Une synthèse des données sur le socle dans le SE de la France (forages, profils sismiques) conduit à l'élaboration d'une carte isobathe du toit de ce marqueur. Concernant les zones de bassin, on observe que les régions à socle peu profond montrent des vitesses d'onde P plus élevées que dans les régions à socle profond. Ceci est interprété comme une réponse différenciée selon la lithologie (boudinage en grand) dans un mécanisme d'extension précoce. Une synthèse des données sur la croûte permet de mettre en évidence un important épaississement crustal à l'aplomb des massifs cristallins externes. La signification du corps d'Ivrea est discutée en termes de superposition de plusieurs unités de manteau supérieur anormal. L'amincissement de la seule croûte supérieure sous la bordure SE du Massif Central est interprétée comme du à la formation tardive (post-extension) de la croûte inférieure. Dans une troisième partie il est proposé que le mécanisme de base d'édification de la chaîne soit un épaississement crustal discontinu provoqué par un chevauchement (écaillage) à l'échelle de la croûte, le chevauchement des massifs cristallins externes. Ce mécanisme discontinu est également invoqué pour interpréter les déformations de couverture comme résultant d'un poinçonnement de celle-ci par l'avancée du socle chevauchant.

La sismologie et les grands profils sismiques sont ici plus particulièrement utilisés pour étudier la structure profonde de quatre orogènes. Pour les Alpes occidentales, nous traitons d'abord de l'atténuation intrinsèque des ondes sismiques dans la croûte supérieure et de sa dépendance en fonction de la fréquence. Nous faisons ensuite le point sur l'état des connaissances sur l'allochtonie et l'écaillage Iithosphérique vers le milieu des années quatre-vingt. C'est en effet à cette époque que le profil Ecors-Crop Alpes à permis de davantage détailler la structure de la croûte par sismique réflexion verticale En sismique réflexion grand-angle, on a pu observer le Moho profond de la zone de racine et, dans le domaine briançonnais, une écaille de manteau imbriquée dans la croûte alpine. La sismicité et la sismotectonique des Alpes occidentales sont ensuite examinées à la lumière des données récemment acquises par le réseau Sismalp qui surveille l'activité du Sud-Est de la France. Les données télésismiques obtenues par ce même réseau ont été utilisées pour procéder à une tomographie télésismique de la limite de plaques Eurasie-Adriatique jusqu'à 200 km de profondeur. Les trois autres orogènes sont étudiés de façon plus succincte. La structure profonde de l'Atlas tunisien est d'abord présentée à travers les résultats d'une campagne de sondages sismiques profonds. Nous avons ensuite appliqué aux coupes de sismique réflection verticale du profil Ecors Pyrénées les techniques de migration mises au point dans les Alpes. Nous concluons par l'étude de la partie centrale de l'Oural par sismique réflexion grand-angle et par tomographie télésismique, deux techniques éprouvées précédemment dans les Alpes.

L'inversion des formes d'ondes (FWI) est une méthode d'imagerie sismique quantitative multiparamètre actuellement en plein essor. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes de propagation enregistrés, en particulier des ondes de surface, en font une technique prometteuse pour des applications de la subsurface sur des problématiques géotechniques ou environnementales. Cependant, l'adaptation au contexte de la subsurface d'une méthode sismique validée numériquement ou sur des applications d'imagerie profonde est une tâche difficile. Nous proposons ici une approche par modélisation physique à échelle réduite à l'aide d'un laboratoire de Mesures laser-Ultrasonore Sans Contact (MUSC) mis en place dans le cadre de cette thèse. Les différents éléments du laboratoire ont été caractérisés pour la modélisation sismique à échelle réduite et une attention particulière a été portée à la simulation de la source. Les données acquises ont été validées par confrontation avec des données obtenues par modélisation numérique à l'aide des codes fournis par Géoazur dans le cadre du projet ANR SEISCOPE. Dans un deuxième temps, le potentiel de la FWI pour des applications de la subsurface a été évalué par l'approche conjointe de la modélisation numérique et de la modélisation expérimentale. Nous avons ainsi pu montrer par cette double approche que la FWI permet d'obtenir une information sur la morphologie de cavités souterraines grâce à la prise en compte des ondes de surface. Par ailleurs, sur les différents modèles multicouches étudiés, l'information sur les zones les plus superficielles fournie par les ondes de surface dispersives a pu être exploitée par la FWI.

