnues subsistent, notamment sur les mécanismes de transferts sédiment–biote et des facteurs qui les contrôlent. Ce travail de thèse aborde le rôle du sédiment dans les processus d'accumulation, et plus particulièrement (a) les voies d'exposition du biote, (b) le rôle de la diversité biologique dans l'accumulation, par l'exposition de deux invertébrés benthiques (Chironomus riparius et gammarus sp.) à du sédiment naturel. La description des cinétiques d'accumulation et d'élimination des PFASs ont mis en évidence la biodisponibilité des composés pour les organismes. Ainsi, un modèle de bioaccumulation en accord avec la croissance des organismes et des particularités des composés a permis d'estimer des constantes d'accumulation et de dépuration (ku et ke). Une représentation conceptuelle du transfert des composés, a permis de comprendre les principales voies de contamination des organismes. D'autre part, la variabilité interspécifique a été évaluée par la comparaison de la bioaccumulation et des voies de transfert des PFASs chez ces deux invertébrés. Ce travail de thèse aura alors permis d'ouvrir de nombreuses questions, notamment celles du rôle du biofilm et de la bioturbation des organismes dans la bioaccumulation et ouvre les perspectives quant à l'étude de la bioamplification / The accumulation of persistent compounds in biota creates environmental, health and regulatory concerns. Among these substances, the poly-fluorinated compounds (PFASs) represents a case of interest due to their specific physicochemical properties. So the PFAs behavior in the environment is difficult to predict as the existing tools are not suitable. Athough it is recognized that these compounds are persistent and accumulate in biota, many knowledge gaps remain, including the mechanisms of sediment-biota transfer and the factors that control them. This thesis examines the role of sediment in the accumulation process, especially (a) exposure routes of biota, (b) role of biodiversity in the accumulation, by exposing two benthic invertebrates (Chironomus riparius and Gammarus sp.) to natural sediment. The description of PFASs kinetics of accumulation and elimination have showed the biodisponibility of the compounds to organisms. Thus, a bioaccumulation model including the organisms growth and the specificity of the compounds was used to estimate the accumulation and depuration rate constants (ku and ke). A conceptual representation of compounds transfer allowed us to understand the major routes for organisms contamination. Moreover, the interspecific variability has been assessed by comparing the PFASs bioaccumulation and transfer pathways for both invertebrates. This thesis have helped to open up many issues, and especially the influence of both biofilm and organism bioturbation onPFASs bioaccumulation. Moreover some new perspectives on the study of biomagnification were opened

Nous avons évalué l'impact de l'ajout de coquilles vides de pétoncle sur des fonds marins sablonneux et rocailleux au nord du golfe du St-Laurent. L'impact a été plus important sur les fonds sablonneux, alors que la richesse en espèces a augmenté par un facteur de 3.7 et la diversité par 1.9. L'augmentation observée a été principalement le résultat d'une immigration plutôt que de la fixation de nouveaux individus. Les essais évaluant l'impact de différentes densités de coquilles sur des surfaces de 4 m2 ont démontré que la diversité en espèces a atteint un maximum à une densité de coquilles couvrant la moitié de la surface expérimentale. La richesse en espèces s'est accrue jusqu'à une densité de coquilles couvrant la presque totalité de la surface expérimentale. L'expérience sur l'effet de la taille des surfaces couvertes par des coquilles a démontré que la diversité en espèces avait déjà atteint un maximum à une surface de 1-m2, alors que la richesse en espèces atteignait un plateau à une surface de 4 m2. L'expérience démontre que l'addition de coquilles pourrait avoir un impact positif en augmentant l'abondance de nombreux invertébrés, incluant des espèces commerciales (pétoncles, buccins et oursins).

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.

Dans le contexte des invasions, l'objectif de ce travail est d'évaluer dans quelle mesure l'origine des espèces végétales conditionne le fonctionnement d'un écosystème en situation de dominance. Cinq paires d'espèces autochtones dominantes (Agrostis stolonifera, Rubus caesius, Populus nigra, Urtica dioica et Salix alba) et introduites envahissantes (Paspalum distichum, Fallopia japonica, Buddleja davidii, Impatiens glandulifera et Acer negundo) ont été comparées en milieu riverain pour les processus de production primaire et de dégradation des litières. Ces études ont été complétées par une analyse détaillée des conséquences de l'invasion des ripisylves par A. negundo. Nos résultats montrent que si les espèces introduites envahissantes peuvent être plus efficaces dans la réalisation de certains processus écologiques, l'absence de coévolution entre les espèces introduites et les organismes des milieux récepteurs n'a pas d'implication systématique pour le fonctionnement des écosystèmes.