Variabilité spatiale et saisonnière des communautés phytoplanctoniques et bactériennes des fjords subarctiques de la côte est du Canada

RÉSUMÉ: Dans les fjords de la Scandinavie, du Groenland et de la côte ouest du Canada, diverses études ont montré que la dynamique des communautés planctoniques est fortement influencée par la stratification de la colonne d’eau, le régime lumineux et la disponibilité des nutriments. De telles observations sont cependant difficiles à valider pour les fjords subarctiques de la côte est du Canada, particulièrement les fjords du Labrador, car la dynamique du plancton n'y avait encore jamais été étudiée. Devant ce manque de connaissances et sachant la rapidité des changements climatiques auxquels sont assujettis les milieux polaires, il devenait impératif d'acquérir de telles données, d'autant plus que la réponse des communautés planctoniques face au réchauffement climatique est déterminante pour l'ensemble des maillons des réseaux trophiques. C'est dans ce contexte que s'insère cette thèse dont l'objectif central était de déterminer la variabilité spatiale et saisonnière des communautés phytoplanctoniques et bactériennes des fjords de Nachvak, Saglek, Okak et Anaktalak pendant l'été 2007, l'été 2013, le début de l'automne 2010 et la fin de l'automne 2009. La production primaire, la biomasse chlorophyllienne et l'exportation verticale du carbone organique particulaire ont présenté une variabilité saisonnière très marquée, les plus fortes valeurs ayant été observées pendant l'été. La communauté estivale a été principalement dominée par le nanophytoplancton (2-20 μm) tandis que la communauté automnale a présenté de plus fortes abondances de picophytoplancton (˂2 μm). L'analyse de la contribution relative du petit et du gros phytoplancton à la production totale a permis de suggérer que la production primaire est préférentiellement retenue dans la zone euphotique au lieu d'être exportée vers les profondeurs. \nLes variations saisonnières dans la production et la biomasse phytoplanctonique ainsi que dans l'exportation du carbone ont été principalement attribuables à la stratification de la colonne d'eau et à la durée de l'éclairement journalier. Étonnamment, la dynamique du phytoplancton n'a pas présenté de différences significatives d'un fjord à l'autre. Nos résultats ont également permis de déterminer qu'en raison de la fonte tardive du couvert de glace, le bloom pélagique a lieu pendant l'été dans les fjords du Labrador, et non au printemps comme couramment observé dans les fjords de la Scandinavie et du Groenland. Pendant l'été 2007, la communauté a été dominée par les diatomées et un assemblage mixte de flagellés. À l'été 2013, les flagellés ont nettement dominé la communauté et un bloom important du prymnésiophyte Phaeocystis pouchetii (jusqu'à 18 ´ 106 cellules l-1) a été observé dans le fjord de Nachvak. À l'automne, la communauté a été dominée par les flagellés non identifiés, les prymnésiophytes et les diatomées, leurs abondances respectives variant du début de l'automne à la fin de l'automne. Les principales variables environnementales responsables de ces différences significatives dans la composition taxonomique des protistes étaient la température et la salinité de l'eau, l'intensité de la stratification, l'éclairement journalier et la profondeur de la couche de mélange de surface. En combinant nos résultats à ceux de la littérature, nous avons suggéré la succession annuelle suivante dans la communauté des protistes: (hiver) dinoflagellés et autres flagellés ─ (printemps) Fragilariopsis spp., Chaetoceros spp., Thalassiosira spp. et Phaeocystis pouchetii ─ (été) Chaetoceros spp., P. pouchetii et Chrysochromulina spp. ─ (automne) flagellés, Gymnodinium/Gyrodinium spp. et Chrysochromulina spp. \nNous avons également pu dresser la toute première liste de protistes planctoniques des fjords du Labrador, en précisant l'abondance relative et le pourcentage d'occurrence de chaque taxon identifié. Avec plus de 200 taxons recensés, cette liste de protistes est sans conteste la plus complète de la littérature sur les fjords polaires. La température de l'eau et la biomasse chlorophyllienne ont significativement influencé l'abondance des bactéries hétérotrophes pendant l'été 2013, le début de l'automne et la fin de l'automne. Pour l'ensemble de la période d'étude, une relation positive et significative a été trouvée entre l'abondance des nanoflagellés hétérotrophes et celle des bactéries hétérotrophes. À l'été 2013, le taux de croissance intrinsèque du phytoplancton a varié entre <0 jr-1 et 0,64 jr-1, avec une moyenne de 0,36 jr-1. Le taux de broutage par le microzooplancton a été très variable, allant de 0,01 à 0,86 jr-1, avec un taux moyen de 0,31 jr-1. La mortalité due au broutage a été jusqu'à six fois plus élevée que la croissance du phytoplancton. Les taux de croissance du phytoplancton et de broutage par le microzooplancton dans les fjords du Labrador ont été comparables aux valeurs dans les mers de Barents et de Béring. Cette thèse de doctorat présente les