Les doublets de séismes sont un outil puissant de mesure des variations très fines du milieu dans lequel les ondes se sont propagées ou des sources qui leur ont donné naissance. Ils permettent en particulier l'étude de l'évolution temporelle des paramètres de la croûte (vitesses, facteurs de qualité), objectif se situant dans un cadre de prévision sismique. La première partie est consacrée à la recherche de techniques optimales pour mesurer les différences entre les 2 séismes d'un doublet. Le filtre de Wiener permet de caractériser la relation existant entre les sismogrammes. Ce filtre présente des fluctuations, en temps et en fréquence, liées aux diverses phases (ondes P, ondes S, coda). La mesure d'écarts de temps entre nos signaux est réalisée à l'aide de plusieurs estimateurs temporels afin de déterminer l'estimateur le plus fiable. Les différences des temps de propagation des ondes sont obtenues avec une précision de 1 ms. La seconde partie s'intéresse aux variations temporelles de l'atténuation dans la croûte et aux effets de sources. Dans un premier temps, une étude des sources sismiques des doublets est présentée. Celle-ci permet de situer la taille des sources par rapport à la distance les séparant. Deux méthodes sont utilisées pour mesurer des changements du facteur de qualité ou des différences dans les sources sismiques: méthode du rapport spectral et méthode d'estimation de la forme d'onde. Les rapports spectraux observés, pour les ondes P et les ondes S, présentent des pentes qui peuvent s'interpréter comme des variations d'atténuation ou des mécanismes au foyer différents. Bien qu'il soit difficile de démêler les effets liés au trajet et ceux liés aux sources, il semble qu'une variation du facteur de qualité de quelques % se soit produite entre les 2 séismes des doublets étudiés. L'analyse d'un doublet spatial permet d'observer par ailleurs que la schématisation des spectres de déplacement du sol par un niveau plat. et une fréquence coin n'est pas très réaliste pour les séismes utilisés dans cette étude.

La première partie de la thèse analyse les relations entre séismes et contraintes. Après un rappel sur la mécanique des milieux continus et son application aux contraintes dans le globe, on présente le calcul des déplacements engendrés par une faille rectangulaire de jeu et de pendage quelconques, dans un demi-espace élastique homogène. La deuxième partie est consacrée à l'étude des doublets sismiques, c'est-à-dire des paires de séismes ayant des formes d'onde identiques. On distingue des doublets temporels, situés au même endroit mais à des dates différentes, et des doublets spatiaux situés à quelque distance l'un de l'autre (au plus quelques centaines de mètres), mais à des dates très rapprochées. L'étude de ces données est fondée sur une analyse interspectrale par fenêtre mobile. Pour une fenêtre donnée, on mesure le délai (décalage en temps) entre les deux signaux en calculant la pente du déphasage en fonction de la fréquence. On calcule aussi la cohérence et le rapport spectral pour chaque fréquence. Le délai est mesuré avec une précision atteignant 1 ms, et ceci en tout point du sismogramme. L'étude porte sur 24 doublets et multiplets (67 séismes au total) situés en Californie centrale, à l'aide d'une soixantaine de stations du réseau CALNET. La relocalisation relative des séismes d'un multiplet est faite avec une précision atteignant 1 mètre. On a pu ainsi démontrer la simplicité et l'unicité locale des plans de faille en profondeur. Le délai mesuré dans la cauda permet de préciser l'origine de celle-ci, profonde pour les stations à l'écart des failles, superficielle pour les stations à l'aplomb des grandes failles. L'étude des doublets temporels permet de mesurer les variations de vitesse des ondes dans la croate avec une grande précision. Une variation régionale induit un " étirement de sismogramme ". La mesure de ce dernier permet une résolution de 0,01 % de variation de vitesse des ondes S. Les variations ainsi mesurées atteignent 0,4 % dans la région de Hollister et sont attribuées au séisme de Coyote Lake (M=5,6).

Ce travail est une étude détaillée des rapports spectraux de doublets de séismes.Ses objectifs sont l'étude des sources de petits séismes et la mise au point d'une technique de mesure des variations temporelles du facteur de qualité de la coda des séismes, une mesure clef pour les études de prédiction de séismes. La première partie du mémoire est consacrée à l'estimation des erreurs sur le rapport spectral. Cette analyse méthodologique permet de définir les limites d'application de la méthode du rapport spectral, en particulier pour évaluer les variations de Q dans la coda, dans la mesure où la cohérence à haute fréquence est mauvaise pour de grands temps de parcours. La deuxième partie traite de doublets spatiaux et met en évidence de très faibles changements du processus d'ouverture entre les deux séismes. Plusieurs doublets montrent une organisation azimutale des pentes de rapports spectraux des ondes de volume: celle-ci est expliquée par des décalages du point d'initiation de la rupture par rapport aux limites du plan de faille. Des changements de chute de contrainte et du déplacement moyen sont observés dans un autre cas. Il existe des variations du rapport spectral dans la coda de doublets spatiaux. Elles sont expliquées par la rétrodiffraction des ondes de la coda, et l'organisation azimutale des pentes du rapport spectral. Cette observation incite à la prudence en ce qui concerne l'interprétation de variations du rapport spectral dans la coda en terme de changements temporels de l'atténuation dans la croûte supérieure. La troisième partie est consacrée à ce problème de la mesure précise des changements d'atténuation en fonction du temps. De nombreux auteurs insistent sur l'intérêt de cette mesure pour suivre l'ouverture et la fermeture de microfissures dans la croute et pour prédire des séismes. Les doublets temporeIs sont en théorie un outil privilégié pour détecter de très petites variations de l'atténuation dans le milieu. Cependant, même des doublets localisés à quelques mètres de distance peuvent avoir des sources légèrement différentes, la difficulté étant de bien séparer ce qui est dû à la source de ce qui est dû au milieu. Les résultats de ce travail montrent qu'il n'y a pas eu de variations de l'atténuation supérieure à 1 % à l'échelle régionale, malgré l'occurence d'un séisme de magnitude 6. Par contre, les variations du rapport spectral à basse fréquence, localisée dans la région de Hollister où ont été détectée une variation de la vitesse des ondes 5, sont à relier à un Changement local des conditions de la propagation.