Les isotopes de la vapeur d'eau en Antarctique, traceurs des processus de la couche limite et de la dynamique à grande échelle

L'étude des isotopes de l'eau se situe à l'intersection de deux domaines complémentaires~: la reconstitution des climats passés à partir des carottes de glace et l'analyse du cycle de l'eau atmosphérique actuel. Comprendre les facteurs atmosphériques et climatiques qui façonnent le signal isotopique dans la vapeur et la neige, ensuite transmis dans le névé et la glace, est essentiel pour étudier la variabilité climatique passée. L'étude du cycle de l'eau atmosphérique actuel en Antarctique est également cruciale pour anticiper l'évolution future de son bilan de masse de surface, et notamment l'augmentation de l'accumulation liée à la hausse des précipitations dans un climat plus chaud. Une telle compréhension requiert un cadre de modélisation intégrant transport d'humidité et échanges air-neige. L'objectif principal de ma thèse est d'améliorer notre compréhension du cycle de l'eau atmosphérique en Antarctique, en utilisant les isotopes comme traceurs des processus de couche limite et des dynamiques à grande échelle, grâce à une approche combinant observations et modélisation atmosphérique avec le modèle LMDZiso.Le premier objectif de la thèse est d'étudier les processus atmosphériques qui contrôlent la variabilité des isotopes dans la vapeur en Antarctique. Avant d'utiliser le modèle pour des études orientées processus, nous évaluons ses performances en Antarctique à différentes échelles spatiales et temporelles, et identifions les configurations optimales pour limiter les biais isotopiques. Le modèle est ensuite utilisé pour analyser la variabilité isotopique de la vapeur dans la couche limite en période de ciel clair. À Concordia, sur le plateau Est Antarctique (3233 m), les variations journalières sont dominées par la sublimation et la condensation de surface, tandis qu'à Dumont d'Urville, en région côtière, elles résultent de la combinaison entre sublimation et advection catabatique. Nous étudions également l'interaction entre les processus locaux et l'advection d'humidité à grande échelle lors de deux rivières atmosphériques (décembre 2018 et mars 2022), en analysant leur signature isotopique dans la vapeur de surface. Ces résultats montrent que le signal isotopique ne peut être expliqué par le seul transport synoptique, et requiert une prise en compte fine des processus locaux de la couche limite. Un deuxième objectif de cette thèse est d'étudier les interactions neige-vapeur. Nous améliorons considérablement la concordance entre l'amplitude observée et simulée du cycle diurne des isotopes de la vapeur en introduisant du fractionnement lors de la sublimation et en appliquant la même formulation pour la condensation isotopique que pour la sublimation, en cohérence avec la théorie de la turbulence utilisée pour la vapeur d'eau. Nous montrons également l'importance d'ajouter une couche de neige active de l'ordre du centimètre pour les isotopes, permettant à la précipitation fraîche de sublimer, afin de représenter correctement l'anomalie isotopique de la vapeur observée lors de la rivière atmosphérique du 15 mars 2022, marquée par de fortes précipitations. Enfin, nous analysons la forte empreinte isotopique laissée dans la neige par cet événement à l'aide de carottes de neige virtuelles. Ce dernier travail, bien que préliminaire, soulève des perspectives intéressantes pour l'étude des événements extrêmes passés à partir des carottes de glace.