Le Japon s’est doté du réseau sismologique à haute sensibilité (Hi-net) qui contient plus de 1000 stations permanentes, qui fournissent d’immenses ensembles des données continues au Japon. Dans le cadre d’un accord avec le NIED, nous bénéficions d’enregis- trements de fond de données à court et à long periodes pour analyser les variations de vitesse sismiques, afin de suivre l’évolution mécanique de la croûte temporelle avec une résolution temporelle mensuelle à quotidienne dans les différentes bandes de périodes. Les résultats de courte période nous aident à mieux comprendre la sismologie environnemen- tale sur les processus souterrains sous les impacts de certains forçages environnementaux environnants tels que l’hydrologie, la thermoelasticité et certains effets de charge directe. Les résultats de longues périodes montrent des réponses co- et post-sismiques différentes avec la profondeur. Il s’agit d’une méthode supplémentaire et directe pour révéler en profondeur le champ de contrainte/déformation, ce qui améliore la perception du mécanisme d’un tremblement de terre. Cette thèse comprend principalement les trois parties suivantes.La première partie est consacrée à la présentation de la relation entre la fonction de Green et les corrélations croisées. La simulation numérique à Hokkaido vérifie également l’établissement de la relation entre les deux.La seconde partie concerne l’analyse des variations transitoires de la vitesse des ondes sismiques dans la croûte provoquées par les perturbations environnementales. Les impacts des perturbations saisonnières environnementales sur la déformation de la croûte sont généralement suivis et discutés en fonction des observations géodésiques. Récemment, la surveillance du bruit sismique ambiant fournit de nouvelles informations sur la déformation continue de la croûte, révélée par les changements de vitesse sismiques temporels. Dans cette étude, nous identifions les différents facteurs environnementaux responsables des effets saisonniers locaux et montrons comment une meilleure compréhension de ces perturbations de la croûte causée par l’environnement améliore les observations des modifications des propriétés sismiques induites par la tectonique.La dernière partie consiste à étudier la réponse mécanique de la croûte aux grands séismes. La surveillance de la vitesse sismique basée sur le bruit peut directement son- der en permanence l’état mécanique de la croûte en profondeur. Dans ce travail, nous étudions la réponse de la croûte terrestre au séisme de Tohoku-oki Mw 9.0, 2011. Nous employons ici pour la première fois le réseau très dense de Hi-Net tiltmètre en tant que sismomètres de longue période (8 - 50 s) pour que la surveillance basée sur le bruit échantillonne la croûte à plus de 5 km en profondeur. L’évolution spatio-temporelle des changements de vitesse sismiques dans différentes bandes de périodes révèle une réponse sismique dépendant de la profondeur, qui est la limite pour les données des sismomètres courte période. Le résultat pourrait avoir des implications à la fois sur la réponse viscoélastique de la croûte aux grands déformations ou sur une réponse complexe des vitesses sismiques de la croûte à un ècoulement de fluide transitoire.Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration plus générale entre ISTerre- Universit Grenoble Aples et le Massachusetts Institute of Technology visant à développer des outils de surveillance dans des contextes naturels et industriels. / The Japanese High Sensitivity Seismograph Network (Hi-net) contains more than 1000 permanent stations, which provide large continuous data sets throughout Japan. In the framework of an agreement with NIED, we benefit from both short period and tilt meters data downhole recordings to analyze the seismic velocity variations, thus to follow the mechanical evolution of the crust in different time scales with a temporal re- solution from monthly to daily in different period ranges. The short period results help us better understanding the environmental seismology on the subsurface processes under the impacts of some surrounding environmental forcing such as hydrology, thermoelas- ticity, and some direct loading effects. The results from long periods show different co- and postseismic responses with depth. This is a supplementary and direct method to disclose the stress/strain field at depth improving the perception of the mechanism of an earthquake. This thesis mainly consists of the following three parts.The first part is devoted to the theoretical demonstration of the relationship between the Green’s function and cross-correlations. The numerical simulation