La majorité des espèces de poissons côtiers a un cycle de vie comprenant une phase juvénile et adulte démersale et une phase larvaire pélagique. Cette seconde phase représente l’unique opportunité de dispersion pour de nombreuses espèces mais est soumise à une forte mortalité. Aujourd’hui, il est toujours délicat de prédire la connectivité entre les populations car tous les processus influençant la survie et le transport des larves durant leur phase pélagique ne sont pas encore décrits. Les larves de poissons possèdent des capacités comportementales non-négligeables (de nage, d’orientation, etc.) qui pourraient leur permettre de contrôler leur dispersion au cours de leur épisode pélagique. Cependant, les observations in situ de ces comportements ont principalement été faites en milieu tropical. Elles sont nettement plus rares en milieu tempéré, notamment chez les poissons Perciformes. Dans cette thèse, nous cherchons à décrire l’écologie et les capacités comportementales des larves de poissons en Mer Méditerranée Nord-Occidentale, un milieu tempéré où elles n’ont pas encore été décrites.La première partie de cette thèse vise à décrire la distribution des jeunes stades larvaires le long d’un transect côte-large traversant un front hydrologique. Nous nous intéressons également à leurs comportements de migration nycthémérale et d’évitement des prédateurs. La méthode d’imagerie utilisée pour décrire leur distribution à microéchelle génèrant des quantités de données considérables, nous avons développé une méthode de classification automatique pour accélérer le traitement de ce type de données. La seconde partie se concentre sur la phase d’installation, c’est-à-dire lorsque les larves arrivent à la côte à la fin de leur phase pélagique. Nous avons suivi l’arrivée des larves à la côte afin de déterminer les périodes d’installation des différentes espèces ainsi que les facteurs influençant leur arrivée. Nous avons également testé in situ les capacités d’orientation des espèces les plus abondantes, en se focalisant sur les mécanismes d’orientation à large échelle. En laboratoire, nous avons mesuré les vitesses de nage de plusieurs espèces, incluant celles testées pour l’orientation. Nous avons ensuite implémenté ces comportements observés dans un modèle biophysique afin de tester leur l’influence combinée sur le taux d’installation. Pour finir, nous discutons de l’influence que peut avoir le comportement sur la survie des larves de poissons tout au long de la phase pélagique, ainsi que de l’importance de sa prise en compte dans les modèles de dispersion. / Most coastal fish species have a bipartite life history, with a demersal phase as juvenile and adult and a pelagic larval phase. Dispersal is often limited to this pelagic phase, which is also the phase experiencing the highest mortality rates. Predicting the connectivity between populations remains difficult because not all processes determining larval fish survival and transport during the pelagic phase are understood. Besides the environmental conditions that may influence the journey of fish larvae in the open ocean, these tiny organisms possess high behavioural abilities (swimming, orientating, etc.) that have the potential to shape their dispersal. However, the vast majority of in situ observations of these behaviours have been conducted in tropical environments and very little data exists on temperate Perciformes fish larvae. In this dissertation, we aim to describe the ecology and behavioural abilities of fish larvae from the Mediterranean Sea, a temperate environment where they have never been studied.The first part of this dissertation describes the distribution of young fish larvae along an inshore-offshore transect crossing an hydrological front. We also describe their diel vertical migration and predatoravoidance behaviour. The high-frequency imaging techniques used to capture their distribution at miscroscale generated huge amount of data. It lead us to modify an automatic classification method to reduce the time required to processes these kind of data. The second part focuses on the settlement phase, when fish larvae come back to the coast at the end of their pelagic journey. To shed light on the factors influencing the settlement process, we monitored the supply of fish larvae to a coastal habitat, on a weekly basis for three years and at higher frequency over shorter periods of time. Additionally, we tested the in situ orientation abilities of the most abundant species, focusing on large scale orientation mechanisms. In the laboratory, we measured the swimming speeds of several species, including the ones tested for orientation. Then, we implemented these observed behaviours in a biophysical model to explore their combined influence on settlement rate. To finish, we discuss on how larval fish behaviour may influence survival throughout the pelagic larval phase and insist on the importance of considering behaviour to improve larval dispersal models.

