Ce travail a pour objectif d’étudier la biodiversité et la dynamique du zooplancton en relation avec les paramètres environnementaux dans la lagune Ghar El Melh au niveau de 5 stations à travers un suivi bimensuel allant de février 2011 à janvier 2012. Cette étude vise également à déterminer l’impact des régimes alimentaires à base de microalgues nuisibles, en conditions expérimentales, sur la survie, le comportement et la reproduction du copépode Calanoïde Acartia clausi collecté dans la lagune Ghar El Melh pendant la saison printanière.L’analyse hydrologique du milieu a mis en évidence une variation saisonnière de la totalité des paramètres avec des valeurs importantes de la température, de la salinité, du pH et de la Chl a en été et des teneurs élevées en nutriments en automne/hiver. L’étude spatio-temporelle du zooplancton a révélé la présence de 23 groupes zooplanctoniques dominés par les copépodes (37,25%) et les ciliés (21,09%). La lagune représente également un lieu de reproduction pour plusieurs espèces compte tenu de l’abondance du méroplancton tels que les larves de lamellibranches (14,9%) et les véligères de gastéropodes (12,5%). La température, la salinité, les caractéristiques hydrodynamiques, la teneur en ammonium et la richesse trophique ont été les facteurs déterminants pour le développement du zooplancton. Les relations d’ordre trophique semblent avoir un effet important sur la distribution des copépodes, ciliés et rotifères. La communauté des copépodes a été composée par 13 espèces dominées par les espèces opportunistes Oithona nana (59,5%), Acartia clausi (21%) et Euterpina acutifrons (8,87%) dont les abondances et la saisonnalité semblent être tributaires, en plus de l’abondance des proies, des caractéristiques hydrologiques de l’eau notamment de la température et la salinité.Les essais portant sur l’impact des microalgues nuisibles sur Acartia clausi ont mis en évidence i) une réduction du taux de survie (55%) et du nombre d’œufs produits (3,9 ± 3,2 œufs femelle-1 j-1) due à Prorocntrum micans malgré l’importance de l’activité alimentaire et du taux d’éclosion des œufs ii) Une altération importante de l’activité alimentaire, de la reproduction et de la survie due à Prorocentrum lima dès le premier jour iii) une létalitè importante de la souche Ostreopsis ovata se caractérisant par la mortalité de tous les individus après 24 heures iv) une altération importante du mouvement (33,6%) observée dès le 8ième jour, accompagnée d’une production réduite d’œufs (2,8 ± 3,9 œufs femelle-1 j-1), un faible taux d’éclosion (27,9 ± 30,6%) et d’une réduction importante de la survie due à Alexandrium catenella. / The aim of this work is to study the biodiversity and seasonal distribution of zooplankton community along with environmental factors in Ghar El Melh lagoon at 5 stations by twice monthly sampling from February 2011 to January 2012. This study also focused on the impact of several diets based on harmful microalgae on the survival, behavior and reproduction of the Calanoïd copepod Acartia clausi collected from Ghar El Melh lagoon during spring under laboratory control.The hydrological caracteristics revealed a seasonal variation of all parameters with high water temperature, salinity, pH and Chlorophyll a in summer and high nutrient concentrations in autumn/winter. The study of spatial and temporal variation of zooplankton revealed the presence of 23 groups mainly dominated by copepods (37.25%) and ciliates (21.09%). High abundance of meroplankton such as bivalve larvae (14.9%) and gastropod veligers (12.5%) showed that the lagoon can be considered as a breeding place for several marines species. Temperature, salinity, hydrodynamic characteristics, ammonium concentration and abundance of prey were the determining factors for the development of zooplankton. Trophic relationships seem to have an important effect on the distribution of copepods, ciliates and rotifers. The copepod community was composed of 13 species chiefly represented by opportunistic species Oithona nana (59.5%), Acartia clausi (21%) and Euterpina acutifrons (8.87%). Abundance and seasonality of this opportunistic community seem to be related to the abundance of prey and