in Hokkaido also verifies the establishment of the in-between connection.The second part is about the analysis of the transient changes of seismic wave velo- city in the crust caused by environmental perturbations. The impacts of environmental seasonal disturbances to crustal deformation are usually tracked and discussed based on geodetic observations. Recently, ambient seismic noise-based monitoring provides new insights into the continuous deformation in the crust as revealed by the temporal seismic velocity changes. In this study, we identify the different environmental factors in charge of the local seasonal effects and show how better understanding these environmentally induced crustal perturbations improves the observations of tectonic-induced seismic pro- perty changes.The last part is to study the mechanical response of the crust to large earthquakes.Noise-based seismic velocity monitoring can directly probe the mechanical state of the crust at depth continuously in time. In this work, we study the response of the crust to the Mw 9.0, 2011 Tohoku-oki earthquake. we employ here for the first time the very dense network of Hi-net tilt meters as long period (8 – 50 s) seismometers for the noise-based monitoring to sample the crust below 5 km depth. Spatio-temporal evolution of seismic velocity changes in different period bands reveals depth-dependent seismic response. The result could have implications of both nonelastic response of the crust to large strain changes or a complex response of crustal seismic velocities to transient fluid flow.This thesis is in the context of a more general collaboration between ISTerre- Universit Grenoble Aples, and the Massachusetts Institute of Technology aiming at developing tools for monitoring in natural and industrial contexts.

Selon l’Eurocode 8 et la norme EN 1337-3, le comportement de l’Appareil d'Appui en Néoprène Fretté (AANF) est considéré comme élastique linéaire ou hystérétique linéaire. En réalité, les comportements mécaniques de l’AANF sont très complexes et sont essentiellement ceux du néoprène tels que l’élasticité non linéaire, la viscosité, la plasticité, l’effet Payne, l’effet Mullins, etc. Toutefois, très peu d’études de l’effet Mullins et de la piezo-dépendance existent, et aucun modèle par éléments finis ne permet de modéliser ces phénomènes dans l’AANF. L’objectif de cette thèse est donc l’étude de ces phénomènes sur le néoprène et sur l’AANF. Pour atteindre ces objectifs, la caractérisation de ces phénomènes sur le néoprène est tout d’abord réalisée avec différents types de chargements tels que la relaxation, la traction cyclique, la compression cyclique, le couplage compression statique – cisaillement cyclique. De plus, un dispositif biaxial original est fabriqué afin de caractériser l’AANF sous le chargement de compression statique couplé au cisaillement cyclique. Grâce à ces résultats expérimentaux, un nouveau modèle est développé, permettant de modéliser simultanément l’effet Mullins, la piezo-dépendance ainsi que la viscoélasticité non linéaire du néoprène. / High Damping Rubber Bearings (HDRB) composed of alternating thin horizontal layers of elastomer bonded to steel plates are used to support permanent static loading in compression and cyclic shear in case of earthquakes. The behaviour of HDRB is considered to be linear elastic or linear hysteretic according to The European Standard Eurocode 8 and The Standard EN 1337 - 3. The mechanical behaviour of HDRB under loading is actually very complex and essentially linked to the behaviour of elastomer such as nonlinear elasticity, viscosity, plasticity, Payne effect, and Mullins effect. However, the coupling of Mullins effect and nonlinear viscosity as well as influence of hydrostatic stress on viscoelasticity of elastomer or of HDRB has not been studied yet. The aim of this thesis is thus the study of these effects on elastomer and on HDRB. In order to reach these objectives, characterization of these effects on elastomer is firstly performed with different types of loading such as relaxation test, cyclic tensile test, cyclic compression test and combined static compression – cyclic shear test. Furthermore, an original biaxial device is designed and manufactured in order to characterize the behaviour of HDRB under combined static compression – cyclic shear. Based on these experiments a new finite model is developped to simulate simultaneously Mullins effect, nonlinear viscosity and influence of hydrostatic stress on viscoelasticity of elastomer. Subsequently, this model is used to simulate the response of the HDRB under combined static compression - cyclic shear.