En Guinée, le constat a été établi par divers auteurs que l’intensification de l’exploitation des ressources démersales sur ces dernières décennies a induit une baisse générale de leur abondance. Cette intensification est supposée avoir induit également des modifications de la structure multi-spécifique et fonctionnelle des assemblages de poissons de cette zone, mais peu d’études ont permis d’en juger jusqu’ici, la plupart des travaux antérieurs sur ces ressources ayant concerné des approches strictement mono-spécifiques et des approches strictement taxonomiques. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de contribuer à un diagnostic écosystémique plus complet de l’état actuel des ressources marines guinéennes et de déterminer en particulier si la diversité taxonomique et fonctionnelle des assemblages de poissons a été affectée par la pêche.Les données de campagnes de chalutages scientifiques collectées sur le plateau continental guinéen entre 1985 et 2012, les statistiques sur les captures de pêche et dix-sept traits fonctionnels liés aux fonctions de locomotion et d’acquisition de nourriture de 50 espèces de poissons démersaux sont étudiés à travers divers indicateurs de diversité pour analyser l’impact de la pêche.Les résultats montrent que l’intensification de la pêche a eu des effets significatifs sur certaines caractéristiques générales du peuplement en question. Depuis 1985, on observe ainsi une baisse de la densité et du niveau trophique moyen des poissons ainsi qu’un turnover des dominances, par lequel les espèces principales, à forte valeur commerciale, caractérisées par des masses corporelles importantes et une croissance lente sont progressivement remplacées par des espèces de plus petites tailles à moindre valeur commerciale et à croissance rapide. On observe également une baisse significative de la richesse fonctionnelle dont l’évolution conforte les résultats obtenus à partir des évaluations taxonomiques et confirme que l’écosystème côtier du plateau continental est perturbé en lien avec la pression de pêche. / In Guinea, was highlighted by various authors that the intensification of the exploitation of demersal resources over recent decades has led to a general decline in abundance. This intensification is supposed to have also induces changes in the specific and multi-functional structure of the fish assemblages of this zone, but few studies have Judging far, most previous work on these resources with relevant strictly mono-specific approaches and strictly taxonomic approaches. In this context, the aim of this thesis is to contribute to a more complete ecosystem diagnosis of the current state of the Guinean marine resources and in particular whether the taxonomic and functional diversity of fish assemblages was affected by fishing. Data from scientific trawl surveys collected on Guinean continental shelf between 1985 and 2012, statistics on catches of fishing and seventeen functional traits related to locomotion functions and food purchase 50 groundfish species are studied diversity through various indicators to analyze the impact of fishing.The results show that the intensification of fishing has had significant effects on certain general characteristics of the population in question. Since 1985, we thus observed a drop in the density and the mean trophic level of fish and a turnover of dominance, whereby major species of high commercial value, characterized by substantial body masses and slow growth are gradually replaced by species of smaller sizes at lower commercial value and rapid growth. There is also a significant decrease in functional richness whose evolution confirms the results obtained from the taxonomic assessments and confirms that the coastal ecosystem of the continental shelf is disrupted in connection with fishing pressure.

