Influence des activités humaines sur les écosystèmes benthiques d'une zone industrialo-portuaire subarctique : application d'indicateurs de statut écologique et prédiction de la structure des communautés

RÉSUMÉ: L'ensemble des environnements côtiers et océaniques de la planète est influencé par les activités humaines, dont les impacts peuvent modifier la structure et l'intégrité des écosystèmes de façon durable. Afin de protéger adéquatement le milieu naturel et de soutenir un développement durable, notamment dans des régions concentrant de multiples activités humaines, il est nécessaire de comprendre comment évoluent les écosystèmes marins sous influence anthropique. Les communautés benthiques sont un compartiment particulièrement intéressant pour étudier ces problématiques, car de nombreuses espèces possèdent des capacités d'évitement limitées de par leur mode de vie majoritairement sessile ainsi qu'une longue espérance de vie. Alors que plusieurs travaux évaluant l'impact anthropique ont été effectués sur une large gamme d'écosystèmes à travers le monde, peu ont considéré spécifiquement des écosystèmes subarctiques, dont l'utilisation par l'homme est prévue d'augmenter en lien avec le changement climatique. C'est dans ce contexte que s'inscrit ma thèse, où l'objectif principal est de comprendre comment les écosystèmes benthiques d'une zone industrialo-portuaire subarctique sont influencés par les activités humaines. La zone d'étude considérée se trouve dans la région de Sept-Îles (Québec, Canada), plateforme économique importante pour le Québec, située dans le Golfe du Saint-Laurent. Pour répondre à ces problématiques, cette thèse est divisée en trois chapitres. Le premier chapitre a pour but de caractériser la structure écologique des écosystèmes côtiers considérés. Lors de campagnes de terrain et d'analyses en laboratoire, un total de 289 taxons ont été échantillonnés, dont la majorité, présente dans le Golfe du Saint- Laurent, sont des nouvelles mentions dans cette région. Divers paramètres abiotiques du sédiment ont été évalués, tels que la concentration en matière organique, en métaux lourds et la distribution de fractions granulométriques. L'analyse de la similarité des assemblages d'invertébrés de taille supérieure à 0,5 mm a révélé des signes de perturbation dans certaines zones, avec un nombre accru d'espèces tolérant la pollution et d'espèces opportunistes. Des modèles de régression ont permis de mettre en évidence les variables de l'habitat qui impactent le plus la structure des communautés. Le deuxième chapitre s'intéresse au statut écologique des écosystèmes en se basant sur la composition des communautés benthiques. Seize indicateurs du statut écologique ont été sélectionnés au moyen d'une revue de littérature, puis divisés en trois catégories selon leur méthodologie : mesures d'abondance, diversité des communautés et espèces indicatrices. Ces indicateurs ont été appliqués en utilisant les listes d'espèces obtenues lors du chapitre précédent, et la majorité a détecté des communautés diversifiées sans signe évident de perturbation. De plus, plusieurs corrélations significatives ont été détectées entre les indicateurs et les paramètres de l'habitat, notamment avec les concentrations en métaux lourds. Chaque catégorie d'indicateur apporte des informations importantes sur l'état de l'écosystème tout en présentant des limitations, en particulier à propos des références utilisées pour définir le statut écologique. Le dernier chapitre a pris en compte les activités humaines influençant l'écosystème, afin de calculer une empreinte anthropique locale sur les communautés selon des gradients d'exposition. Un indice d'exposition pour chaque activité considérée (aquaculture, dragage, influence industrielle, influence municipale, pêcheries, rejets d'égouts, transport maritime) a été développé grâce à la distance depuis leur(s) source(s) et des données de pêche. Plusieurs liens ont été découverts entre les indices d'expositions obtenus et la distribution des invertébrés benthiques, au moyen de modèles prédictifs Hierarchical Modelling of Species Communities. L'indice d'exposition cumulée a mis en évidence des zones de superposition d'activité humaine. Le profil des communautés présentes dans ces régions n'est pas particulièrement perturbé, ce qui corrobore les résultats des chapitres précédents sur le statut des écosystèmes considérés. Cette thèse de doctorat contribue à l'amélioration des connaissances sur les écosystèmes côtiers subarctiques, notamment en présentant la première étude de biodiversité benthique dans la région de Sept-Îles. Des méthodes d'évaluation du statut écologique et de l'exposition anthropique ont été développées à l'échelle