Les écosystèmes marins arctiques sont alimentés à la base de la chaîne trophique par la production de biomasse algale. Alors que l’on croyait la croissance du phytoplancton (algues unicellulaires en suspension dans l’eau de mer) largement limitée à la saison durant laquelle l’océan Arctique est le plus dépourvu de glace de mer, on a découvert que des développements massifs de phytoplancton se produisaient sous la banquise arctique dès le printemps. Il n’est actuellement pas possible de déterminer l’étendue du phénomène et sa contribution, peut-être majeure, à la production primaire marine annuelle, car on connaît peu les mécanismes qui contrôlent la dynamique des floraisons de phytoplancton sous la banquise. Les observations in situ suggèrent que les floraisons sous banquise sont largement conditionnées par l’accès à la lumière visible dans la colonne d’eau. Que savons nous de cette lumière? Nous savons qu’elle est contrainte par les éléments qui se trouvent à la surface de l’océan Arctique (la présence et l’état de la glace de mer), ainsi que par l’atmosphère (en particulier, par les nuages). Mais comment analyser à la fois l’influence de la surface de l’océan et de l’atmosphère qui varient énormément avec le temps et l’espace, sur la lumière disponible pour la production primaire? La télédétection par satellite est un outil puissant pour suivre et étudier les propriétés du système Arctique à différentes échelles spatio-temporelles. Cet outil, combiné dans différents modèles, est utilisé pour déterminer le rôle que jouent les composantes de l’environnement dans les fluctuations de la lumière sous-marine. Ainsi, le premier chapitre de cette thèse porte sur la transmittance de la lumière par l’atmosphère à l’échelle pan-Arctique et on y évalue la tendance multiannuelle entre 2000 et 2016. On trouve que l’atmosphère devient moins transparente d’environ 2% par décennie. Ensuite, au deuxième chapitre, on développe une méthode satellitaire pour quantifier la perte de photons par réflexion dans la glace de mer. La méthode est évaluée par les données de terrain collectées en marge de la baie de Baffin aux printemps 2015 et 2016 pendant la campagne Green Edge. Finalement, au troisième chapitre, on utilise un modèle de propagation de la lumière dans l’atmosphère, qui, combiné au modèle développé au chapitre deux, permet d’évaluer la lumière potentiellement disponible pour la production primaire, à haute résolution temporelle tout au long de la saison de croissance. Ce modèle est appliqué localement, toujours en marge de la baie de Baffin, mais la méthode est développée pour investiguer le régime lumineux sous la banquise n’importe où en Arctique. Cette thèse contribue à l’avancement des connaissances sur la lumière servant à la production primaire et à sa propagation dans le système atmosphère-glace-océan. / Arctic marine ecosystems are fueled by the production of algal biomass. While the growth of phytoplankton (single-cell algae suspended in seawater) was believed to be largely limited to the season during which the Arctic Ocean is mostly free of ice, massive phytoplankton blooms have recently been discovered under Arctic sea ice during spring. It is currently not possible to determine the extent of this phenomenon and its contribution, perhaps major, to annual primary production, because little is known about the mechanisms that control the dynamics of phytoplankton blooms under sea ice. Recent in situ observations conducted to understand this phenomenon suggest that the under-ice phytoplankton blooms are largely conditioned by access to visible sunlight in the water column. This light is constrained by the elements which are on the surface of the Arctic Ocean, in particular the presence and the state of the sea ice which vary enormously with time and space. Likewise, in the atmosphere, the omnipresence of clouds in the Arctic strongly constrains light. How can we analyze both the influence of the surface and the atmosphere on the light available for phytoplankton under sea ice? Satellite remote sensing is a powerful tool for monitoring and studying the properties of the Arctic system at different space-time scales. This tool, combined with different models, is used to determine the role that these different components of the environment play in the fluctuations of underwater light. The first chapter of the thesis deals with the transmittance of light by the atmosphere for which we assess the multi-annual trend between 2000 and 2016 at the pan-Arctic scale. We find that the atmosphere becomes less transparent at a rate of 2% per decade. Then, in chapter two, we develop a satellite remote sensing method to quantify the loss of reflected light in sea ice. This method is validated by field data collected during the Green Edge campaign on the West coast of Baffin Bay during the springs of 2015 and 2016. Finally, in chapter three, we use a model to propagate light in the atmosphere, and, combining it with the model developed in the previous chapter, we assess the potential light for phytoplankton at high temporal resolution throughout the growing season. This model is applied locally, still at a coastal Baffin Bay location (Green Edge campaign), but the method was developed to investigate the light regime under the pack ice anywhere in the Arctic. This thesis contributes to our knowledge on the propagation of light available for photosynthesis in the atmosphere-ice-ocean system and thus helps to better understand the impact of climate change on the Arctic marine ecosystem.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/67753 |
| Date | 23 February 2021 |
| Creators | Laliberté, Julien |
| Contributors | Babin, Marcel, Bélanger, Simon |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | English |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xiii, 121 pages), application/pdf |
| Coverage | Arctique, Océan. |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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