Depuis 45 Ma, le continent asiatique se déforme sous l'effet de la collision continentale de l'Inde. L'épaississement crustal et l'extrusion de blocs le long de grands décrochements sont considérés comme les deux principaux mécanismes accommodant la déformation. Par ailleurs, des observations structurales suggèrent la présence de rotations de blocs autour d'axes verticaux au niveau des syntaxes Est et Ouest himalayennes et dans une zone allant de l'Afghanistan au Baïkal. L'étude des relations entre épaississement, décrochement et rotations de blocs qui constitue l'objet de ce travail, est un des points importants pour la compréhension de la cinématique Tertiaire de l'Asie. Les mécanismes de déformation et la cinématique T ertiaires de l'Ouest de l'Asie Centrale ont été abordés par le biais du paléomagnétisme et de la géologie structurale. La présente étude a été réalisée dans la dépression Tadjik et le Tien Shan Kirghiz, situés respectivement au nord-ouest et au nord de la syntaxe Ouest- Himalayenne et du Pamir. L'étude paléomagnétique permet de mettre en évidence deux domaines distincts de rotations de part et d'autre de la faille décrochante dextre de Talass-Fergana qui traverse le Tien Shan de part en part. A l'Est de cette faille, les bassins Cénozoïques du Tien Shan présentent une rotation faible ou nulle par rapport à l'Asie stable. A l'inverse, à l'Ouest, les rotations antihoraires sont significatives, de 1'0rdre de 20° dans le bassin de Fergana, de 15 à 50° dans la dépression Tadjik. L'étude structurale montre que le contexte cinématiq ue régional . combine chevauchement et décrochement sénestre. La déformation et la rotation des bassins de type compressifs est principalement localisée dans la couverture sédimentaire, à l'opposé des zones faillées d'échelle crustale qui les limitent. La cinématique Tertiaire du Tien Shan et de la dépression Tadjik apparaît fortement associée au poinçonnement vers le Nord du Pamir par rapport à l'Asie. La faille de Talass-Fergana est une discontinuité majeure à l'Ouest de laquelle la déformation est accommodée par de l'épaississement, du décrochement et des rotations de blocs.

Des anomalies géophysiques ont été observées avant des tremblements de terre. Ces signaux précurseurs ne sont pas systématiques et en général leur relation avec la sismicité ne peut pas être confirmée. Afin d'étudier si une relaton existe entre ces signaux géophysiques et les contraintes tectoniques au cours du cycle sismique, nous allons étudier le comportement géophysique d 'un milieu naturel en réponse à des sollicitations mécaniques. Le site choisi est le site de Sur-Frêtes en Savoie au voisinage des lacs artificiels de Roselend et La Gittaz. Les variations annuelles de niveau des lacs de plus de 50 m d'amplitude constituent le moteur de déformation cyclique sur le milieu. La réponse géophysique du site est étudiée principalement en termes de potentiel électrique, d'émanation de gaz radon, de niveau de puits et de déformation. Des variations de potentiel électrique ont été associées aux variations de niveau des lacs, avec un coefficient de couplage compris entre 0.6 et 4.2 mV /m d'eau. Nous montrons qu'elles sont produites par un mécanisme d'électrofiltration compatible avec les mesures en laboratoire réalisées sur des échantillons du site. Cette observation démontre que le phénomène d'électrofiltration est actif à l'échelle naturelle. De plus, cette expérience a mis en évidence des variations transitoires de potentiel électrique de l 'ordre de 20 mV associées à des pics d'émanation de gaz radon d'amplitude 5 à 40 fois supérieure au bruit de fond. Ces événements, dont la durée est comprise entre 1 et 10 semaines, sont corrélés à des déformations transitoires mesurées par inclinométrie, qui interviennent lors d'augmentation du taux de chargement du milieu. Des mesures en puits réalisées en fin d'expérience lors de la vidange décennale du lac de Roselend montrent que ces événements sont aussi associés à des surpressions de fluide de l'ordre de 1 bar. Les fluides jouent donc un rôle déterminant dans la génération des potentiels électriques et des pics de gaz radon. Nous proposons que ces signaux sont liés aux surpressions de fluide qui produisent localement une augmentation de la connectivité du milieu entrainant des circulations de fluide transitoires. Ces observations montrent la sensibilité des propriétés de transport de la roche aux variations du taux de déformation. Nous discutons sur la base de ces mécanismes la possibilité d'observer des précurseurs dans le cas du chevauchement actif Himalayen . Nos résultats suggèrent qu'une variation présismique du taux de déformation de la croûte pourrait produire des signaux géophysiques mesurables à l'aplomb de l 'extrémité de la zone sismogénique bloquée.