Le suivi scientifique dans les AMPs est la clé pour le recueil information fiable dans les future AMPs de la Tunisie, où des restrictions d’usages et des plans de gestion sont en cours de mise en place. Cette étape cruciale le long des côtes tunisiennes viens avec le besoin en méthodes, métriques et indicateurs appropriés pour le suivi des paramètres utiles pour évaluer leurs efficacités. Le but de ce travail est de sélectionner, adapter, tester et proposer des méthodes et des indicateurs de suivi des assemblages de poissons et des activités de pêche, afin de proposer une stratégie de suivi pour quatre futures AMPs tunisiennes. La sélection des méthodes et des indicateurs de la bibliographie a été réalisée en fonction de leur faisabilité, de leur rentabilité et de leur adéquation avec les objectifs des futures des AMPs. Par conséquent, les données sur l'assemblage de poissons et les activités de pêche ont été recueillies en utilisant cinq méthodes : (1) Transects à largeur variable (TVW); (2) Fish Assemblage Sampling Technique (FAST); (3) Questionnaires et suivi des débarquements; (4) pêche expérimentale; (5) photo-surveillance. Les résultats des suivis réalisées entre 2014 et 2016, ont été pris en compte lors de proposition de la stratégie de suivi, notamment: (1) l'utilité d'adopter des modèles d'échantillonnage appropriés, BACI ("Before After Control Impact"), en utilisant la méthode standard des UVC, pour tester des hypothèses liées à l'efficacité des AMP futures, (2) les valeurs faibles de la biomasse dans toutes les AMPs étudiés par rapport à celles méditerranéennes (3) le potentiel des sciences participatives pour les suivi des assemblages de poissons en utilisant une méthode FAST, après avoir testé sa cohérence avec la méthode standard , (4) un pourcentage élevé de pratique de pêche illégale (pêcheurs récréatifs qui commercialisent leurs captures), (5) la compétition de la pêche récréative et illégale avec la pêche artisanale, sur les espèces vulnérables et de valeurs économiques élevées, et (6) des biomasses faibles, proportions de carnivores, grande proportion de poisson dans la capture des pêcheurs artisanaux, en utilisant la méthode de pêche expérimentale. Par conséquent, la dite stratégie proposée pour le suivi dans les futures AMPs tunisiennes repose sur la collaboration entre les scientifiques, les parties prenantes (pêcheurs, plongeurs récréatifs) et les gestionnaires, ce qui peut être utile pour assurer un certain niveau d'acceptation des AMPs, surtout quand il s’agit de créer un réseau tunisien d'AMPs / Scientific monitoring is the key to reliable information in Tunisian future MPAs, where management plans are being established. This crucial step comes with the need to choose appropriate methods, metrics and indicators for monitoring parameter that are important to assess MPAs effectivness. Therefore, the purpose of this manuscript is to select, adapt, test and propose fish assemblage and fishing monitoring methods and indicators in order to propose a monitoring strategy for four Tunisian future MPAs (locations). Selection of methods and indicators from literature was made according to their feasibility, cost-effectiveness and suitability with future MPAs objectives. Therefore, data on fish assemblage and fishing activities were collected using five methods: (1) Transects with variable width (TVW); (2) Fish Assemblage Sampling Technique (FAST); (3) Questionnaires and landing catch monitoring; (4) Experimental fishing; (5) photo-surveillance method. Results shows some highlights that were considered for proposing the monitoring strategy: (1) the usefulness of adopting appropriate sampling models, BACI ("Before After Control Impact"), using standard TVW, to test hypotheses related to the effectiveness of the future MPAs, (2) the relatively low values of biomass in all studied locations in comparison with other Mediterranean MPAs (3) the high potential of citizen science for fish monitoring in Tunisia using easy-to-use FAST method, after testing its coherence with standard TVW method, (4) a high percentage of illegal fishing practice (recreational fishers that commercialize their catch), in the studied locations, (5) the competition of recreational and illegal fishing with commercial-small scale (CSS) one, on vulnerable and high economic value species, and (6) low biomasses, carnivores proportions, large fish proportion in catch of CSS using experimental fishing method. Therefore, the proposed strategy for fish and fishing monitoring for Tunisian future MPAs is based on the collaboration between scientists, stakeholders (fishermen, recreational divers) and managers, which can be useful to implement high compliance and MPAs acceptance levels, especially when it comes to creating a future MPAs network.

