L’objectif de mon étude était de décrire à l’aide d’analyses multivariables et d’espèces indicatrices la biogéographie automnale du zooplancton du sud-est de la Mer de Beaufort en 2002. Une communauté néritique, caractérisée par un régime herbivore et le taxon dominant Pseudocalanus spp., occupait le plateau du Mackenzie et la baie de Franklin. Deux communautés océaniques, représentées principalement par des omnivores et des carnivores, étaient localisées dans la polynie du Golfe d’Amundsen et sur le talus continental, respectivement. L’assemblage de la polynie présentait la biomasse la plus élevée et Calanus hyperboreus, Metridia longa, Oithona similis et Oncaea borealis en constituaient les espèces dominantes et indicatrices. Cette répartition des assemblages était influencée essentiellement par la topographie et la dynamique du couvert de glace au cours de la saison de production biologique. Ainsi, il est prédit qu’une réduction de la banquise, telle qu’anticipée dans le présent contexte de réchauffement climatique, affectera les patrons de distribution du zooplancton, un élément clé de l’écosystème marin de cette région arctique. / The objective of my study was to describe the biogeography of the zooplankton in the southeastern Beaufort Sea in the fall 2002 by means of multivariate and indicator species analysis. A neritic community characterized by herbivory and the dominant taxon Pseudocalanus spp., occurred on the Mackenzie shelf and in Franklin Bay. Two oceanic communities, in which omnivore and carnivore feeding modes dominated, were located in the Amundsen Gulf Polynya and over the continental slope respectively. The polynya assemblage displayed the highest biomass with the dominant species Calanus hyperboreus, Metridia longa, Oithona similis, and Oncaea borealis as indicator species. This repartition of zooplankton assemblages was influenced mostly by the topography and the ice cover dynamic during the season of high biological production. Hence, it is predicted that a reduction in ice cover, as anticipated in the present context of global warming, will alter the distribution patterns of zooplankton, a key element of the marine ecosystem in the Arctic.

Ce travail a porté sur l’étude de l’évolution des communautés zooplanctoniques à partir de séries temporelles de relevés effectués de 1995 à 2010 dans deux écosystèmes côtiers couplés, la Petite Rade de Toulon (PR) et Grande Rade de Toulon (GR) (Méditerranée Nord Occidentale, France) en relation avec les facteurs climatiques, les paramètres physiques et chimiques de l'eau et avec le phytoplancton. Le pas d’échantillonnage des relevés de zooplancton et du phytoplancton était d’un mois en moyenne. La maille du filet utilisé était de 90 µm, afin de cibler le mésozooplancton. La PR a différé de la GR dans son fonctionnement écologique, car elle est semi-fermée, mais aussi parce que l'activité anthropique y était beaucoup plus importante. Nos résultats ont montré que, de 1995 à 2010 dans les deux baies, l'abondance du zooplancton a sensiblement augmenté, surtout dans la PR. Il a été également établi, en utilisant différents outils statistiques, que la plus grande partie des espèces de zooplancton évolue de manière coordonnée chaque année, mais d’une manière différente d’une année à l’autre. C’est ce que nous avons appelé la signature annuelle, qui était très marquée dans la PR. Plusieurs paramètres environnementaux comme la température, l’oxygène, la salinité et l’ensoleillement, qui ont été simultanément enregistrés, expliquent cette signature annuelle. Il a été montré en effet qu’ils influencent très sensiblement la population de zooplancton, de manière instantanée ou avec un effet retardé. Les interactions responsables de cette évolution sont fort complexes, mais il a été aussi établi que ces facteurs sont plus forts lorsqu’ils agissaient de manière coordonnée. La répartition du zooplancton en groupes taxonomiques a montré que la diversité a augmenté jusqu’en 2005, puis a diminué légèrement, tout en restant à des niveaux plus élevés qu’en 1995. L’étude détaillée de la diversité, avec une classification des indices eux-mêmes, a fait l’objet du dernier chapitre. Enfin, nous émettons l’hypothèse que la diminution des stocks de poissons au cours des dernières décennies dans toute la région a entraîné une diminution des taux de prédation sur les communautés zooplanctoniques, ce qui peut expliquer l’augmentation de peuplements zooplanctoniques au cours de ces dernières années. Cet accroissement de l’abondance du zooplancton a pu entraîner à son tour une diminution de la biomasse du phytoplancton. Cette diminution a été parallèlement observée par notre équipe. Ceci suggère un système de contrôle top-down du réseau trophique. / This work focused the study of the evolution of zooplankton communities from time series of surveys conducted from 1995 to 2010 in two coastal coupled ecosystems, Little Bay (PR) and Large Bay (GR) of Toulon (North Western Mediterranean Sea, France) in relation to climatic factors, physical and chemical