L'étude des données Lithoscope permet d'étudier les structures profondes de la lithosphère. Trois méthodes ont été développées. La première porte sur l'analyse des ondes converties à l'interface croûte-manteau afin de contraindre les variations d'épaisseur de croûte. La seconde méthode caractérise l'orientation des structures dans le manteau, par la rnesure de l'anisotropie des ondes S. La troisième méthode mesure l'atténuation des milieux échantillonnés à l'aide de deux méthodes d'analyse fréquentielle et temporelle. Ces trois méthodes ont été appliquées aux enregistrements provenant du Nord Tibet, du Massif Central et de l'Abitibi, L'étude des données du plateau tibétain a permis de mettre en évidence des variations latérales très importantes de vitesse et de structure dans la lithosphère. Un saut de Moho de 20km a été observé sans qu'aucune variation de topographie ne soit observable. Ces travaux montrent que les phénomènes de l'équilibrage dans la lithosphère sont lents comparés aux mouvements horizontaux et verticaux. L'étude de l'anisotropie a permis de révéler l'importance de l'extrusion latérale le long de la faille du Kunlun. Les valeurs d'anisotropie obtenues impliquent que les mouvements horizontaux des blocs lithosphériques orientent les minéraux sur des épaisseurs mantelliques supérieures à 260 km. L'étude de l'atténuation sous le Massif Central a permis de constater qu'il existait une bonne corrélation entre les zones atténuantes et ies édifices volcaniques majeurs de cette région. Les valeurs du facteur de qualité obtenues montrent que les perturbations occasionnées par le volcanisme intéressent l'ensemble de la lithosphère mais sur de zones très étroites. Les modé!isations de perturbation thermique dans la croûte montrent de très bonnes corrélations avec les âges des différentes crises volcaniques. L'application systématique de ces trois analyses sur les enregistrements télésismiques du programme Lithoscope a permis de contraindre et de compléter les images de la lithosphère obtenues par la tomographie en vitesse des ondes P.

Une station sismologique trois composantes, 24 bits, enregistrement continu, faible coût et basse consommation a été développée en collaboration avec une société française. L'instrument est entièrement contrôlé par ligne téléphonique, mais il peut aussi être utilisé de façon autonome. L'architecture de la station inclut une carte PC. On dispose alors d'un véritable ordinateur au coeur de l'appareil. Le stockage de l'information est fait sur un disque dur PCMCIA (340 Mo). Un enregistrement sur carte flash ou sur DAT serait aussi possible. Des logiciels écrits par l'utilisateur peuvent être installés sur le disque dur pour traiter les dornnées sur le terrain. La communication téléphonique est faite avec des modems 14400 bps. La largeur de bande et le faIble bruit électronique pemlettent l' utilisation de plusieurs types de sismométres. Une expression analytique de la réponse instrumentale de la station a éle déterminée à partir des spécifications techniques. Le capteur trois composantes a été étalonné avec une méthode qui utilise un signal binaire pseudo-aléatoire. Une procédure de minimisation est utilisée pour ajuster les paramètres du sismomètre aux résultats expérimentaux. Ce processus de calibration peut être exécuté de façon périodique et automatisée.