L'objectif de ce mémoire est de développer une approche pour évaluer, à l'échelle régionale, l'impact des changements climatiques sur l'évolution des habitats des poissons en régions nordiques. En première partie, les performances du modèle unidimensionnel de lac MyLake ont été évaluées dans le contexte d'une étude internationale de comparaison de modèles (ISIMIP). Cela a permis de vérifier que le modèle est applicable à une large gamme de lacs. 62 lacs ont été calibrés en utilisant un algorithme d'évolution différentielle. Le nombre de mesures de température, la superficie de lacs et leur localisation géographique jouent un rôle sur les performances du modèle. Les indicateurs de performance suggèrent que le modèle performe bien, même pour les lacs en dehors des régions nordiques pour lesquels le modèle a été conçu. Ensuite, MyLake a été utilisé pour simuler la dynamique couplée de la température, de l'oxygène et la lumière dans 210 lacs suédois. Le modèle a d'abord été calibré pour 12 lacs pour lesquels une grande quantité de données de terrain était disponible. Par la suite, les paramètres du modèle ont été extrapolés avec des régressions linéaires en utilisant les caractéristiques morphométriques des lacs comme prédicteur. Cela a permis de modéliser le reste des lacs sans avoir à calibrer le modèle, c'est-à-dire en l'absence d'observations in situ. Les simulations ont été forcées par la météo locale issue des scénarios climatiques, projetés par six modèles de circulation générale. Elles montrent que les petits lacs deviendront plus chauds dans le futur, avec une durée plus courte du couvert de glace. L'oxygène dissous devrait augmenter à la fin de l'hiver, et diminuer en fin d'été, entrainant une perte d'habitat pour les poissons prédateurs d'eaux froides. Ces résultats montrent la faisabilité de la modélisation à une échelle régionale lorsque peu de données de terrain sont disponibles. / This Master's thesis aims to develop an approach to assess at the regional scale, the impact of climate change on the evolution of fish habitats in northern regions. In the first part, we evaluated the performance of the one-dimensional lake model MyLake in the context of the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISIMIP). This analysis verifies that the model applies to a wide range of lakes. We conducted a calibration of 62 lakes using the differential evolution algorithm. The number of temperature observations, the surface area of lakes, and their geographical location exert control over the performance of the model. Nevertheless, the performance indicators show the model performs well even for lakes outside the northern regions. Then, the MyLake model was used to simulate the coupled dynamics of temperature, oxygen, and light in 210 Swedish lakes. We first calibrated MyLake for 12 lakes, for which a large number of field data was available. Next, the model parameters were extrapolated with linear regressions using the morphometric characteristics of the lakes as a predictor. Those relationships between parameters and characteristics made it possible to simulate the rest of the lakes without having to calibrate the model in the absence of in situ data. Climate projections drove the model from six global climate models (GCM) produced by the CORDEX project, along with the two climate scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). The simulations show that the small lakes will become warmer in the future, with a shorter duration of the ice cover. The simulations also predict that the dissolved oxygen to increase at the end of winter and decrease at the end of summer, leading to a loss of habitat for cold water predatory fish. These results show the feasibility of modelling at a regional scale when little field data is available.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les écologistes qui ont fertilisé des écosystèmes lotiques et lentiques ont démontré que la production des jeunes salmonidés peut être contrôlée par les nutriments via la voie trophique. Cependant, à ma connaissance, aucune étude n'a été réalisée sur la limitation de la production des juvéniles du Saumon de l'Atlantique par les nutriments, via les interactions trophiques, en milieux naturels. De plus, bien que plusieurs études portent sur la diète des juvéniles de salmonidés sédentaires, très peu ont été réalisées sur la diète des juvéniles de salmonidés anadromes comme le Saumon de l'Atlantique. Le but de cette recherche est d'identifier les patrons des relations trophiques dans un écosystème lotique du Saumon de l'Atlantique et d'examiner quels sont les facteurs déterminant la sélection des proies de ces jeunes saumons dans l'écosystème de la rivière Ste-Marguerite pour l'été 1995. Pour tester les hypothèses de la première partie de cette recherche, des échantillons de phosphore total, de périphyton, d'invertébrés benthiques ainsi que de juvéniles du Saumon de l'Atlantique ont été récoltés dans cinq ruisseaux et dans quatre sites de la rivière principale. Pour la deuxième partie, des échantillons d'invertébrés de la dérive et de contenus stomacaux de juvéniles du Saumon de l'Atlantique ont été récoltés dans cinq ruisseaux et dans trois sites de la rivière principale. L'échantillonnage s'échelonnait sur une période de deux mois, soit Juillet et Août de l'année 1995. Le premier chapitre porte sur les interactions entre chaque niveau trophique de l'écosystème de la rivière Ste-Marguerite. Le périphyton semble être le seul niveau trophique à être contrôlé par la voie ascendante (ressources). En effet, aucune dépendance significative à cette voie n'a été trouvée pour les niveaux supérieurs au périphyton. Les différences abiotiques entre les habitats (ruisseaux et rivières) semblent contrôler davantage la communauté des juvéniles du Saumon de l'Atlantique que leurs ressources via les interactions trophiques. Le second chapitre porte sur les facteurs déterminant le choix des proies par les juvéniles du Saumon de l'Atlantique. Seulement deux types d'invertébrés sur six sont sélectionnés en fonction de leur taille ou de leur abondance. Ces paramètres ne semblent donc pas être des facteurs primordiaux pour contrôler la sélection des proies par les jeunes saumons. L'augmentation de la taille des proies consommées suite à un accroissement de la taille des juvéniles du Saumon de l'Atlantique est probablement mieux expliquée par la limitation morphologique de la gueule des poissons, la bioénergétique et la base saisonnière de l'échantillonnage que par le phénomène de la sélection en taille. En conclusion, dans un écosystème oligotrophe naturel comme celui de la rivière Ste-Marguerite, il s'avère que la production des juvéniles du Saumon de l'Atlantique n'est pas exclusivement contrôlée par les ressources via la voie trophique. Il semble également que contrairement à la majorité des études publiées, les jeunes saumons ne sélectionnent pas principalement leurs proies en fonction de l'abondance et de la taille de celles-ci.