En août 1883, l'éruption du Krakatau a provoqué des vagues de tsunami. Au centre et au Nord du détroit de la Sonde, peuples au moment de l’évènement de 1883 ont fourni de nombreux témoignages visuels des phénomènes volcaniques et des tsunamis. Les côtes sauvages et austères du Sud, notamment de la région de Ujung Kulon ont toujours été exemptes de populations. Il existe donc des lacunes dans les connaissances concernant le nombre et les caractéristiques des inondations de tsunamis sur ces côtes de Ujung Kulon. L’objectif de ce travail est d’explorer et de comprendre la façon dont les tsunamis générés par les différentes phases éruptives du Krakatau en1883 ont eu lieu à Ujung Kulon sur la base d’un déchiffrage aussi poussé que possible de l'enregistrement de phénomènes extrêmes dans des dépôts sédimentaire le long des littoraux sud du détroit de la Sonde. Pour atteindre cet objectif, trois méthodes d'analyse de texture et de composition sont appliquées, à savoir l'analyse de distribution granulométrique, l'identification des microfaunes et l’Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique (ASM). Les résultats des analyses ont démontrés cependant que l'isthme en péninsule de Ujung Kulon a enregistré 4 (quatre) tsunamis liés aux éruptions et évidences que chaque vague a été enregistrée deux fois: i) par un flux direct provenant du détroit de la Sonde en ligne droite, ii) par une vague venant de l'océan Indien, retardée dans le temps après avoir été réfractée dans l’extrémité ouest de la péninsule de Ujung Kulon (près de l'île Panaitan). Cette preuve était unique et pourrait être liée au contexte géomorphologique exceptionnel de la péninsule de Ujung Kulon, y compris l'isthme et ses baies en forme de V, qui en font l'un des pièges les plus remarquables de dépôts de tsunami. / The giant tsunamis generated by the tremendous eruptions of Krakatau in 1883 were recorded along the coasts of Sunda Strait. Eyewitnesses testimony, tidal and pressure gauges recorded at Batavia (Jakarta), and tsunami signatures left by such event have been mostly used by researchers to evidencing the occurrence of the 1883-Krakatau tsunami around the Sunda Strait. Yet, there was still gap in knowledge when talking about the evidences of the 1883-Krakatau tsunami in the southern part of Sunda Strait and around Indian Ocean, due to the lack of eyewitness and a fact that some of the coasts is mostly noted as the remote areas. Laban Isthmus, one of the intriguing coastal landforms located 80 km to the south of Krakatau and connect Ujung Kulon Peninsula to Java Island, displayed the potential to record marine flooding events issuing from Sunda Strait and Indian Ocean. This study demonstrated however that the isthmus has recorded 4 (four) tsunami events related to the eruptions. Based on a new combination approach of sedimentary and micro-fossils analyses with the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) technique, the result of the study evidenced that each wave was recorded twice: i) by a direct flow coming from the Sunda Strait in straight line, ii) by a wave coming from the Indian Ocean, delayed in time after having been refracted around the West-end of Ujung Kulon Peninsula (near Panaitan Island). Such evidence was unique and could be related to the exceptional geomorphological context of the Ujung Kulon Peninsula, including the isthmus and its V-shape bays, which made it one of the most remarkable traps of tsunami deposits.