hydrological characteristics of water such as temperature and salinity.Bioassay on Acartia clausi using several harmful microalgae species showed (i) reduction of survival rate (55%) and egg production (3.9 ± 3.2 eggs female-1 day-1) due to Prorocntrum micans despite the high feeding rate and egg hatching success (80%) ii) a high decrease of feeding, reproduction and survival rates observed after 1 day of exposure to the toxic Prorocentrum lima iii) a very high lethality of used Ostreopsis ovata strain causing the mortality of all copepods after only 24 hours iv) high movement alteration rate (33.6%) observed after 8 days of exposure to Alexandrium catenella, associated to a reduced egg production rate (2.8 ± 3.9 eggs female-1 day-1), a low hatching success (27.9 ± 30.6%) and a reduced survival rate.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du zooplancton du bassin versant de l'Escaut ont été étudiées en relation avec les conditions environnementales présentées dans les cours d'eau. L'Escaut est un fleuve long de plus de 350km répartis entre la France, la Belgique et les Pays-Bas. Son bassin versant draine un territoire soumis à de nombreuses pressions d'origine anthropique industrielle, agricole et domestique. Par conséquent, d'après l'évaluation de la Directive Cadre sur l'Eau, l'état écologique des cours d'eau est jugé plutôt insatisfaisant. Les précédentes études sur le zooplancton de l'Escaut ayant porté principalement sur les tronçons estuariens du fleuve, les communautés zooplanctoniques des cours d'eau de l'amont du bassin versant, dans la zone transfrontalière entre la France et la Belgique étaient jusqu'alors non documentées à notre connaissance. De la source à l'embouchure de l'Escaut, 4 grandes zones fonctionnelles ont pu être identifiées présentant différentes conditions d'habitat pour le zooplancton, définies principalement par le gradient de salinité et l'influence de la marée. A l'échelle de la partie non estuarienne du bassin versant, la variabilité spatiale et temporelle du zooplancton a été explorée, en relation avec les conditions environnementales. La distribution du zooplancton a montré une forte hétérogénéité, induisant une faible prédictibilité dans au regard de l'état écologique (DCE), des conditions environnementales et des profils de contamination des sites (en considérant une gamme de polluants organiques persistants et métaux traces caractéristiques de la zone d'étude). En revanche, un rôle trophique important a pu être mis en évidence, avec une sélectivité trophique de la fraction zooplanctonique 50 -250 µm envers les groupes algaux, en particulier les Chlorophytes, et un broutage suggéré sur les cyanobactéries. / Structural and functional characteristics of the Scheldt basin zooplankton have been studied in relation with environmental conditions presented in watercourses. The Scheldt runs for 350 km from Northern France to the Netherlands, crossing Belgium. Its basin drains an area subject to multiple pollutions originating from industrial, agricultural and domestic activities. As a consequence, ecological states of watercourses are unsatisfactory according to the Water Framework Directive (WFD) evaluation. So far, studies on Scheldt zooplankton have focused on estuarine reaches, and the upstream basin's communities were scarcely documented. From source to mouth of the Scheldt, 4 functional zones have been identified presenting different habitat conditions for zooplankton, defined mainly by salinity gradient and tidal influence. At the scale of the non-tidal watershed, spatial and temporal variability of zooplankton communities have been explored, in relation with environmental conditions. Zooplankton distribution showed a strong heterogeneity, inducing little predictability concerning ecological status (WFD), environmental conditions, and contamination patterns of sites (considering a set of persistent organic pollutants and trace metals characteristics of the study area). However, an important trophic role has been highlighted. The zooplankton community between 50-250 µm showed a selective feeding on some algal groups, particularly on chlorophytes, and and the results suggest a grazing activity on cyanobacteria.