La dysbiose du microbiote intestinal est associée à divers problèmes de santé tels que l'obésité, le diabète, les allergies et les maladies inflammatoires de l'intestin. L'équilibre des communautés microbiennes du microbiote intestinal est d'autant plus important en début de vie et il a été démontré qu'une dysbiose à cette étape du développement peut causer des problèmes de santé à long terme. Les virus qui sont présents dans le tractus digestif sont de plus en plus étudiés et certaines compositions de virome intestinal ont déjà été associés à des pathologies. Les bactériophages représentent la majorité du virome intestinal humain et ceux-ci interagissent avec les communautés bactériennes colonisant l'intestin. Pourtant la fraction virale est souvent mise de côté lors des études portant sur le microbiote intestinal. Le poisson-zèbre (*Danio rerio*) est un animal modèle répandu en recherche et une alternative intéressante aux modèles mammifères pour étudier le microbiome intestinal. Les bactéries colonisant l'intestin des larves du poisson zèbre ont déjà été étudiées, mais ce n'est pas le cas des virus. Ainsi, l'objectif principal de ce projet consistait à développer un protocole pour extraire et analyser le virome intestinal des larves de poisson-zèbre. L'analyse bio-informatique des échantillons a aussi été limitée dû à la qualité des jeux de données produits. Toutefois, un premier aperçu du virome intestinal des larves de poisson-zèbre a tout de même été produit. Tout comme l'humain, le virome intestinal des larves semblent contenir une majorité de phages (*Caudoviricetes*). Une différence a aussi été observée entre les œufs provenant de deux établissements producteurs de poisson-zèbre, mais ces résultats restent à être confirmés dans de prochaines études. / The dysbiosis of the gut microbiota is associated with many diseases including obesity, diabetes, allergies, and inflammatory bowel diseases. The balance of microbial communities in the gut is even more important in early life as it has been shown to have an impact on the future health of the host. The viruses that are present in the digestive tract are increasingly being studied and some viromes have been already linked to diseases. Many of the viruses found in the gut virome are bacteriophages interacting with the bacterial communities colonizing the gut. This viral fraction is often omitted in studies investigating the gut microbiota. The zebrafish (*Danio rerio*) is an animal model that is widespread in research and is an interesting alternative to mammalian models to study the gut microbiome. The bacteria colonizing the gut of the zebrafish have already been studied but not the viruses. Therefore, the main goal of this study is to develop a protocol to extract and analyze the gut virome of the zebrafish larvae. A viral nucleic acid extraction protocol was first developed using the siphophage p2, which infects *Lactococcus lactis*, as a positive control. Although effective, this protocol can still be optimized to reduce the high levels of bacterial and host DNA contamination. While the bioinformatic analyses were limited by the quality of the data, they provided an initial insight into the gut virome of zebrafish larvae. Like humans, the gut virome of the zebrafish larvae appears to contain many phages (*Caudoviricetes*). A difference was observed between eggs from two different zebrafish facilities, but these results need to be confirmed by additional studies.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les changements climatiques en Arctique menacent les espèces polaires hyperspécialisées tout en favorisant l’invasion d’espèces boréales et tempérées. La morue arctique (Boreogadus saida) est l’espèce de poisson fourrage la plus abondante de l’Océan Arctique. En 2011, une espèce boréale a toutefois été détectée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien). Le lançon du Pacifique (Ammodytes hexapterus) était alors la deuxième espèce en abondance dans l’assemblage d’ichtyoplancton. La présente recherche visait à évaluer les conséquences de l’invasion de cette espèce fourragère boréale sur la morue arctique durant les jeunes stades de vie. Les deux espèces se sont révélées en compétition potentielle au stade juvénile, mais le lançon sélectionnait surtout de petites proies tandis que la morue arctique dépendait des grands copépodes calanoïdes. La diminution prédite de la taille du zooplancton avantagerait le lançon par rapport à la morue arctique et la compétition détectée pourrait donc s’amplifier avec une augmentation de la population de lançons en mer de Beaufort. / Climate change in the Arctic threatens hyper specialized polar species while favouring the invasion of boreal and temperate fish species. In the arctic marine food web, arctic cod (Boreogadus saida) is the key forage fish species. The