Cette thèse nous a permis de produire des cartes de vitesse de groupe du mode fondamental des ondes de Rayleigh, en utilisant les séismes et les corrélations du bruit sismique ambiant. En plus de la méthode moindres carrées amortis, nous avons adapté la nouvelle méthode d’inversion, SOLA-Backus-Gilbert dans un contexte régional. À courte période, les cartes de vitesse de groupe présentent des vitesses rapides pour la croûte océanique et des vitesses lentes pour la croûte continentale. Pour les périodes intermédiaires, le bassin de Taoudeni se caractérise par de faibles vitesses par rapport au reste du craton ouest africain en raison de l’épaisseur de la couche sédimentaire. A longue périodes, les racines des dorsales Man-Leo et Reguibat sont caractérisées par des vitesses rapides, montrant une lithosphère froide et épaisse sous le craton, tandis que nous avons trouvé des vitesses de groupe lentes sous les zones de ceinture mobile panafricaine indiquant une lithosphère mince. / This thesis allowed us to produce group velocity maps of the fundamental mode of Rayleigh waves, using both earthquakes and seismic ambient noise correlation. In this study, in addition to the damped least squares method, we adapted for the very first time a new inversion method, called SOLA-Backus-Gilbert in regional context. At short periods, the group velocities maps exhibit fast velocities for the oceanic crust and slow velocities for the continental crust. For the intermediate periods, the Taoudeni Basin is characterized by low velocities compared to the rest of the west african craton due to the thickness of the sedimentary layer. Over long periods, the roots of the Man-Leo and Reguibat shields are characterized by fast velocities, showing a cold and thick lithosphere under the craton, while we found slow group velocities under the Pan-African orogenic belts zones indicating a thin lithosphere.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans l'objectif général de fournir des recommandations sur la façon d'intégrer les effets du site dans l'évaluation probabiliste des risques sismiques, mieux connue sous le nom de PSHA, une méthodologie connue et utilisée à l'échelle mondiale pour estimer l'aléa et le risque sismiques à l'échelle régionale et locale. Nous passons donc en revue les méthodes disponibles dans la littérature pour obtenir la courbe d'aléa sismique en surface d'un site non-rocheux, en commençant par les méthodes les plus simples et plus génériques (partiellement probabiliste), jusqu'aux méthodes site-spécifiques (partiellement et entièrement probabilistes) qui nécessitent une caractérisation du site de plus en plus poussée, rarement disponible sauf cas exceptionnel comme par exemple le site test d'Euroseistest. C'est justement sur l'exemple de ce site que sont donc comparées un certain nombre de ces méthodes, ainsi qu'une nouvelle.La spécificité et la difficulté de ces études PSHA "site-spécifiques" vient du caractère non-linéaire de la réponse des sites peu rigides, ainsi que du fait que le rocher de référence contrôlant cette réponse est souvent très rigide. Les aspects "ajustement rocher dur" et "convolution" de l'aléa sismique au rocher avec la fonction d'amplification ou la fonction transfert (empirique ou numérique) d’un site font donc l'objet d'une attention particulière dans ces études comparatives. Un cadre général est présenté sur la façon de prendre en compte simultanément les caractéristiques spécifiques au site, la variabilité aléatoire complète ou réduite ("single station sigma"), les ajustements hôte-cible et le comportement linéaire / non linéaire d'un site, où nous expliquons toutes les étapes, corrections, avantages et difficultés que nous avons trouvés dans le processus et les différentes façons de les mettre en oeuvre.Cette étude comparative est divisée en deux parties: la première porte sur les méthodes non site-spécifiques et les méthodes hybrides site-spécifique (évaluation probabiliste de l'aléa au rocher et déterministe de la réponse de site), la seconde porte sur deux approches prenant en compte la convolution aléa rocher / réponse de site de façon probabiliste. Un des résultats majeurs de la première est l'augmentation de l'incertitude épistémique sur l'aléa en site meuble comparé à l'aléa au rocher, en raison du cumul des incertitudes associées à chaque étape. Un autre résultat majeur commun aux deux études est l'impact très important de la non-linéarité du sol dans les sites souples, ainsi que de la façon de les prendre en compte: la variabilité liée à l'utilisation de différents codes de simulation NL apparaît plus importante que la variabilité liée à différentes méthodes de convolution 100% probabilistes. Nous soulignons l'importance d'améliorer la manier d’inclure les effets du site dans les méthodes de l’estimation de l’aléa sismique probabiliste ou PSHA, et nous soulignons aussi l'importance d'instrumenter des sites actifs avec des sédiments meubles, comme l'Euroseistest, afin de tester et valider les modèles numériques.Finalement, on présente un résumé des résultats, des conclusions générales, de la discussion sur les principaux problèmes méthodologiques et des perspectives d'amélioration et de travail futur.Mots-clés: Effets du