La gestion et le suivi des écosystèmes dans les parcs nationaux et provinciaux visent essentiellement la préservation de leur intégrité écologique et de leur biodiversité. Toutefois, le portrait de la biodiversité aquatique dans les lacs des parcs nationaux du Québec est encore incomplet, en particulier pour les microorganismes qui forment la base des réseaux trophiques. Ce mémoire présente les résultats de la première étude d’envergure sur le zooplancton de 14 lacs du parc national du Mont-Tremblant (PNMT, Québec), intégrant des connaissances nouvelles sur la biodiversité et la structure taxonomique et fonctionnelle du zooplancton et l’application d’indices biotiques. Le but final est d’établir les relations entre la structure du zooplancton et l’état trophique des lacs afin de mieux évaluer leur niveau d’intégrité biologique. La diversité et la structure du zooplancton et les patrons de dominance des espèces dans les lacs du PNMT sont similaires à ceux observés dans les lacs du Bouclier Canadien en Ontario et au Québec. On distingue plusieurs groupes de lacs sur la base des espèces de rotifères (Kellicottia longispina et Conochilus unicornis) et de cladocères de petite (Bosmina, Diaphanosoma birgei) ou grande (Daphnia catawba, Holopedium gibberum) taille. Les lacs se répartissent le long d’un gradient inverse dans l’abondance des rotifères et des copépodes calanoïdes. Ces taxons présentent le meilleur potentiel de bioindicateurs de l’état trophique des lacs du PNMT. L’altitude, la taille et la profondeur des lacs et la présence de l’Omble de fontaine ou du Grand brochet ont un effet structurant sur le zooplancton. Ils permettent de classer les lacs du PNMT en deux groupes bien distincts : i) les lacs oligotrophes à Omble de fontaine riches en copépodes calanoïdes (Allen, Herman, du Brochet, Obéron et Trap), ii) les lacs oligo-mésotrophes à Grand brochet (avec des cyprins planctivores) plus riches en rotifères (surtout Desjardins, Savane, Houdet, Monroe et Rossi). / The application of environmental management plans and monitoring programs in national parks aims essentially to preserve biodiversity and ecological integrity of natural ecosystems for future generations. However, knowledge on aquatic biodiversity in national parks in Quebec is still incomplete, especially for the microorganisms at the base of food webs. This research presents the first important study on the zooplankton communities in 14 lakes of the Parc National du Mont-Tremblant (PNMT, Québec), including new knowledge on the biodiversity components, the taxonomic and functional structure of zooplankton communities, and the application of biotic indexes. The ultimate goal is to establish the relationships between trophic state and both zooplankton community structure and the derived biotic indexes, in order to evaluate the ecological integrity of the study lakes. Biodiversity components and zooplankton community structure of the PNMT lakes are similar to those observed in Canadian Shield lakes in Ontario and Québec. We could distinguish two groups of lake based on rotifer species (Kellicottia longispina and Conochilus unicornis) and on cladoceran species of small (Bosmina, Diaphanosoma birgei) or large (Daphnia catawba, Holopedium gibberum) size. Lakes are distributed along inverse gradients of the relative abundance of rotifers and calanoid copepods. These taxa offer the best potential as bioindicators of the trophic state and ecological integrity of PNMT lakes. Three main factors (altitude, area and depth of lakes, and the presence of brook trout or northern pike) are structuring zooplankton community in two main groups: i) the oligotrophic lakes with the brook trout dominated by the calanoid copepods (Allen, Herman, du Brochet, Obéron and Trap), ii) the mesotrophic lakes with the northern pike (including planktivore cyprinids) dominated by rotifers (mainly Desjardins, Savane, Houdet, Monroe and Rossi).

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux appendiculaires, et plus particulièrement à l'espèce Oikopleura dioica, qui appartiennent au groupe du mésozooplancton. Toutes leurs particularités découlent principalement de leurs caractéristiques anatomiques et physiologiques : ils sécrètent une extra-structure, appelée logette, dans laquelle ils vivent dont ils contrôlent le contenu qualitatif et quantitatif en nourriture. Nous avons développé un modèle détaillant les processus liés à l'acquisition d'énergie chez Oikopleura dioica, à savoir la filtration, l'ingestion et l'assimilation. Le modèle proposé reproduit plusieurs données de la littérature, et notamment l'accumulation de nourriture dans la logette, tout en proposant une formulation originale de l'ingestion et de l'assimilation. Les résultats suggèrent qu'à de faibles valeurs de concentration alimentaire la taille des pelotes fécales n'ait pas la même proportionnalité par rapport à la taille de l'organisme qu'à des valeurs de concentration plus importantes. Egalement, il apparaît que la logette constitue une structure pouvant retarder d'une heure et demie le début de la perception d'une période de rupture alimentaire du milieu par l'organisme. En utilisant la théorie des budgets dynamiques d'énergie (DEB), nous avons élaboré un modèle standard ne représentant pas explicitement les logettes ni leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie. Nous avons ensuite, sur la base de ce premier modèle sans logette, décliné une seconde version du modèle représentant explicitement les logettes ainsi que leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie. / In this thesis, we studied the appendicularian, specifically the species Oikopleura dioica, which are members of the mesozooplankton group. Their particular features are due to their anatomical and physiological characteristics: they secrete an extra-corporal structure, called house, where they live and use as food reservoir. As such, they control its qualitative and quantitative content. We developed a model detailing the processes of filtration, ingestion and assimilation. We formulated an original mathematical representation of the physiology of this organism which integrates the current knowledge about the above-mentioned processes. The simulations results were used to investigate the mechanisms involved in the production of fecal pellets. The results suggest that the proportionality between fecal pellet size and organism size is not the same for low and high values of environmental food concentration. Moreover the house could delay of about one and half hours the organism perception of the beginning of an alimentary interruption.Using the Dynamic Energy Budget (DEB) theory, we developed a standard model which does not take into account the house production nor its impacts on energy acquisition processes. We then proposed a second version of the model which explicitly represents the houses and their effects on energy acquisition process. The results about sizes simulations are significantly different between the two model versions.