boreal Pacific sand lance (Ammodytes hexapterus) was recently detected in southeastern Beaufort Sea (Canadian Arctic), numbering as the second most abundant ichthyoplankton species after the arctic cod in 2011. The aim of this research was to elucidate the consequences of this boreal forage fish species invasion on arctic cod during the early life stages. Potential competition was detected during the early juvenile stage but arctic cod strongly relied on big calanoid copepods while Pacific sand lance significantly selected for smaller prey. The forecasted reduction in the size of zooplankton would therefore favour sand lance over arctic cod. The interspecific competition is predicted to amplify as the abundance of sand lance in the Beaufort Sea increases.

Ce présent projet de maîtrise porte sur le développement et l'optimisation d'une technique d'imagerie volumétrique rapide à grand champ, appelée la microscopie HiLo, pour imager l'activité calcique du cerveau de poisson-zèbres transgéniques GCaMP au stade juvénile. La microscopie HiLo peut effectivement amener divers avantages au domaine, tels que les faibles coûts et la facilité de conception et d'alignement, tout en procurant des performances d'imagerie similaires aux techniques déjà utilisées dans le domaine. Elle produit des images sectionnées optiquement en combinant deux images à grand champ pour extraire les informations provenant uniquement du plan focal : une à illumination uniforme et l'autre à illumination à tavelures laser. Le contraste des tavelures laser est un paramètre intéressant pour moduler l'épaisseur du sectionnement optique selon les besoins. Dans ce projet, un module Python est développé pour aider à la conception optique, ce qui est employé pour concevoir et construire le microscope HiLo avec les composantes optiques optimales. Le microscope est testé de multiple façon expérimentalement, définissant ses paramètres d'imagerie et démontrant ses performances. Un des aspects les plus intéressants du système est l'incorporation d'une lentille à focale variable pour produire des images volumétriques ainsi qu'un réducteur de tavelures laser pour alterner entre les deux types d'illumination. Beaucoup de travail est fait en ce qui concerne leur optimisation et synchronisation dans le système HiLo. L'algorithme permettant de produire des images sectionnées optiquement avec les deux images brutes à grand champ est développé en langage de programmation Python pour faciliter son utilisation future. Finalement, l'utilisation du microscope HiLo pour acquérir des images d'activité calcique du cerveau de poisson-zèbres permet de conclure que cette technique est prometteuse pour obtenir de l'information sur les connectivités du cerveau selon différents stimuli et stades de développement compte tenu de sa rapidité d'acquisition, son sectionnement optique et son faible coût. / The goal of this master's project is to optimize and develop a widefield imaging technique called HiLo microscopy for fast volumetric calcium imaging in a juvenile transgenic zebrafish brain expressing GCaMP. HiLo microscopy brings multiple advantages to the field, such as the low cost and the ease to design and align it and its performance is comparable to techniques already used in the field. The HiLo technique produces optically sectioned images by combining two raw widefield images to extract the information coming exclusively from the focal plane only. The first of the two images is acquired with a uniform illumination and the second is acquired with a speckle illumination. The speckle contrast is an interesting parameter to tune the optical sectioning thickness because they are indicators of objects' depth position. In this project, a Python module is developed to simulate optical design and calculations, which is then used to design the HiLo microscope with the most optimal optical components. The microscope's function is also tested with many different experiments that define its imaging parameters and demonstrates its performances. Some of the most interesting aspects of this system are the use of an electrically tunable lens to scan the sample in depth and a laser speckle reducer that is used to switch between the uniform and speckle illumination patterns. A significant amount of work is done to optimize and synchronize the components in the system. Next, the algorithm used to produce the optically sectioned images is also developed in this project with the Python programming language to facilitate its future usage. Finally, the HiLo microscope is used to produce calcium imaging acquisitions of zebrafish brains, which show that HiLo microscopy is promising to obtain connectivity information of the brain with different stimuli and at different developmental stages due to its fast acquisition speed, optical sectioning and low cost.