site, incertitude épistémique, PSHA, single station sigma, ajustements hôte-cible, effets linéaires et non linéaires, réponse de site / The overall goal of this research work is of provide recommendations on how to integrate site effects into Probabilistic Seismic Hazard Assessment, better known as PSHA, a well-known and widely used methodology. Globally used to estimate seismic hazard and risk at regional and local scales. We therefore review the methods available in the literature to obtain the seismic hazard curve at the surface of a soft soil site, starting with the simplest and most generic methods (partially probabilistic), up to the full site-specific methods (partially and fully probabilistic), requiring an excellent site-specific characterization, rarely available except exceptional cases such as the case of Euroseistest site. It is precisely on the example of this site that are compared a number of these methods, as well as a new one. And it is precisely at the Euroseistest that we performed an example of application of the different methods as well as a new one that we propose as a result of this work.The specificity and difficulty of these "site-specific" PSHA studies comes from the non-linear nature of the response of the soft sites, as well as from the fact that the reference rock controlling this response is often very rigid. The "rock to hard rock adjustment" and "convolution" aspects of the rock seismic hazard, together with the amplification function or the transfer function (empirical or numerical) of a site are therefore the subject of particular attention in these studies. comparative studies. A general framework is presented on how to simultaneously take into account the site-specific characteristics, such as the complete or reduced random variability ("single station sigma"), host-to -target adjustments and the linear / nonlinear behavior of a site, where we explain all the followed steps, the different corrections performed, the benefits and difficulties that we found in the process and the ways we sort them and discussing them when the answer was not straight forward.This comparative study is divided into two parts: the first deals with non-site-specific methods and site-specific hybrid methods (probabilistic evaluation of rock hazard and deterministic of the site response). The second deals with two approaches taking into account the convolution of rock hazard and the site response in a probabilistically way. One of the major results of the first is the increase of the epistemic uncertainty on the soft site hazard compared to the rock hazard, due to acumulation of uncertainties associated to each step. Another major common result to both studies is the very important impact of non-linearity on soft sites, as well as the complexity on how to account for them: the variability associated with the use of different non-linear simulation codes appears to be greater than the method-to-method variability associated with the two different full convolution probabilistic methods. We emphasize on the importance of improving the way in which the site effects are included into probabilistic seismic hazard methods, PSHA. And we also emphasize on the importance of instrumenting active sites with soft sediments, such as the Euroseistest, to test and validate numerical models.Finally, a summary of the results, the general conclusions, discussion of key methodological issues, and perspectives for improvement and future work are presented.Keywords: Site Effects, Epistemic Uncertainty, PSHA, single station sigma, host to target adjustments, linear and nonlinear site effects, soil site response.

L'Afrique de l'est représente un site idéal pour étudier les mécanismes à l'origine de la mise en place et du maintien d'une région en extension. Le rift est africain marque la séparation intra-continentale entre les plaques Nubie et Somalie, dans un contexte principalement tectonique dominé par l'activité de failles normales, alors qu'au niveau des rides de la Mer Rouge et d'Aden l'Arabie se détache du couple de plaques Somalie/Nubie dans un contexte principalement magmatique avec accrétion océanique. Ces trois frontières de plaques se rejoignent au niveau de la dépression Afar. Elles forment une jonction triple qui correspond à une zone de transition entre une lithosphère continentale étirée et des axes d'accrétion océaniques où la présence du point chaud sous la lithosphère a fortement influencé l'extension. À partir de mesures et de traitements géodésiques (GPS, InSAR), l'objectif de ce travail de thèse est de décrire les mouvements actuels de la surface dans cette région de l'Afrique de l'est, où trois plaques s'éloignent les unes des autres, et où les différentes frontières de plaques sont à des stades différents de rifting. L'analyse de la déformation actuelle permet de préciser la dynamique des zones d'extension à court terme, en tenant compte de leur stade d'évolution et notamment des variations de l'activité magmatique et de l'activité sismique. Ainsi trois études ont été menées à des échelles spatiales différentes. La première porte sur l'ensemble du REA (3000 km), la seconde sur la partie centrale de la dépression Afar où se localise la jonction triple (quelques centaines