Écologie alimentaire de la baleine boréale (Balaena mysticetus) dans l'Arctique de l'est canadien

Pomerleau, Corinne (2012). Écologie alimentaire de la baleine boréale (Balaena mysticetus) dans l'Arctique de l'est canadien. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 203 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'Arctique est l'endroit sur la planète où les effets du réchauffement climatique sont les plus rapides et plus fortement ressentis. La diminution soutenue de l'étendue et de l'épaisseur du couvert de glace en été transforme l'écosystème dans lequel évolue la baleine boréale (Balaena mysticetus), unique mysticète endémique à l'Arctique. Dans ce contexte, l'amélioration de nos connaissances quant à l'écologie alimentaire de cette espèce et ses aires probables d'alimentation permettrait de mieux évaluer les effets possibles de ces changements sur la baleine boréale. Cette thèse de doctorat porte sur l'écologie alimentaire de la baleine boréale de la population de l'est du Canada et de l'ouest du Groenland (EC-WG). Les principaux objectifs de ce doctorat visaient à déterminer la diète de cette espèce et à définir les aires probables d'alimentation estivale. Ce projet de recherche a fait appel à plusieurs approches, notamment la télémétrie satellite, l'analyse des contenus stomacaux et l'utilisation de traceurs écologiques (isotopes stables et acides gras) dans les tissus des baleines et leurs proies potentielles. L'hypothèse générale entourant ce projet de recherche propose que la baleine boréale s'alimente dans des régions caractérisées par des paramètres physiques et des processus océanographiques qui concentrent des proies riches en lipides, tout en lui fournissant une certaine protection (bathymétrie, couvert de glace) contre la prédation exercée par les épaulards (Orcinus orca).
L'étude des mouvements et des comportements de plongée a permis d'identifier les aires d'alimentation estivale plausibles de la baleine boréale. Sept baleines, dont quatre dans le bassin Foxe nord et trois dans le détroit de Cumberland, ont été suivies par télémétrie satellite et les patrons de mouvement de quatre individus furent analysés à l'aide d'un modèle de Markov caché (MMC) afin d'évaluer la probabilité des individus d'être dans l'un des deux modes comportementaux suivants: transit ou résident. La comparaison des caractéristiques de plongée durant ces deux modes suggère que le golfe de Boothia, avec un couvert de glace modéré (54-62%), est utilisé comme site d'alimentation estival par les quatre individus, et ce, malgré le fait que ces baleines provenaient de régions différentes. Cette étude a démontré que les baleines passent la majorité de leur temps à de faibles profondeurs (8-16 m) lorsqu'elles sont en mode résident, et ce peu importe la période de la journée, un comportement qui peut être lié à une alimentation sur des densités de zooplancton situées près de la surface. L'analyse des contenus stomacaux de quatre baleines chassées entre 1994 et 2008 dans l'Arctique canadien a fourni des informations de base au niveau des proies ingérées. Les quatre individus avaient de la nourriture dans leur estomac et leur diète variait d'exclusivement pélagique, Limnocalanus macrurus étant la proie principale, à épibenthique avec Mysis oculata comme proie dominante.
Une première caractérisation à grande échelle de la composition spécifique et des signatures isotopiques des communautés de mésozooplancton des régions subarctiques-atlantique jusqu'à la portion ouest de l'archipel arctique canadien a également été effectuée dans le cadre de ce projet et a permis de définir les domaines biogéographiques dans l'aire de répartition de la baleine boréale. Cinq types de masses d'eau furent identifiés ainsi que huit assemblages d'espèces de zooplancton, correspondant pour la vaste majorité à des régions distinctes. Les variations observées dans les communautés de mésozooplancton, de même que dans les ratios isotopiques, peuvent être attribuées en partie aux variations de la température et de la salinité des masses d'eau. Les analyses des signatures isotopiques du carbone (δ13C) et de l'azote (δ15N) ont révélé que les valeurs en δ15N variaient spatialement chez les quatre espèces omniprésentes dans l'aire d'étude. La saisonnalité, la présence de fronts océaniques ou des variations spatiales dans la structure trophique des communautés planctoniques, pourraient expliquer cette variabilité dans le δ15N du mesozooplancton. La variabilité observée dans les signatures isotopiques des assemblages de proies potentielles fut utilisée pour étudier la diète de la baleine boréale. Les contributions des différentes proies (zooplancton) à la diète des baleines furent calculées en utilisant un modèle de mélange isotopique bayésien (SIAR). Cette étude a démontré l'existence de variabilité dans la composition isotopique des groupes d'individus, mais non spécifiquement entre les mâles et les femelles, ni entre les différentes classes d'âge.