L'objet de notre travail est l'étude de la sismicité superficielle dans le N.E. de l'Afghanistan. Dans le chapitre 1, nous rappelons dans quel contexte géodynamique se trouve cette région. Nous mettons en évidence la place privilégiée qu'elle occupe. Le chapitre II décrit sommairement comment ont été acquises les données. La localisation des évènements fait l'objet du chapitre III. Essentiellement nous cherchons à évaluer la précision avec laquelle sont déterminées la position de l'épicentre et la profondeur des séismes. Des résultats obtenus, nous dressons des cartes de sismicité (chap. IV). ) L'expérience "Sud-Nouristan" nous ayant fourni un nombre important d'évènements (284) nous faisons une étude statistique de la magnitude et de la profondeur des séismes. Le chapitre V. traite des mécanismes au foyer. Nous en déduisons principalement le sens de mouvement des failles de la région et l'orientation privilégiée de l'axe P. Remises dans le contexte géodynamique, nous essayons d'intégrer toutes ces données dans un modèle sismo-tectonique régional. (Chap. VI)

Un des buts essentiels en sismologie est de déduire des données enregistrées, certains connaissance sur la structure géologique ainsi que sur les caractéristiques physiques de l'intérieur de la Terre. L'interprétation de ces données en termes géologiques définit le problème inverse, problème étroitement lié au problème direct qui permet de simuler la réponse sismique d'un modèle décrit par un nombre fini de paramètres physlques. Dans la première partie, nous présentons une approche pour le problème direct : Celle-ci consiste (a) à décrire un milieu stratifié tri-dimensionnel par une méthode d'interpolation des fonctions splines bi-cubiques, (b) à générer automatiquement des codes de rai pour réflexions multiples, (c) à construire le sismogramme synthétique par une méthode tridimensionnelle, fondée sur la théorie des rais asymptotiques. La deuxième partie contribue à l'étude théorique et numérique de la tomographie sismique entre puits. Celle-ci permet d'estimer la vitesse des ondes sismiques à partir des durées de propagation mesurées dans un dispositif de sismique puits-à-puits. Jusqu'à présent la plupart des études concernant la tomographie sismique ont été effectuées sous l'hypothèse que les trajets de rais entre sources et récepteurs étaient rectilignes. Une telle hypothèse n'est valable que dans le cas où les hétérogénéités du milieu sont faibles. Nous avons donc développé une nouvelle méthode de tracé de rais par perturbations, que nous avons adapté à l'inversion tomographique itérative. Cette méthode est testée aussi bien avec un ensemble de données synthétiques qu 'avec des données réelles. Les résultats obtenus montrent que la résolution spatiale d'un tomogramme ainsi reconstruit est considérablement améliorée, surtout lorsque l'on applique un lissage par filtre médian au cours du processus itératif. Nous discutons également quelques unes des limitations intrinsèques de la tomographie sismique entre puits.

Partie 1 : Etude sismotectonique du Péloponnèse. Durant l'été 1986 nous avons installé un réseau sismologique de 46 stations couvrant l'ensemble du Péloponèse. Sur plus de 1000 séismes, 750 sont localisés à 10 km près et 480 le sont à 5 km près, 100 solutions focales ont été déterminées. La sismicité enregistrée est essentiellement crustale (95%). La croûte inférieure apparait comme une zone sismique à l'ouest et devient sismique à l'est. Les mécanismes au foyer indiquent un champ de contrainte compressiif orienté E-W dans la bordure occidentale. Immédiatement à l'est de cette zone, le régime devient extensif, d'orientation N-S au nord puis NW-SE à E-W dans !e sud et le sud-.ouest du Péloponnèse. La, sismicité intermédiaire définit la géométrie de ia subduction de la plaque Afrique sous le Péloponnèse. Le plongement est orienté NE-SW scion un pendage de 10°, à 200 km des fosses ce pendage s'accentue brusquement (45 ° ). Les mécanismes au foyer montrent une tectonique extensive orientée NE-SW, avec un pendage identique à celui de la plaque plongeante. 2* partie: Réponse sismique d'une vallée sédimentaire. Durant deux semaines , en mai 1985, cinq stations sismologiques ont été installées à travers une vallée située à 50 km de Thessalonique ( Grèce) . Les stations étaient placées sur les sédiments et sur les bords rocheux de la vallée. A partir de séismes locaux et régionaux, nous avons calculé les rapports des spectres de Fourier obtenus aux différents sites. Pour les sites sédimentaires, les rapports montrent des .amplifications maximales de 8, pour un site rocheux elles atteignent 6. Les amplifications observées sont maximales lors de séismes locaux.Nous interprétons ces effets en fonction du contexte géologique local.