de km), et la troisième sur le rift d'Asal Ghoubbet à Djibouti (quelques dizaines de km). / Eastern Africa is a natural laboratory for investigating rifting and break-up. Along the East African Rift, the divergence between Nubia and Somalia plates is accommodated within a mainly tectonic framework dominated by active normal faulting. While Arabia plate moves apart from the African plate couple at the Red Sea and Aden Ridges within a mainly magmatic framework with seafloor spreading. These three plate boundaries meet in Afar Depression forming a triple junction, which correspond to a transition zone between stretched continental lithosphere and oceanic spreading axes, where the role of the mantle plume impacts is determinant. In this thesis, current deformation of the Earth's surface is monitored using geodetics data (GPS, InSAR), in the East African zone where three plates are splitting apart and where the different boundaries encompass areas in all stages of rifting. The current deformation analysis allows clarify extension zone dynamics at short term, taking into account their stage of rifting evolution and especially the variations of magmatic and/or seismic activity. Three studies were carried out at three different spatial scales. The first one considers the whole East African Rift (3000 km), the second one is about the central part of the Afar Depression where the triple junction is situated (a few hundreds of km) and the third focuses on the Asal-Ghoubbet rift in Djibouti (a few tens of km).

Cette étude se concentre sur la caractérisation des blocs-H préservés dans les marges de type « upper plate ». L’approche terre-mer a permis de diviser l’architecture crustale d’une « upper plate » en trois terrasses et deux zones d’escarpement, possédant leurs propres architectures crustales et stratigraphiques. Les limites de terrasses sont liées à des changements dans les modes d’extensions et définissent des points majeurs. Dans les Alpes il apparait que les principales structures Alpines correspondent à la réactivation des zones d’escarpements ou des failles de détachement. La collision finale est contrôlée par la présence des butoirs pouvant coïncider avec la zone de necking et le point de couplage de la marge de rift. La comparaison entre les observations de terrain et l’imagerie à l’échelle crustale, a permis d’intégrer plus de détails géologiques dans les observations sismique. / This study focused on the characterization of so called “H-blocks” recorded in upper plate. The onshore-offshore approach used in this study enabled to characterize and divide the crustal architecture of upper plate margins in three terraces and two ramps, characterized by diagnostic structural and stratigraphic features. Limits of terraces and location of ramps are considered to coincide with changes in the mode of extension and to define major limits/points. It appears that major Alpine structures result from the reactivation of former ramps or extensional detachment faults. Final collision appears to be controlled by the presence of strong buttresses that may coincide with the necking zone/coupling point of the former margin. The comparison of the different datasets ranging from field outcrops to seismic sections enables integrate more detailed geological observations in seismic observations.

On observe depuis 2005 une sismicité intense à 10 km d'Oulan Bator ce qui a permis d'identifier une faille active, Emeelt, sur le terrain. Après le calcule d'un modèle de vitesse 3D, j'ai appliqué la tomographie double différence pour obtenir une localisation précise des séismes. Ils marquent au moins trois branches parallèles orientées N147° comme la faille vue en surface. L'activité sur la faille principale d'Emeelt (MEF) s’étend sur 15 km, les branches Ouest et Est, moins actives, sur 10 km. La profondeur de l'activité s'étend entre 4 et 15 km. L'activité sismique semble concentrée à l'intersection avec des failles Mésozoïques et les contrastes Vs/Vs suggèrent la présence de fluides. Les 10 essaims identifiés montrent une activité croissante et une migration spatiale avec le temps. Le calcul de 2 scénarios possibles, un M ~ 6.4 et un M ~ 7, indique un important impact sur la ville d'Oulan Bator, avec une intensité minimum de VIII et localement IX pour M=6.4 et X pour M=7. / We observe since 2005 a high seismic activity at 10 km from Ulaanbaatar that allowed us to identify a new active fault, Emeelt, in the field. After computing a 3D velocity model, I applied Double-Difference tomography to obtain a precise localization of earthquakes. They trace at least three parallel branches oriented N147° like the fault seen at surface. The seismic activity on the Main Emeelt Fault (MEF) is along at least 15 km, on the West and East branches, less active, along 10 km. The depth of the seismicity extends between 4 and 15 km. The activity seems concentrated at the intersection with Mesozoic faults and Vp/Vs contrast suggests the presence of fluids. The 10 swarms identified show an increasing activity and a spatial migration with time. The calculation of 2 possible scenarios, one M ~ 6.4 and one M ~ 7, shows an important impact on Ulaanbaatar, with a minimum intensity of VIII and IX for M=6.4 and X for M=7.