water parameters and phytoplankton. The samplings surveys of zooplankton, and indeed also of phytoplankton, were a month, on average. The net mesh size used was 90 µm to target Mesozooplankton. The PR differed from the GR in its ecological functioning, because it is semi-closed, but also because human activity is much more important. Our results showed that, from 1995 to 2010 in both bays, zooplankton abundance increased substantially, especially in the PR. It was also established, using statistical tools, that most zooplankton species evolved coordinated each year, but in a different way from one year to another. This is what we call the annual signature, which was more pronounced in the PR. Several environmental parameters such as temperature, oxygen, salinity and sunlight, which were simultaneously recorded, explained this annual signature. It was shown that they significantly influenced the population of zooplankton, instantly or with a delayed effect. Interactions responsible for this development are complex, but it was also established that these factors were stronger when they acted in a coordinated manner. Distribution of zooplankton taxonomic groups showed diversity increases until 2005 and then decreased slightly, while remaining at levels higher than in 1995. The detailed study of diversity, with a classification of the clues themselves was the subject of the last chapter. Finally, we hypothesize that the decline of fish stocks in recent decades throughout the region, resulting in lower rate of predation on zooplankton communities, may explain the increase of zooplankton communities in recent years. This increase in zooplankton abundance could in turn lead to a decrease in phytoplankton biomass. The decrease of phytoplankton was at the same time observed by our team. The latter hypothesis suggests a top-down control of the the food web

Les travaux récents sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes ont souligné certains des aspects les plus dynamiques du fonctionnement des écosystèmes, tout en reconnaissant que la diversité répond à la fois aux variations le long de gradients environnementaux et à la dispersion des espèces entre les communautés locales. Les définitions de la diversité ont été de plus en plus caractérisés en intégrant la notion de traits fonctionnels et ont reconnu la nature flexible de la distribution des traits dans une communauté. Les chapitres de cette thèse se concentrent sur des questions liées à la façon dont la distribution des traits de la communauté est définis, comment ils peuvent informer les écologistes sur les processus associés à l'assemblage de la communauté, comment la composition des communautés pourrait changer sous différentes ampleurs de dispersion, et comment la fonctionnalité pourrait interagir avec la disponibilité des éléments nutritifs pour influencer le fonctionnement global de la communauté. Chaque chapitre va présenter l'un de ces thèmes dans les communautés zoo-et phytoplanctonique, qui emploient des analyses des données déjà recueillies, études de terrain et des expériences contrôlées en mésocosme. Les objectifs de cette thèse spécifiques sont: (1) de comparer les différentes mesures de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) dans leur capacité de rendre compte de la biomasse dans les communautés de diatomées benthiques et planctoniques, (2) d'identifier un seuil de dispersion, au-delà duquel différentes communautés de zooplancton pourrait commencer à homogénéiser la composition, (3) de mieux comprendre les communautés de zooplancton naturelles en focusant sur les modèles de distribution dans les traits fonctionnels pour examiner les signes de filtrage ou de de compétition dans l'habitat en tant que facteurs influençant la structure de la communauté, et (4) de vérifier si la diversité fonctionnelle et la disponibilité des nutriments interagissent dans la production phytoplanctonique. En général, les mesures fonctionnelles de la diversité n'ont pas été surutilisées pour les mesures taxonomiques afin de modéliser le fonctionnement des écosystèmes, ils ont souvent permis de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les relations de l'importance. En outre, les processus de dispersion et les interactions locales ont tous deux été jugés influents dans la structure des communautés de zooplancton. La dispersion expérimentale de plus de 1% a été jugée suffisante pour ouvrir une homogénéisation de la composition, et, sur le terrain, les filtres reliés à l'habitat ont été jugés plus influents que la compétition dans la définition de la diversité fonctionnelle du zooplancton. Finalement, aucune preuve n'implique la diversité fonctionnelle alguale comme étant un moteur important de la production primaire, ce qui suggère une redondance fonctionnelle qui pourrait définir les communautés phytoplanctoniques à des niveaux modestes de la richesse des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diversité fonctionnelle, Fonctionnement des écosystèmes, Zooplancton, Phytoplancton, Dispersion.