Les résultats des modèles de mélange isotopiques suggèrent que le détroit de Lancaster de même que le golfe de Boothia et la baie de Baffin, constituent des aires plausibles d'alimentation printanières et estivales. Les modèles ont également révélé que les mysidacés, les euphausiacés et les chaetognathes, de même que les ptéropodes et les amphipodes sympagiques étaient des proies importantes de certains groupes de baleines. Malgré l'existence d'une variabilité interindividuelle au niveau de la diète, les baleines boréales des quatre groupes identifiés s'alimentaient de copépodes arctiques (C hyperboreus, C glacialis, M longa et Paraeuchaeta spp.). Finalement, la composition en acides gras du tissu adipeux sous-cutané de la baleine boréale suggère une contribution importante des copépodes calanoides à leur diète, ainsi que d'autres espèces de zooplancton omnivores et carnivores. En somme, les trois méthodes utilisées pour analyser la diète des baleines boréales ont conduit à des résultats similaires. Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse de doctorat ont permis d'élargir les connaissances sur l'écologie alimentaire de la baleine boréale dans l'Arctique de l'Est canadien. La forte dépendance de la baleine boréale au zooplancton polaire peut rendre cette espèce endémique de l'Arctique vulnérable au déclin éventuel de la biomasse de copépodes calanoides que pourraient entraîner des changements climatiques soutenus. -- Mots clés : Arctique, acides gras, baleine boréale, Balaena mysticetus, écologie alimentaire, isotope stables, répartition spatiale, mammifères marins, zooplancton. --ABSTRACT: The ongoing warming in the Arctic is occurring more rapidly and severely than anywhere else on the planet. The thinning and decreasing trend of sea ice in summer months are transforming the habitat of the bowhead whale (Balaena mysticetus), the only mysticete endemic to the Arctic. This thesis main focus was on the feeding ecology of the Eastern Canada - West Greenland (EC-WG) bowhead whale population. The main objectives of this research project were to determine bowhead whale diet composition and to define the most probable summer feeding grounds. This thesis uses several analytical tools including satellite telemetry, stomach content analysis and biochemical tracers (stable isotopes and fatty acids) in the skin and blubber of bowhead whales and of their potential prey. The overall hypothesis surrounding this research project put forward that bowhead whales must have feeding grounds that are characterized by physical parameters and oceanographic features that concentrate lipid rich preys and provide shelter (bathymetry, ice coyer) from predation by killer whales (Orcinus orca). The study on the movements and dive behaviour of individual bowhead whales allowed to identify plausible summer feeding areas. Seven individuals from the northern Foxe Basin and Cumberland Sound were tracked by satellite telemetry and movement patterns from four whales were analyzed using a hidden Markov model (HMM) to inform the probability of whales being in one of two putative behavioural modes: transient or resident.
The comparison of dive characteristics during transient and resident periods indicated that the Gulf of Boothia (GB) with moderate ice coverage (54-62%) was probably used as a summer foraging area by aIl four whales even though they came from different regions. Whales spent most of their time at shallow depths (8-16 m) regardless of time of day when in resident mode, likely feeding on near-surface aggregations of zoop lankton. The analysis of the stomach contents of four bowhead whales harvested between 1994 and 2008 from the Canadian Arctic provided basic information on ingested preys. This study was the first diet analysis from this bowhead whale population. AlI four whales had food in their stomachs and their diet varied from exclusively pelagic, with Limnocalanus macrurus being the main prey, to epibenthic with Mysis oculata playing an important role. Detailed study on spatial patterns of stable isotopes of carbon and nitrogen in mesozooplankton in relation to biophysical groupings allowed the definition of the status quo of biogeographic domains within the range of bowhead whales. This study represents the first broad-scale characterization of the composition and isotopic signatures for mesozooplankton communities ranging from the sub-Arctic Atlantic to the western Central Arctic Archipelago.
Five broad water mass types corresponded to geographical regions and mesozooplankton community composition varied along the transect, revealing eight species assemblages. Nitrogen (δ15N) and carbon (δ13C) stable isotopes analysis have shown that δ15N varied spatially in four ubiquitous species. Variation in mesozooplankton δ15N could be attributed to regional baseline variation, seasonality or different trophic position occupied by the focal species in our study area. The variability observed in isotopic signatures of prey assemblages across the eastem Arctic was used to examine variability in diet among bowhead whales and identify their potential foraging areas. The proportional contributions of various sources (zooplankton) to the diet of bowhead whales were calculated using a Bayesian stable isotope mixing model (SIAR). Results from this study indicated variability in isotopic composition among groups of individuals, but not specifically between males and females or age classes. The isotopic model discounted Davis Strait and Disko Bayas potential foraging areas for bowhead whales, at least in spring and summer. Lancaster Sound, Baffin Bay and the Gulf of Boothia were the three main areas likely used for summer feeding, where they fed primarily on large arctic calanoid copepods, mysids and euphausids. Finally, the analysis of the fatty acid composition of the outer blubber layer revealed the important contribution of large arctic calanoid copepods to the diet of bowhead whale. In this thesis, all three techniques used to analyse bowhead whale diet conducted to similar findings.
Results from this thesis contributed critical information on the feeding ecology of the bowhead whale in the eastem Canadian Arctic. Overall, findings highlighted the strong dependence of this endemic arctic species on arctic zooplankton which may leave them vulnerable to the predicted decline of Calanoid copepods biomasses in the Arctic as a result of the ongoing warming trend. -- Keywords: Arctic, bowhead whales, Balaena mysticetus, fatty acids, feeding ecology, foraging habitat, marine mammals, movement, stable isotopes, zooplankton.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Ferguson, Steven H.
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Lesage, Véronique et Winkler, Gesche
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor.
Mots-clés :	Baleine Boreal Balaena Mysticetus Alimentation Ecologie Arctique Est Canada
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	04 févr. 2015 16:30
Dernière modification :	10 févr. 2015 16:20
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/972

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