Cette thèse porte sur l’étude de la dynamique du zooplancton de deux écosystèmes Méditerranéens, la Baie de Marseille (France) et le Canal de Bizerte (Tunisie). Le mésozooplancton de la Baie de Marseille a été prélevé à la station SOMLIT de mars 2009 à juillet 2011 et étudié à l’aide de deux méthodes d’analyse (la loupe binoculaire et le ZooScan). Les résultats obtenus nous ont permis de caractériser à la fois le stock (abondance et biomasse) et la structure (composition taxonomique et spectre de taille) de la communauté zooplanctonique. Une succession saisonnière de la structure de la communauté zooplanctonique a été observée, et qui est principalement commandée par la température et les blooms phytoplanctoniques. Les organismes de petites tailles ont dominé en abondance et en biomasse la communauté zooplanctonique. Une étude in situ de la dynamique de population et de la reproduction des copépodes Centropages typicus et Temora stylifera a été réalisée à cette même station SOMLIT. Une saisonnalité des taux de ponte des deux copépodes a été enregistrée, avec des minima au printemps et des maxima de la fin d’automne au début d’hiver.L’activité de reproduction des copépodes Centropages ponticus et Temora stylifera prélevés in situ à la station Canal de Bizerte, a été étudiée en automne, en 2006 et en 2010. Les taux de ponte et de viabilité des œufs ont été assez stables pour C. ponticus, alors qu'ils variaient fortement pour T. stylifera. Les variations des paramètres de reproduction des deux copépodes ont été associées à des variations de paramètres environnementaux, en particulier la turbidité et la composition phytoplanctonique. / This thesis focuses on the study of zooplankton dynamics in two Mediterranean ecosystems, the Bay of Marseille (France) and the Channel of Bizerte (Tunisia). The mesozooplankton of Marseille’s Bay was collected from SOMLIT station, from March 2009 to July 2011, and studied using two analytical methods (microscope and ZooScan). The results led us to a precise characterization of both stock (abundance and biomass) and structure (taxonomic composition and size spectrum) of the zooplankton community. A seasonal succession of the zooplankton community structure was observed, mainly controlled by the temperature and phytoplankton blooms. Planktons of small sizes have dominated in abundance and biomass the zooplankton community. An in situ study of population dynamics and reproduction of copepods Centropages typicus and Temora stylifera was made at the same station SOMLIT. A seasonal egg production of both copepods was recorded, with minima in spring and maxima from the late autumn to early winter.An in situ reproduction activity of the copepods Centropages ponticus and Temora stylifera was investigated in autumn 2006 and 2010 in the Bizerte Channel. Egg production and hatching success remained fairly stable for C. ponticus throughout the study period compared with T. stylifera in which reproductive traits fluctuated considerably. Changes in reproductive traits for both species resulted from environmental parameter variations, in particular the turbidity and the phytoplankton composition.