La stratification thermique, caractérisée par la présence d'une thermocline, est un facteur clé structurant les communautés de plancton dans la zone pélagique des lacs. Les changements climatiques (vents forts, orages fréquents, sécheresses intenses) et les activités anthropiques près des lacs (déforestation) pourraient occasionner un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés. Les effets d'un tel abaissement sur la phénologie, la biomasse totale et la taille des individus du zooplancton dans le temps ont été évalués. La thermocline d'un bassin du Lac Croche (constitué de trois bassins), Québec, Canada, a été abaissée par mélange à l'aide d'une éolienne aquatique. L'échantillonnage a eu lieu sur une année contrôle (sans manipulation) et deux années expérimentales (avec abaissement). Le protocole statistique BACI a permis d'évaluer les effets de trois traitements différents, soit l'abaissement, l'abaissement+mélange et le mélange. Au printemps, certains effets des traitements ont été discernés indirectement par le réchauffement des sédiments, mais le climat semblait avoir une grande influence sur la dynamique des communautés de crustacés. Pendant l'été, les changements de la communauté de crustacés étaient principalement influencés par la profondeur de la thermocline. De plus, la biomasse de chlorophylle et celle des crustacées ont augmenté face aux traitements pendant l'été. Tropocyclops prasinus et Bosmina longirostris étaient plus abondantes lors de l'abaissement de la thermocline pendant l'été, ce qui a réduit significativement la taille individuelle de la communauté des crustacés. Les assemblages de rotifères étaient dominés par des espèces ayant des caractéristiques pour les protéger de la prédation. Cette étude suggère qu'un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés pourrait mener à une augmentation des productions primaire et secondaire, mais également à une réduction des proies zooplanctoniques pour les poissons suite à un changement dans la composition et la taille individuelle de la communauté. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : abaissement de la thermocline, zooplancton, phénologie, taille individuelle, biomasse totale, structure des communautés

En el estuario de Bahía Blanca se encuentra un importante número de organismos planctónicos que están sometidos a la dinámica del ambiente. La fuerza de la marea es el principal factor modelador de la circulación en el estuario y causa un flujo periódico de entrada y de salida de agua dentro y fuera del estuario. Los organismos planctónicos son transportados por estos flujos hacía el interior y el exterior del estuario por una combinación de factores físicos y biológicos. Los objetivos principales de este trabajo fueron analizar la distribución vertical del mesozooplancton en relación a los distintos estados de marea y cuantificar el transporte del zooplancton en dos zonas del estuario de Bahía Blanca. Para ello se tomaron muestras de zooplancton y se midió la velocidad de la corriente en la zona interna y media del canal principal del estuario. Estos muestreos fueron realizados en simultaneo cada tres horas a lo largo de un ciclo completo de marea y en dos estratos de la columna de agua. Las muestras de zooplancton se extrajeron por medio de un sistema compuesto por bombas de succión y redes de plancton. Para medir la velocidad de la corriente se utilizó un correntómetro de tipo (ADCP) “Acoustic Doppler Current Profiler”. La marea influyó sobre la distribución vertical del mesozooplancton en la zona interna y media del estuario de Bahía Blanca, y los principales taxa hallados en las muestras responden de formas diferentes a la influencia de la marea. El transporte de zooplancton fue variable en la sección del canal, principalmente en la zona media donde se observó una circulación diferencial entre el veril sur y el resto del canal. En la zona interna generalmente fueron observadas mayores diferencias entre la capa superficial y la de fondo, las cuales tuvieron en algunos casos flujos de organismos de sentidos opuestos. Se planteó la hipótesis de que los organismos son retenidos en la zona interna y exportados en la zona media. Esta hipótesis se cumplió para el mesozooplancton total pero el transporte estuvo influenciado tanto por la circulación como por el comportamiento biológico. Las diferencias entre los patrones de transporte del MPS y el de los organismos sugieren algún tipo de comportamiento por parte de estos que determina el transporte horizontal. Este tipo de comportamiento es característico de cada grupo y dependiente de las condiciones del lugar ya que los taxa analizados presentaron diferentes patrones de transporte entre ellos y entre las zonas estudiadas. Para los copépodos Acartia tonsa y Eurytemora americana se hallaron diferencias entre el