L'objectif de ce mémoire est de développer une approche pour évaluer, à l'échelle régionale, l'impact des changements climatiques sur l'évolution des habitats des poissons en régions nordiques. En première partie, les performances du modèle unidimensionnel de lac MyLake ont été évaluées dans le contexte d'une étude internationale de comparaison de modèles (ISIMIP). Cela a permis de vérifier que le modèle est applicable à une large gamme de lacs. 62 lacs ont été calibrés en utilisant un algorithme d'évolution différentielle. Le nombre de mesures de température, la superficie de lacs et leur localisation géographique jouent un rôle sur les performances du modèle. Les indicateurs de performance suggèrent que le modèle performe bien, même pour les lacs en dehors des régions nordiques pour lesquels le modèle a été conçu. Ensuite, MyLake a été utilisé pour simuler la dynamique couplée de la température, de l'oxygène et la lumière dans 210 lacs suédois. Le modèle a d'abord été calibré pour 12 lacs pour lesquels une grande quantité de données de terrain était disponible. Par la suite, les paramètres du modèle ont été extrapolés avec des régressions linéaires en utilisant les caractéristiques morphométriques des lacs comme prédicteur. Cela a permis de modéliser le reste des lacs sans avoir à calibrer le modèle, c'est-à-dire en l'absence d'observations in situ. Les simulations ont été forcées par la météo locale issue des scénarios climatiques, projetés par six modèles de circulation générale. Elles montrent que les petits lacs deviendront plus chauds dans le futur, avec une durée plus courte du couvert de glace. L'oxygène dissous devrait augmenter à la fin de l'hiver, et diminuer en fin d'été, entrainant une perte d'habitat pour les poissons prédateurs d'eaux froides. Ces résultats montrent la faisabilité de la modélisation à une échelle régionale lorsque peu de données de terrain sont disponibles. / This Master's thesis aims to develop an approach to assess at the regional scale, the impact of climate change on the evolution of fish habitats in northern regions. In the first part, we evaluated the performance of the one-dimensional lake model MyLake in the context of the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISIMIP). This analysis verifies that the model applies to a wide range of lakes. We conducted a calibration of 62 lakes using the differential evolution algorithm. The number of temperature observations, the surface area of lakes, and their geographical location exert control over the performance of the model. Nevertheless, the performance indicators show the model performs well even for lakes outside the northern regions. Then, the MyLake model was used to simulate the coupled dynamics of temperature, oxygen, and light in 210 Swedish lakes. We first calibrated MyLake for 12 lakes, for which a large number of field data was available. Next, the model parameters were extrapolated with linear regressions using the morphometric characteristics of the lakes as a predictor. Those relationships between parameters and characteristics made it possible to simulate the rest of the lakes without having to calibrate the model in the absence of in situ data. Climate projections drove the model from six global climate models (GCM) produced by the CORDEX project, along with the two climate scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). The simulations show that the small lakes will become warmer in the future, with a shorter duration of the ice cover. The simulations also predict that the dissolved oxygen to increase at the end of winter and decrease at the end of summer, leading to a loss of habitat for cold water predatory fish. These results show the feasibility of modelling at a regional scale when little field data is available.