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

La comunidad fitoplanctónica en los golfos Nuevo (GN) y San José (GSJ) está dominada por diatomeas y dinoflagelados. Especies potencialmente productoras de ácido domoico (AD) del género Pseudo-nitzschia son componentes frecuentes del fitoplancton de estos golfos. Mientras que el dinoflagelado Alexandrium tamarense, productor de toxinas paralizantes de moluscos (PSP), ha sido identificado recurrentemente en la misma área, tendiendo a producir blooms durante la primavera. Dentro de la comunidad mesozooplanctónica tanto del GN como del GSJ los copépodos son el grupo más abundante. Sus máximas densidades ocurren durante la primavera luego del bloom primaveral del fitoplancton. Estudios recientes demostraron que la ballena franca austral (Eubalaena australis) se alimenta durante su estadía en el GN y el GSJ. Sin embargo, alimentarse en estos golfos podría ser un riesgo para las ballenas, debido a los recurrentes blooms de fitoplancton tóxico que ocurren durante la primavera en el área. El efecto de las toxinas sobre la salud de estas ballenas se postula actualmente, como una de las explicaciones a la mortalidad de crías observada durante los últimos años en Península Valdés. Este trabajo tiene como objetivos generales estudiar la variación estacional del alimento disponible en términos cuali- y cuantitativos para los individuos de E. australis. A su vez analizar la transferencia de biotoxinas desde las especies productoras del fitoplancton a los vectores en el mesozooplancton y desde ellos a estas ballenas. Durante el ciclo anual estudiado (diciembre de 2014-diciembre de 2015 en el GN y enero de 2015-enero2016 en el GSJ) tanto en el GN como en el GSJ el fitoplancton estuvo dominado por diatomeas y dinoflagelados. Las especies tóxicas de microalgas fueron más frecuentes durante la primavera, registrándose, incluso, un bloom de Pseudo-nitzschia australis en el mes de octubre en el GN. Dentro de la comunidad mesozooplanctónica del GN los copépodos y los cladóceros dominaron el mesozooplancton, mientras que los copépodos constituyeron el grupo dominante en el GSJ. En ambos golfos los copépodos se asociaron a los feopigmentos y la salinidad, mientras que los cladóceros se correlacionaron positivamente con la temperatura. La abundancia y biomasa mesozooplanctónica en general fueron bajas durante la temporada de ballenas (invierno y primavera). Sin embargo, hacia fines del invierno en el GN el mesozooplancton presentó una biomasa destacable, registrándose entre 17-20 ballenas filtrando en superficie. Las principales presas de E. australis fueron los copépodos calanoideos, larvas zoeas de Munida gregaria, larvas caliptopis y furcilias de Euphausia lucens como así también individuos juveniles y adultos de esta última especie y varios organismos del ictioplancton. Asimismo, durante el período estudiado, se detectó AD en la columna de agua, las muestras de plancton y en el material fecal de ejemplares vivos de E. australis. Este estudio demuestra, por primera vez, que la ballena franca austral está expuesta al AD a través de su alimentación en Península Valdés y la principal ruta de esta neurotoxina serían los copépodos. En tanto que no se pudo comprobar la transferencia de toxinas PSP a través de la trama trófica y que ésta esté afectando a las ballenas. / Phytoplankton community in Nuevo (GN) and San José (GSJ) Gulfs is dominated by diatoms and dinoflagellates. Species that are potential producers of domoic acid (DA) of the genus Pseudo-nitzschia are frequent components of phytoplankton in these gulfs. The dinoflagellate Alexandrium tamarense, a producer of paralytic shellfish poisoning (PSP) toxins, has been found in this area showing a tendency to produce blooms in spring. Copepods are the most abundant group in the mesozooplankton community both in GN and GSJ, its maximum densities occurring during spring after the spring phytoplankton bloom. Recent studies have demonstrated that the southern right whale Eubalaena australis feeds during its stay in GN and GSJ. Still, feeding in these gulfs could be dangerous for the whales due to the recurrent toxic phytoplankton blooms in this area during spring. The effect of toxins on whales´ health has been postulated to be one of the causes of the calves´ mortality observed in Península Valdés in the last years. The aims of this Ph. D. Thesis were i) to study seasonal variations in food availability in qualitative and quantitative terms for individuals of E. australis, and ii) to analyze biotoxin transfer from phytoplankton-producing species to vectors in mesozooplankton and from them to whales. During the annual cycle studied (December 2014-December 2015 in GN and January 2015-January 2016 in GSJ) phytoplankton in GN as well as in GSJ was dominated by diatoms and dinoflagellates. Toxic microalgae species were more frequent during spring, including a bloom of P. australis in October in GN. Mesozooplankton in GN was dominated by copepods and cladocerans while in GSJ it was dominated by copepods. In both gulfs copepods were associated to phaeopigments and salinity whereas cladocerans were positively correlated to temperature. Mesozooplankton abundance and biomass were in general low during the season