La localisation de séismes induits ainsi que les mécanismes au foyer associés sont des outils fréquemment utilisés afin, entre autres, d’imager la structure d’un réservoir. Cette thèse présente une technique permettant de quantifier les erreurs associées à ces deux paramètres. Par cette méthode, incertitudes et imprécisions sont distinguées. La méthode a été appliquée aux sites de Soultz et de Rittershoffen pour étudier l’impact de plusieurs critères sur la localisation de la sismicité induite. Ainsi, il a été montré que l’utilisation de capteurs installés profondément dans des puits et qu’une bonne couverture sismique azimutale réduit sérieusement les incertitudes de localisation. Les incertitudes du modèle de vitesse, représentées par une distribution gaussienne des modèles avec un écart de 5% autour du modèle de référence, multiplient les incertitudes de localisation par un facteur 2 à 3. Des simplifications utilisées pour le calcul ou une mauvaise connaissance du milieu peuvent mener à des imprécisions de l’ordre de 10% spatialement non isotropes. Ainsi, les structures du sous-sol peuvent être déformées dans les interprétations. L’application d’un tir de calibration peut néanmoins corriger ce fait en grande partie. L’étude d’erreurs associées aux mécanismes au foyer ne semble cependant pas conduire aux mêmes conclusions. Le biais angulaire peut certes être augmenté par l’omission de la faille dans le modèle de vitesse, mais dans plusieurs cas il est le même que dans le cas idéal voire diminué. En outre, une meilleure couverture sismique améliorerait toujours le mécanisme au foyer obtenu. Ainsi, il n’est pas conseillé d’imager un réservoir en n’utilisant que la localisation de séismes, mais une combinaison de plusieurs paramètres sismiques pourrait s’avérer efficace. La méthode appliquée dans le cadre de cette thèse pourra servir pour d’autres sites à condition d’en avoir une bonne connaissance a priori. / Induced seismicity location and focal mechanisms are commonly used to image the sub-surface designin reservoirs among other tasks. In this Ph.D. the inaccuracies and uncertainties on earthquake location and focal mechanisms are quantified using a three-step method. The technique is applied to the geothermal sites of Soultz and Rittershoffen to investigate the effect of several criteria on thee arthquake location. A good azimuthal seismic coverage and the use of seismic down-hole sensors seriously decrease the location uncertainty. On the contrary, velocity model uncertainties, represented by a 5% Gaussian distribution of the velocity model around the reference model, will multiply location uncertainties by a factor of 2 to 3. An incorrect knowledge of the sub-surface or the simplifications performed before the earthquake location can lead to biases of 10% of the vertical distance separating the source and the stations with a non-isotropic spatial distribution. Hence the sub-surface design maybe distorted in the interpretations. To prevent from that fact, the calibration shot method was proved to be efficient. The study on focal mechanism errors seems to lead to different conclusions. Obviously, the angular bias may be increased by neglecting the fault in the velocity. But, it may also be the same as or even smaller than the bias calculated for the case simulating a perfect knowledge of the medium of propagation. Furthermore a better seismic coverage always leads to smaller angular biases. Hence,it is worth advising to use more than only earthquake location in order to image a reservoir. Other geothermal sites and reservoirs may benefit from the method developed here. / Die korrekte Lokalisierung von induzierter Seismizität und den dazugehörigen Herdflächenlösungensind sehr wichtige Parameter. So werden zum Beispiel die Verteilung der Erdbeben und die Orientierung ihrer Herdflächenlösungen dazu benutzt um in der Tiefe liegende Reservoirs zulokalisieren und abzubilden. In dieser Doktorarbeit wird eine Technik vorgeschlagen um diemethodisch bedingten Fehler zu quantifizieren. Mit dieser Methode werden die verschiedenen Fehlerquellen, die Unsicherheiten und die