transporte de los distintos estadios de desarrollo (adultos-copepoditos, nauplii). / In the Bahía Blanca Estuary planktonic organisms are subject to the environmental dynamic. The tidal force is the main factor that models the circulation of the estuary and causes a periodic flood and ebb currents in the estuary. The planktonic organisms are transported by these flows towards the interior and the outer zone of the estuary by a combination of physical and biological factors. The main objectives of this study were to analyze the vertical distribution of mesozooplankton in relation to the different conditions of the tide, and to quantify and analyze the zooplankton transport in two areas of the Bahía Blanca Estuary. Thus, zooplankton samples were taken and the current speed was measured simultaneously in the inner and middle zone of the estuary in several months. These samplings were conducted at the same time every three hours over a complete tidal cycle and in two layers of the water column, surface and bottom. Zooplankton samples were obtained using a system compose of two zooplankton pumps and plankton nets. An ‘Acoustic Doppler Current Profiler’ (ADCP) was used to measure the magnitude and direction of the current speed. The tide influenced the vertical distribution of the mesozooplankton in the inner and middle zone of the Bahía Blanca Estuary and also in the main taxa sampled. The transport of zooplankton was variable in the channel section mainly in the middle zone where a differential circulation was observed between the south flank and the rest of the channel. In the inner zone, larger differences in current magnitude were observed between the superficial and the bottom layers, which showed opposite directions in some cases. The hypothesis that the organisms are retained in the inner zone and exported to the middle zone was tested. This hypothesis was true for the total mesozooplankton but transport was influenced by the circulation as well as the biological behaviour. Differences between the Suspended Particulate Matter (SPM) transport and the plankton transport patterns suggest a kind of biological behaviour that determinates the horizontal transportation. This behaviour seems to be particular from each planktonic group and may depend on local environmental conditions since the analyzed taxa showed different transport patterns between them and between the two studied areas. Differences in the transportation of the different developmental stages (adults-copepodites and nauplii) of the copepods Acartia tonsa and Eurytemora americana were found.

L'estuaire de l'Escaut est un estuaire en voie de restauration. L'étude s'intéresse à l'écologie de la communauté zooplanctonique dans le tronçon d'eau douce de l'Escaut, ou, suite à l'amélioration de la qualité de l'eau le copépode calanoide Eurytemora affinis est devenu dominant depuis 2007 et les copépodes cyclopoïdes ont diminués en abondance. Nous avons cherché à trouver quels facteurs environnementaux expliquent ce changement de la composition de la communauté zooplanctonique. Les résultats d'analyses RDA et GLM entre les abondances des taxons zooplanctoniques et les facteurs environnementaux montrent un lien étroit entre l'augmentation de l'abondance d'E. affinis et l'augmentation des concentrations en oxygène ainsi que la diminution des concentrations en N-NH4. En fait, le tronçon amont de l'estuaire est devenu 'permissive' pour le développement d'E. affinis à partir ou la concentration en O2 a dépassé le seuil de 4 mg L-1 et la concentration en N- NH4 est restée en dessous de 2 mg L-1. La cause du déclin en abondance des cyclopoids reste à trouver. Dans l'Escaut, le phytoplancton est fortement dominé par les diatomées, mais la concentration en Si dissoute s'avère parfois limitant. La question se pose sur quelles composantes de la communauté phytoplanctonique le zooplancton dominant se nourrit. La sélectivité de broutage d'E. affinis a été quantifiée à l'aide d'expériences d'incubation et des quantification de contenu pigmentaire à l'aide d'HPLC. E. affinis sélectionne des diatomées au sein de la communauté phytoplanctonique et en moindre mesure des cryptomonades. L'impact de la population d'E. affinis sur le stock de phytoplancton - et sur les diatomées dominantes- est < 4.5 % jour-1, ce qui implique que dans le tronçon d'eau douce de l'Escaut le zooplancton n'est pas limité par la nourriture et ne présente pas de limitation pour le développement les niveaux trophiques supérieurs. Certains taxons phytoplanctoniques (chlorophycées, par exemple) sont apparemment stimulés en croissance par la présence d'E. affinis dans les bouteilles expérimentales et l'impact précis d'E. affinis sur le phytoplancton non-diatomées est moins clair. L'activité de broutage du microzooplancton a également été testée avec des