Ce travail de thèse s’intéresse à deux zones de l’Atlantique Nord : la région subpolaire et la région subtropicale. Cette large couverture permet d’étudier le cycle de l’eau dans des régions hydrologiquement différentes, où des processus variés rentrent en jeu comme l’évaporation, la convection atmosphérique, la formation des précipitations, le cycle saisonnier de la glace de mer, les apports des rivières et des glaciers, et l’advection des masses d’eau et des masses d’air. Dans la région subtropicale, les variations des compositions isotopiques de la vapeur d’eau sont étudiées afin de comprendre le rôle de l’évaporation et du mélange avec la troposphère libre dans le contrôle de l’humidité et des compositions isotopiques à la surface des océans. Ces données innovantes recueillies in situ principalement au cours de l’été 2012 dans le gyre subtropical de l’Atlantique nord (campagne STRASSE) ont offert l’opportunité d’étudier les processus de fractionnement isotopique lors de l’évaporation océanique et le renouvellement de l’air de la couche limite atmosphérique. Aux plus hautes latitudes de l’océan Atlantique nord, la circulation de surface du gyre subpolaire permet le transfert d’eaux froides et dessalées en provenance de la région (sub)arctique vers l’intérieur du gyre. Dans le cadre de cette thèse, un jeu de données a été recueilli sur la période 2010-2014 et porte plus particulièrement sur la région du courant du Labrador et permet de se poser les questions suivantes : Comment le cycle de la glace de mer affecte la salinité de ces courants dessalés ? Comment évolue l’apport en eau météorique dans un contexte de fonte accélérée des glaciers continentaux ? / This thesis focuses on two regions of the North Atlantic: the subtropical gyre and the subpolar gyre. This large coverage allows an investigation of the water cycle in different hydrological regimes, where various processes take place such as sea ice seasonal cycle, rivers runoff, continental ice melt and advection of air and water masses. In the subtropical region, the variability of the isotopic composition of the water vapor is studied to understand the role of evaporation and mixing with free troposphere in humidity and isotopic compositions at the ocean surface. In particular, new data collected during summer 2012 (STRASSE cruise) gave the opportunity to explore kinetic fractionation processes during oceanic evaporation and air renewal in the atmospheric boundary layer. In the subpolar region, the surface circulation is cyclonic and transfers cold and fresh water from the arctic region to the interior of the subpolar gyre. For this thesis, data were collected between 2010 and 2014 from oceanographic cruises and commercial vessels to study the gyre interior and the main coastal currents carrying water from the arctic to lower latitudes. The study is mainly focused on the Labrador Current. There, isotopic measurements are used to identify the freshwater sources and to consider the following questions: How is the salinity of fresh currents affected by the sea ice formation and melting? How is the contribution of meteoric waters changing in a context of an acceleration of the melting of continental glaciers?

Le cycle hydrologique est une composante clef du climat de la Terre et sa compréhension repose à la fois sur les observations et sur les simulations de ses différents aspects, tels le transport, les changements de phase ou encore ses interactions avec le rayonnement. Les satellites géostationnaires METEOSAT ont, à leur bord, des radiomètres qui observent, dans l'infrarouge, la vapeur d'eau d'une large couche de la troposphère des régions tropicales et subtropicales de la région Afrique / Océan Atlantique. Disponibles depuis les années 80, ces observations dites "Vapeur d'Eau" donnent ainsi la possibilité d'étudier la distribution de la vapeur d'eau de la troposphère libre tropicale et sa variabilité depuis des échelles de temps journalières jusqu'à des échelles décennales. Dans cette thèse, une archive d'humidité de la troposphère libre (Free Tropospheric Humidity -FTH-), de haute résolution spatiale (0,625°x0,625°) et temporelle (3h), est élaborée à partir des observations IR de la succession des satellites METEOSAT (MET-2 à MET-5), dont l'étalonnage est ajusté sur celui du canal 12 du sondeur HIRS (NOAA-12) pris comme référence. En ciel clair, nous montrons que les mesures "VE" des régions tropicales et subtropicales s'interprètent en terme d'humidité relative moyenne d'une couche variable de l'atmosphère, définie de façon précise par le jacobien d'humidité relative, décrivant la sensibilité de la mesure à des perturbations locales relatives du profil d'humidité relative. Les nuages de basse altitude affectant la mesure "VE" de façon négligeable, ceux-ci sont échantillonnés, en plus du ciel clair, à partir des informations sur la nébulosité issues de l'analyse multi-spectrale ISCCP. Cette sélection des nuages bas amène une meilleure représentation des régions subtropicales et du proche environnement convectif. Des analyses de la distribution de la vapeur d'eau troposphérique sont menées et révèlent l'importance de la variabilité relative de la FTH des zones sèches subtropicales, notamment pour la région de l'Est de la Méditerranée. A l'échelle intrasaisonnière, l'utilisation d'un modèle de transport lagrangien permet de montrer que l'humidité relative à 500hPa de cette région de subsidence est caractérisée par un mélange de masses d'air tropicales et extra-tropicales, provenant de zones plus ou moins froides de la troposphère. La base de données est également utilisée dans le but d'évaluer les simulations de modèles de climat, dans le cadre d'un exercice international d'intercomparaison, montrant la difficulté des modèles à reproduire la variabilité interannuelle de la FTH des régions sèches subtropicales.