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La mer de Beaufort canadienne subit la double pression des changements climatiques et de l’accroissement des activités industrielles. Malgré l’importance de l’écosystème marin de la région pour les communautés locales, certaines de ses composantes demeurent peu documentées, en particulier la distribution et l’abondance des poissons pélagiques et des mammifères marins. Cette thèse repose sur des bases de données hydroacoustiques, de filets et de chaluts recueillies de 2006 à 2014 afin d’améliorer nos connaissances de la signature bioacoustique des poissons pélagiques et des mammifères marins de la mer de Beaufort et, ultimement, d’estimer plus précisément leur distribution et leur abondance. Pour ce faire, je documente : (1) la distribution verticale et les migrations ontogéniques des poissons pélagiques sur un cycle annuel complet; (2) la distribution spatiale et le recrutement des poissons pélagiques en fonction de la date de la débâcle et des températures de surface; et (3) l’indice de réflexion acoustique et la forme des échos des principaux mammifères marins. La morue arctique (Boreogadus saida) formait 95% de l’assemblage des poissons pélagiques et les individus de plus d’un an demeuraient au-dessus du talus, dans l’halocline pacifique et la couche atlantique (> 100 m), tout au long de l’année. Au contraire, les jeunes de l’année colonisaient la couche épipélagique (< 100 m) de leur éclosion au printemps jusqu’à leur descente en profondeur à l’automne. L’abondance et la biomasse de morues arctiques mesurées acoustiquement atteignaient des valeurs significativement plus élevées au sud de la mer de Beaufort et dans le golfe d’Amundsen qu’au nord. Le taux de croissance larvaire et le recrutement augmentaient les années où la débâcle survenait plus tôt et où les températures de surface vernales étaient plus élevées. Le stock pélagique de morues arctiques suffisait généralement à soutenir les besoins énergétiques des principales espèces de mammifères marins. Cependant, ceux-ci doivent probablement plonger plus profondément les années où le stock diminue afin d’attraper les morues arctiques de plus grandes tailles (> 10 cm) demeurant près du fond. La signature acoustique des baleines et des phoques documentée dans cette thèse pourrait être utilisée afin de compléter les levés visuels à l’aide de sonars et d’échosondeurs scientifiques. La présence de faux positifs limite cependant l’utilisation de ces instruments sous leur forme actuelle et des recommandations sont fournies afin d’améliorer les techniques de détection de mammifères marins à l’aide de l’hydroacoustique. / The Canadian Beaufort Sea faces the double pressure of climate change and increasing industrial activities. Despite the importance of the marine ecosystem of the region for local communities, some of its components remain poorly documented, in particular the distribution and abundance of pelagic fish and marine mammals. This thesis is based on hydroacoustic, net, and trawl datasets collected from 2006 to 2014 and documents the acoustic signature of pelagic fish and marine mammals to, ultimately, estimate their abundance and distribution more accurately. I study and discuss: (1) the vertical distribution and ontogenic migrations of pelagic fish over the annual cycle; (2) the spatial distribution and recruitment of pelagic fish in relation with the date of the ice breakup and sea-surface temperatures; and (3) Target Strengths and echotraces of the main marine mammal species. Arctic cod (Boreogadus saida) formed 95% of the pelagic fish assemblage and age-1+ individuals remained over the slope, in the Pacific Halocline and the Atlantic Layer (> 100 m), throughout the year. In contrast, age-0 arctic cod colonized the epipelagic layer (< 100 m) from hatching in spring until their descent to depth during fall. The abundance and biomass of arctic cod measured acoustically was significantly higher in southern Beaufort Sea and the Amundsen Gulf than in northern areas. Larval growth and recruitment increased during years with an early ice breakup and warmer sea-surface temperatures in spring. The stock of pelagic arctic cod was generally high enough to support the energetic requirements of the main marine mammal species. However, they likely had to dive deeper to feed on large (> 10 cm) bottom-dwelling arctic cod when the pelagic stock diminished. The acoustic signature of whales and seals documented here could be used to complement visual surveys with scientific sonars and echosounders. The occurrence of false positives, however, limits the use of these instruments under their current form and recommendations are provided to improve the efficiency of active acoustic monitoring at detecting marine mammals.