expériences d'incubation. Son impact sur la communauté phytoplanctonique est variable en intensité et en sélectivité, nécessitant plus d'expérimentation. / The Scheldt is an estuary on way of recovery. The study concerns the ecology of the zooplankton community in the freshwater reach of the estuary. In parallel to water quality improvement, the copepod Eurytemora affinis has become dominant since 2007 and abundance of cyclopoid copepods has decreased. We tried to find out which environmental factors had caused these changes in the zooplankton community composition. The results of RDA and GLM analysis between the abundance of zooplankton taxa and the environmental factors showed a strong link between E. affinis abundance and the increasing O2 concentration, but also the decreasing NH4-N concentration. The upstream Scheldt became permissive for E. affinis development as soon as oxygen concentration was above the threshold level of 4 mg L-1 and the NH4-N concentration remained below 2 mg L-1. The cause of the decrease in cyclopoid abundance remains unclear. The phytoplankton community of freshwater Scheldt is strongly dominated by diatoms, but the dissolved silica concentration could become limiting for their development. The question arises on which phytoplankton taxa the dominant zooplankton feeds. Grazing selectivity of E. affinis adults and CV was measured by incubation experiments using natural Scheldt water and by gut pigment content quantification. Phytoplankton taxa concentration was quantified by HPLC. E. affinis selects diatoms and sometimes cryptophytes. The impact of the E. affinis population on the phytoplankton standing stock is < 4.5% d-1, which means that the zooplankton community is not food limited and hence does not present a limitation to the development of higher trophic levels. The grazing activity of the microzooplankton community has also been measured by incubation experiments. Its impact on the freshwater Scheldt phytoplankton community is variable in intensity and in selectivity, and clearly needs further investigation.

L'imagerie a récemment émergée comme outil de mesure de la dynamique du zooplancton en donnant des informations à la fois taxonomiques et de structure en taille de la communauté — nécessaires à la bonne compréhension de la dynamique du zooplancton au sein de l'écosystème pélagique. Ce travail est cependant davantage centré sur l'étude de la structure en taille du zooplancton dont différents aspects seront examinés au cours de trois chapitres: méthodes, analyse et description écologique d'une série temporelle de 11 ans, modélisation. Le chapitre méthodologique évalue la validité de l'imagerie en examinant l'effet de nouveaux biais, directement issus de l'imagerie, sur ledit spectre de taille (objets en contact au cours de l'acquisition d'image, efficacité de la classification automatique, modèle utilisé pour le calcul des biovolumes et biomasses). Il s'agit d'une discussion sur ce que le scientifique veut mesurer et sur ce qu'il analyse finalement compte tenu des contraintes méthodologiques. Le second chapitre est consacré à l'évolution temporelle (1995-2005) de l'écosystème pélagique de la mer Ligure — plus spécifiquement de la station d'observation côtière de la rade de Villefranche-sur-Mer. Par l'étude combinée des données disponibles (taxonomie, structure en taille, climat, météorologie locale, hydrologie et biologie), les facteurs physiques, chimiques et biologiques déterminant pour l'écosystème sont extraits. Il s'agit principalement du climat hivernal, précipitations et températures, ainsi que de l'irradiation solaire reçu au printemps et en été. Les interactions entre ces facteurs déterminent différents états de la communauté zooplanctonique. Enfin, le dernier chapitre propose un modèle du zooplancton basé sur sa structuration en taille. Puisque les modèles classiques, en boîte, représentent difficilement la dynamique du zooplancton, l'approche par la taille fut proposée comme alternative. Le modèle présenté est exploratoire, incluant la croissance du zooplancton selon une modélisation de type “budget énergétique dynamique” et la prédation selon des rapports de taille proies/prédateurs. Le but étant de comprendre ce qui détermine la structure en taille du zooplancton dans l'environnement. Les simulations effectuées sont ainsi comparées à la dynamique observée dans les phases majeures identifiées au chapitre précédent. C'est un premier pas vers l'intégration de ce type de modèles au sein de modèles plus généraux en vue d'améliorer la qualité de représentation du zooplancton. Le présent travail enrichit la connaissance du concept plus vaste de l'observation et de l'analyse théorique de la structuration en taille du zooplancton, mais il enrichit aussi la compréhension des liens entre le zooplancton et son environnement.

