Transfert de l'anomalie isotopique portée par l'ozone dans la troposphère : vers une interprétation quantitative de la composition isotopique en oxygène du nitrate atmosphérique

L'ozone (O3) possede une anomalie isotopique en oxygene qui est unique et caracteristique, offrant ainsi un precieux traceur des processus oxydatifs a l'œuvre dans l'atmosphere moderne mais aussi ceux ayant eu lieu dans le passe. Cette signature isotopique, denotee Δ17O, se propage au sein du cycle atmospherique de l'azote reactif (NOx = NO + NO2) et est preservee lors du depot du nitrate (NO3-) present dans l'aerosol, par exemple. L'anomalie isotopique en oxygene portee par le nitrate, Δ17O(NO3-), represente ainsi un traceur de l'importance relative de l'ozone ainsi que celle d'autres oxydants dans le cycle des NOx. Ces dernieres annees, de nombreux travaux de recherche ont ete dedies a l'interpretation des mesures de Δ17O(NO3-). Pourtant, les processus atmospheriques responsables du transfert de l'anomalie isotopique de l'ozone vers le nitrate ainsi que leur influence globale sur la composition isotopique du nitrate a differentes echelles spatiales et temporelles sont encore mal compris. De plus, la magnitude absolue ainsi que la variabilite spatio-temporelle de Δ17O(O3) sont peu contraintes, car il est difficile d'extraire de l'ozone de l'air ambiant. Cet obstacle technique contrecarre l'interpretation des mesures de Δ17O depuis plus d'une decennie. Les questions scientifiques posees au cours de ce travail de these ont ete choisies dans le but de combler ces lacunes. Le principal outil d'analyse utilise dans ce travail est la « methode bacterienne » associee a la spectrometrie de masse en flux continu (CF-IRMS), une combinaison de techniques qui permet l'analyse de la composition isotopique totale du nitrate (c'est-a-dire, la mesure de δ15N, δ18O et Δ17O). Cette methode a ete employee pour l'analyse isotopique d'echantillons de nitrate obtenus pour deux cas d'etudes : (i) une etude des variations spatiales de la composition isotopique du nitrate atmospherique sur la cote californienne a l'echelle journaliere; et (ii) une etude du transfert du nitrate et de sa composition isotopique a l'interface entre l'air et la neige a l'echelle saisonniere sur le plateau Antarctique. En outre, cette methode a ete adaptee a la caracterisation isotopique de l'ozone via la conversion chimique de ses atomes d'oxygene terminaux en nitrate. Au cours de cette these, un important jeu de donnees rassemblant de nombreuses mesures tropospheriques de Δ17O(O3) a ete obtenu, incluant une annee entiere de mesures a Grenoble, France (45 °N) ainsi qu'un transect latitudinal de collecte dans la couche limite au-dessus de l'ocean Atlantique, entre 50 °S to 50 °N. Ces observations ont permis de doubler le nombre de mesures tropospheriques de Δ17O(O3) existantes avant cette these et d'accroitre de maniere consequente notre representation globale de cette variable isotopique essentielle. Enfin, les deux cas etudies et presentes dans ce document revelent des aspects nouveaux et inattendus de la dynamique isotopique du nitrate atmospherique, avec d'importantes consequences potentielles pour la modelisation de la qualite de l'air et l'interpretation de l'information isotopique contenue dans les carottes de glace prelevees aux poles.