Fehler im Modell getrennt. Die Technik wird für die geothermischen Felder in Soultz und in Rittershoffen benutzt um den Einfluss verschiedener Parameter (Annahmen) auf die Lokalisierung der induzierten Seismizität zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass Bohrlochseismometer und eine gute azimutale Verteilung der seismischen Stationen die Unbestimmtheiten verkleinern. Die Geschwindigkeitsunbestimmheiten, die durch eine Gauss-Verteilung mit 5% Fehler dargestellt werden, vervielfachen die Lokalisierungsungenauigkeiten um einen Faktor 2 bis 3. Eine ungenaue Kenntnis des Untergrunds oder die verwendete vereinfachte Darstellung der Geschwindigkeitsverhältnisse im Untergrund (notwendig um die synthetischen Rechnungen durchführen zu können) führen zu anisotropen Abweichungen und Fehlern in der Herdtiefe von bis zu 10%. Diese können die Interpretationen des Untergrunds deutlich verfälschen. Ein “calibration shot” kann diese Fehler korrigieren. Leider können die Fehler für die Herdflächenlösungen nicht in derselben Weise korrigiert werden. Es erscheint daher als keine gute Idee, ein Reservoir nur über die Lokalisierung von Erdbeben zu bestimmen. Eine Kombination mehrerer seismischer Methoden scheint angezeigt. Die hier besprochene Methode kann als Grundlage dienen für die Erkundung anderer (geothermischer)

Un pointé précis des temps de premières arrivées sismiques joue un rôle important dans de nombreuses études d’imagerie sismique. Un nouvel algorithme adaptif est développé combinant trois approches associant l’utilisation de fenêtres multiples imbriquées, l’estimation des propriétés statistiques d’ordre supérieur et le critère d’information d’Akaike. L’algorithme a l’avantage d’intégrer plusieurs propriétés (l’énergie, la gaussianité, et la stationnarité) dévoilant la présence des premières arrivées. Tandis que les incertitudes de pointés ont, dans certains cas, d’importance équivalente aux pointés eux-mêmes, l’algorithme fournit aussi automatiquement une estimation sur leur incertitudes. La précision et la fiabilité de cet algorithme sont évaluées en comparant les résultats issus de ce dernier avec ceux provenant d’un pointé manuel, ainsi que d’autres pointeurs automatiques. Cet algorithme est simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas de grandes performances informatiques. Cependant, la présence de bruit dans les données peut en dégrader la performance. Une double sommation dans le domaine temporel est alors proposée afin d’améliorer la détectabilité des premières arrivées. Ce processus est fondé sur un principe clé : la ressemblance locale entre les traces stackées. Les résultats montrent l’intérêt qu’il y a à appliquer cette sommation avant de réaliser le pointé automatique. / Accurate picking of first arrival times plays an important role in many seismic studies, particularly in seismic tomography and reservoirs or aquifers monitoring. A new adaptive algorithm has been developed based on combining three picking methods (Multi-Nested Windows, Higher Order Statistics and Akaike Information Criterion). It exploits the benefits of integrating three properties (energy, gaussianity, and stationarity), which reveal the presence of first arrivals. Since time uncertainties estimating is of crucial importance for seismic tomography, the developed algorithm provides automatically the associated errors of picked arrival times. The comparison of resulting arrival times with those picked manually, and with other algorithms of automatic picking, demonstrates the reliable performance of this algorithm. It is nearly a parameter-free algorithm, which is straightforward to implement and demands low computational resources. However, high noise level in the seismic records declines the efficiency of the developed algorithm. To improve the signal-to-noise ratio of first arrivals, and thereby to increase their detectability, double stacking in the time domain has been proposed. This approach is based on the key principle of the local similarity of stacked traces. The results demonstrate the feasibility of applying the double stacking before the automatic picking.