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

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

La structure de taille et la distribution spatiale du zooplancton ont été étudiées dans deux écosystèmes : une baie de la côte Ouest de la péninsule antarctique et le golfe du Lion en mer méditerranée occidentale. L'acquisition des spectres a été permise par l'utilisation de deux capteurs optiques : le ZooScan / ZooProcess et le Laser Optical Plankton Counter (LOPC). L'impact de différents types de forçages sur les spectres de taille des communautés zooplanctoniques a été mis en évidence dans les deux écosystèmes côtiers, notamment grâce aux caractéristiques des spectres de biomasse normalisée. Le long de la péninsule Antarctique, la fin de l'automne est une période charnière à tous les niveaux trophiques avec la baisse de la production primaire et l'agrégation du krill (Euphausia superba) dans les baies continentales. Les données ADCP ont permis de localiser dans une des baies le plus grand banc de krill échantillonné depuis 20 ans. L'étude du comportement alimentaire du krill en réponse à la baisse de la production primaire a montré l'impact du krill sur les spectres de taille des communautés mésozooplanctoniques, et en particulier sur les espèces de petites tailles. Un autre type de forçage a été mis en avant dans le golfe du Lion, où les structures physiques très variables induites par les apports du Rhône, le courant Liguro-Provençal et les vents influent directement sur la distribution spatiale du zooplancton. Des sous-régions ont été identifiées à partir de corrélations entre des paramètres physiques tels que la stratification de la colonne d'eau et des paramètres biologiques tels que la concentration en chl-a ou la pente des spectres de biomasse normalisée. / Zooplankton size structure and spatial distribution were investigated in a bay along the West Antarctic Peninsula (WAP) and in the Gulf of Lion in Western Mediterranean Sea. Zooplankton size spectra were determined with the use of two optical sensors, the Laser Optical Plankton Counter (LOPC) and the ZooScan / ZooProcess system. Using features of the biomass size spectrum is was possible to identify different forcing processes that affected zooplankton size spectrum and spatial distribution in the two ecosystems. In WAP, late fall is a transition time at all the trophic levels, with the decrease of primary production and the aggregation of Antarctic krill (Euphausia Superba) in continental bays. ADCP data permitted to find in a bay the largest Antarctic krill swarm reported in the last twenty years. Study of krill feeding behavior in response to the decrease of primary production showed impact of krill on mesozooplankton size spectrum and especially a decrease of the small size species abundance. A different type of forcing was found in the Gulf of Lion, where zooplankton spatial distribution was affected by physical structures such as the inputs by the Rhône river, the Liguro-Provençal current and winds. The correlation between physical and biological parameters e.g. water masses stratification, chl-a concentration, slope of the normalized biomass size spectrum (NBSS), allowed the identification of three different regions in the Gulf of Lion. These potential habitats show different zooplankton size structure, with strong NBSS slopes close to the coast and weaker NBSS slopes in the zone of the Rhône plume influence.