of whales (winter and spring). Interestingly, a remarkable mesozooplankton biomass was observed towards the end of winter in GN, a total of ~17-20 whales being recorded filtrating seawater. The main preys for E. australis were calanoid copepods, Munida gregaria zoea larvae, Euphausia lucens caliptopis, furcilia, juveniles and adults as well as several ichthyoplankton organisms. DA was also detected in the water column, in the plankton samples and in faecal material from live specimens of E. australis. This study demonstrates for the first time that the southern right whale is exposed to DA through feeding in Península Valdés and that copepods could be the principal vector of this toxin. It was nonetheless not possible to verify the transfer of PSP toxins through the food web nor was it possible to show that this transfer could affect whales.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les copépodes dominent la biomasse du mésozooplancton des régions arctiques et subarctiques, où lumière, glace et production primaire varient fortement selon les saisons. En transformant le carbone fixé par les microalgues en réserves lipidiques pour survivre l'hiver, les Calanus spp. constituent une source d'énergie cruciale pour les poissons, oiseaux et mammifères marins. Historiquement, les copépodes sont étudiés par un comptage taxonomique après un échantillonnage par filets. Cette thèse propose un autre paradigme en combinant l'utilisation d'outils d'imagerie plus récents et une approche dite « par traits fonctionnels ». Les traits fonctionnels sont des propriétés mesurables à l'échelle individuelle et influençant le succès écologique des organismes (i.e. taille, régime trophique, migration verticale). Ils sont partagés par plusieurs espèces et peuvent être reliés à des fonctionnalités des écosystèmes comme l'export de carbone ou l'énergie disponible pour les réseaux trophiques par exemple. Comme une majorité des traits possèdent une signature morphologique, nous les avons définis sur deux types d'images individuelles du plancton, complémentaires et couramment utilisées : des images in situ de l'Underwater Vision Profiler (UVP) et des images en couleur prises lors d'observations au stéréomicroscope. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment les traits fonctionnels des copépodes, identifiés sur des images, peuvent être reliés aux dynamiques environnementales et au fonctionnement des écosystèmes arctiques et subarctiques. Dans le Chapitre 1, nous analysons des images in situ prises par l'UVP au moment de la fonte printanière de la banquise dans l'arctique canadien. Des variables morphologiques sont utilisées pour projeter les images dans un espace statistique, et les axes synthétisent les variations morphologiques en trois traits continus : la taille, l'opacité (qui nous renseigne sur les structures pigmentées), et la complexité du contour (indiquant probablement un taux d'activité par la visibilité des appendices). Cette analyse exploratoire a révélé des traits nouveaux, dont les variations étaient fortement corrélées à la fonte de la banquise et à l'efflorescence des algues. Plusieurs arguments indiquent que les maxima d'opacité des individus peuvent être attribués à la présence d'astaxanthine, un pigment caroténoïde rouge. Dans le Chapitre 2, une revue de la littérature a mis en évidence les conditions écologiques propices à la coloration des copépodes pour divers écosystèmes aquatiques à l'échelle globale. Nous démontrons que la pigmentation rouge peut participer au succès des individus (croissance, survie, reproduction) grâce aux propriétés antioxydantes de l'astaxanthine. Comme la pigmentation semble ajustable à de courtes échelles temporelles et avantageuse dans diverses conditions environnementales (lumière intense, basses températures et couvert de glace, ou grandes profondeurs), nous pensons qu'elle peut être considéré comme un de "couteau-suisse" de protection métabolique. Dans le Chapitre 3, une méthode de déconvolution de la couleur de l'astaxanthine a été utilisée pour produire un indice de rougeur sur des images de copépodes arctiques observés au stéréomicroscope. L'indice a été validé par comparaison avec une quantification chimique des pigments, et peut être utilisé pour des images prises dans diverses conditions grâce à une étape préalable de calibration des canaux de couleur. Cette thèse montre qu'il est possible d'extraire un maximum d'information à partir d'une image de plancton pour dégager des tendances écologiques sur de grands jeux de données, tout en gardant accès à la variabilité interindividuelle. Utiliser les traits définis ici (taille, pression de broutage, taux d'antioxydants), en combinaison avec d'autres outils, pourrait participer à la compréhension du fonctionnement des réseaux trophiques. / Copepods dominate the mesozooplankton biomass of arctic and sub-arctic regions, where light, ice and primary production are highly variable according to the season. By converting carbon fixed by microalgae into lipid reserves for winter survival, Calanus spp. are a crucial source of energy for fish, birds and marine mammals. Historically, copepods have been studied by taxonomic counting after net sampling. This thesis proposes an alternative paradigm by