toutes premières données sur les communautés planctoniques des fjords subarctiques du Labrador, données qui serviront de référence pour les études futures et qui permettront de mieux prédire les réponses du plancton face aux perturbations environnementales naturelles et anthropiques. -- Mot(s) clé(s) en français : Production et biomasse phytoplanctoniques, structure de taille, composition taxonomique, protistes, bactéries hétérotrophes, broutage, Arctique, Canada, Labrador, fjords subarctiques. -- ABSTRACT: In fjords of Scandinavia, Greenland, and of the west coast of Canada, various studies tend to show that the dynamics of plankton communities is strongly influenced by the stratification of the water column, the light regime and the nutrient availability. Such observations are however difficult to validate for subarctic fjords of the east coast of Canada, especially Labrador fjords, because plankton dynamics had never been studied there. Faced with this lack of knowledge and knowing the speed of climate change experienced by polar environments, it became imperative to acquire such data, especially as the answer of plankton communities facing global warming is determinant for all the food web links. This thesis fits in this context and the central objective was to determine the spatial and seasonal variability of phytoplankton and bacteria communities in Nachvak, Saglek, Okak and Anaktalak fjords during summer 2007, summer 2013, early fall 2010 and late fall 2009. Primary production, chlorophyll biomass and vertical export of particulate organic carbon showed a marked seasonal variability, the highest values being observed during summer. The summer community was mainly dominated by nanophytoplankton (2-20 μm) while the fall community presented higher abundances of picophytoplankton (˂2 μm). The analysis of the relative contribution of small and large phytoplankton to total production allowed to suggest that primary production was preferentially retained in the euphotic zone rather than being exported to greater depths. \nThe seasonal variations of phytoplankton production and biomass, as well as carbon export were mainly due to the stratification of the water column and the duration of daily light. Surprisingly, phytoplankton dynamics did not show any significant difference from one fjord to another. Our results also revealed that the pelagic bloom occurs during summer in Labrador fjords and not in spring as usually observed in fjords of Scandinavia and Greenland. This is explained by the late sea-ice break-up in Labrador fjords. During summer 2007, the community was dominated by diatoms and a mixed assemblage of flagellates. In summer 2013, flagellates clearly dominated the community and an important bloom of the prymnesiophyte Phaeocystis pouchetii (up to 18 ´ 106 cells l-1) was observed at Nachvak Fjord. During fall, the community was dominated by unidentified flagellates, prymnesiophytes and diatoms, their respective abundances varying from early fall to late fall. The main environmental variables responsible for these significant differences in protist taxonomic composition were water temperature and salinity, the strength of stratification, the daily light and the depth of the surface mixed layer. By combining our results to those from the literature, we suggested the following annual succession in the protist community: (winter) dinoflagellates and other flagellates ─ (spring) Fragilariopsis spp., Chaetoceros spp., Thalassiosira spp. and Phaeocystis pouchetii ─ (summer) Chaetoceros spp., P. pouchetii and Chrysochromulina spp. ─ (fall) flagellates, Gymnodinium/Gyrodinium spp. and Chrysochromulina spp. We were also able to draw the very first list of planktonic protists in Labrador fjords, indicating the relative abundance and the occurrence percentage of every taxon identified. \nWith more than 200 taxa reported, this list of protists is without contest the most complete of the literature on polar fjords. Water temperature and chlorophyll biomass significantly influenced the abundance of heterotrophic bacteria during summer 2013, early fall and late fall. For the whole sampling period, a positive and significant relationship was found between the abundance of heterotrophic nanoflagellates and that of heterotrophic bacteria. During summer 2013, the intrinsic growth rate of phytoplankton varied between <0 d-1 and 0.64 d-1, with a mean of 0.36 d-1. Microzooplankton grazing rate was very variable, ranging from 0.01 to 0.86 d-1, with a mean rate of 0.31 d-1. Mortality due to grazing was up to six times higher than phytoplankton growth. Phytoplankton growth and microzooplankton grazing rates in Labrador fjords were comparable to values in the Barents Sea and the Bering Sea. This doctoral thesis presents the very first data on the plankton communities of subarctic Labrador fjords, data which will be used as reference for future studies and which will help to better predict plankton responses to natural and anthropogenic environmental dist

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