Barthélémy nahm von 2004 bis 2009 vorwiegend am Skilanglauf-Alpencup teil. Ihr erstes Weltcuprennen absolvierte sie im Dezember 2006 in La Clusaz, welches sie auf dem 57. Platz im 15 km Massenstartrennen beendete. Bei den Nordischen Junioren-Skiweltmeisterschaften 2008 in Mals gewann sie Silber im 10 km Massenstartrennen und Gold im Sprint. Ihre ersten Weltcuppunkte holte sie im Dezember 2008 in Düsseldorf mit dem 19. Rang im Sprint. Bei den nordischen Skiweltmeisterschaften 2009 in Liberec belegte sie den 52. Rang im 15 km Skiathlonrennen und den 22. Platz im Sprint. Bei den Olympischen Winterspielen 2010 in Vancouver errang sie den 61. Platz über 10 km Freistil. Die &lt;a href="Tour%20de%20Ski%202010/11"&gt;Tour de Ski 2010/11&lt;/a&gt; beendete sie auf dem 20. Platz in der Gesamtwertung. Dabei erreichte sie im Prologrennen den neunten Rang und im Sprint verpasste sie mit dem vierten Platz nur knapp das Podest. Es folgten in der Saison mehrere Top Zehn Platzierungen, darunter der sechste Platz im Sprint von Liberec.