locale (< 100 km), ce qui constitue des outils particulièrement intéressants pour les gestionnaires afin de définir des objectifs de gestion et de soutenir des initiatives de conservation. -- Mot(s) clé(s) en français : écologie marine, écosystèmes côtiers subarctiques, invertébrés benthiques, biodiversité, prédiction des communautés, activités humaines, exposition anthropique, évaluation du statut écologique. -- ABSTRACT: Coastal and ocean environments are influenced by human activities worldwide, the impacts of which can significantly modify the structure and integrity of ecosystems. In order to adequately protect the natural environment and support sustainable anthro- pogenic development, specifically in regions where multiple human activities co-occur, it is necessary to understand how marine ecosystems are influenced. Benthic communities are a particularly interesting compartment for studying these issues, because many species have a limited mobility due to their predominantly sessile lifestyle as well as a long life span. While studies assessing anthropogenic impacts have been carried out on a wide range of ecosystems around the world, few have specifically considered sub-Arctic ecosystems, where human activity is expected to increase in connection with climate change. In this context, my thesis's main objective is to understand how the benthic ecosystems of a sub-Arctic industrial harbour area are influenced by human activities. The study area herein considered is located in the Sept-Îles region (Quebec, Canada), an important economic hub for Quebec, located in the Gulf of St. Lawrence. To address these topics, this thesis is divided into three chapters.The first chapter aimed to characterize the structure of the considered coastal ecosystems. During field campaigns and laboratory analyses, a total of 289 taxa were sampled, the majority of which, present in the Gulf of St.Lawrence, are new records in this region. Various abiotic parameters of the sediment were assessed, such as the concentration of organic matter, heavy metals and the distribution of particle size fractions. Similarity analysis of invertebrate assemblages larger than 0.5 mm showed signs of disturbance in some areas, with an increased number of pollution-tolerant and opportunistic species. Regression models highlighted which habitat variables had the most impact on the structure of communities.The second chapter looked at the ecological status of ecosystems based on the com- position of benthic communities. Sixteen indicators of ecological status were selected through a literature review, divided into three categories according to their methodology: measures of abundance, community diversity and indicator species. These indicators were applied using the species lists obtained in the previous chapter, and the majority of which identified diverse communities with no obvious sign of disturbance. In addition, several significant correlations were detected between indicators and habitat parame- ters, especially with heavy metal concentrations. Each category of indicator provided important information on the state of the ecosystem while presenting limitations, in particular about reference conditions used to define ecological status. The last chapter examined human activities influencing the ecosystem, in order to calcu- late a local anthropogenic footprint on communities according to exposure gradients. An exposure index for each activity considered (aquaculture, dredging, industrial influence, city influence, fisheries, sewage discharges, shipping) was developed using the distance from their sources and fishing events. Several links were discovered between the exposure indices obtained and the distribution of benthic invertebrates, using predictive models Hierarchical Modelling of Species Communities. The cumulative exposure index revealed areas of superposition of human activity. The profile of the communities present in these zones is not particularly disturbed, which corroborates the results of the previous chapters on the status of the ecosystems considered. This PhD thesis improves ecological knowledge in sub-Arctic coastal ecosystems, in particular by presenting the first benthic biodiversity census in the Sept-Îles region. Methods for assessing ecological status and anthropogenic exposure have been developed at the local scale (< 100 km), which constitute particularly interesting tools for stakeholders in order to define management targets and support onservation initiatives. -- Mot(s) clé(s) en anglais : marine ecology, sub-Arctic coastal ecosystems, benthic invertebrates, biodiversity, community prediction, human activities, anthropogenic exposure, ecological status assessment