combining the use of more recent imaging tools and functional trait-based approach. Functional traits are properties that are measurable at the individual scale and influence the ecological success of organisms (i.e. size, trophic regime, vertical migration). They are shared by several species and can be related to ecosystem functionalities such as carbon export or energy available for food webs for example. As a majority of them have a morphological signature, we defined them on two types of individual plankton images, complementary and commonly used: in situ images from the Underwater Vision Profiler (UVP) and color images taken during stereomicroscope observations. The objective of this thesis is to understand how functional traits of copepods, identified in images, can be related to environmental dynamics and functioning of arctic and sub-arctic ecosystems. In Chapter 1, we analyze in situ images taken by the UVP at the time of spring melt in the Canadian arctic. Morphological variables are used to project the images into a statistical space, and the axes synthesize morphological variation into three continuous features: size, opacity (which tells us about pigmented structures), and complexity of contour (likely indicating feeding activity through appendage visibility). This exploratory analysis revealed novel traits, having variations strongly correlated with sea ice melt and algal blooms phenology. Several arguments indicate that opacity maxima in individuals can be attributed to the presence of astaxanthin, a red carotenoid pigment. In Chapter 2, a review of the literature highlighted the ecological conditions conducive to copepod coloration for various aquatic ecosystems on a global scale. We demonstrate that red pigmentation can participate in the success of individuals (growth, survival, reproduction) through the antioxidant properties of astaxanthin. Since pigmentation appears to be adjustable on short time scales and advantageous under various environmental conditions (intense light, low temperatures and ice cover, or great depths), we believe it can be considered as a "swiss army knife" of metabolic protection. In Chapter 3, an astaxanthin color deconvolution method was used to produce a redness index on stereomicroscope images of arctic copepods. The index was validated by comparison with a chemical quantification of the pigments, and can be used for images taken under various conditions thanks to a prior calibration step of the color channels. This thesis shows that it is possible to extract a maximum amount of information from a plankton image to identify ecological trends on large datasets, while keeping access to inter-individual variability. Using the traits defined here (size, grazing pressure, antioxidant levels), in combination with other tools, could participate in understanding the functioning of food webs.

Variabilité spatiale multiéchelle du zooplancton dans un lagoon récifal côtier - L'identification des changements dans les patrons écologiques selon l'échelle spatiale et la compréhension des processus qui génèrent ces changements sont d'une importance considérable en océanographie. Dans ce contexte, comprendre comment une communauté biologique répond à l'hétérogénéité environnementale requiert la connaissance des processus impliqués et l'échelle spatiale à laquelle ils opèrent. Les relations spatiales entre la variabilité du zooplancton et l'hétérogénéité environnementale sont encore imprécises dans les écosystèmes tropicaux côtiers. L'objectif de ce travail de thèse a donc été de déterminer les échelles de dépendance spatiale des patrons du zooplancton associé à un lagon récifal côtier et des processus environnementaux sous-jacents. Dans ce contexte, les intérêts de cette recherche ont été de quantifier les patrons de la variabilité du zooplancton dans l'espace, de comprendre comment ces patrons changent avec l'échelle spatiale et de déterminer les processus physiques et biologiques responsables de ces patrons spatiaux. L'échantillonnage, effectué le long d'un transect de la côte vers le large dans le lagon du Grand-Cul-de-Sac Marin (Guadeloupe), a concerné deux classes de taille du zooplancton (190–600 µm et > 600 µm) pour lesquelles la biomasse et l'abondance ont été estimées. L'analyse multiéchelle a été utilisée pour caractériser les patrons du zooplancton aux différentes échelles spatiales (de l'échelle de l'habitat à celle du lagon tout entier) et pour identifier les processus responsables de ces structures spatiales. Cette étude a montré que la variabilité du zooplancton est un phénomène multiéchelle dont l'amplitude et la dépendance spatiale dépendent de la taille des organismes, de leur motilité et de la variable-réponse considérée (biomasse ou abondance). La biomasse et l'abondance du zooplancton varient en réponse à la distribution spatiale du phytoplancton, au comportement du zooplancton, à l'hétérogénéité de l'habitat, à l'hydrodynamique et aux évènements météorologiques. La nature et les effets de ces processus sont dépendants de l'échelle spatiale. Ce travail a montré comment le changement d'échelle spatiale met en évidence différents niveaux d'organisation de la communauté zooplanctonique en réponse à l'hétérogénéité environnementale.