La mesure du déphasage des ondes de cisaillement offre la possibilité de caractériser l'anisotropie sismique présente dans les différentes couches de la Terre, qui résulte généralement des orientations préférentielles des minéraux anisotropes induites par la déformation. Le nouveau logiciel SplitLab présenté dans cette thèse, simplifie le traitement des données depuis la requête des données jusqu'à la masure de déphasage et l'interprétation des résultats. La comparaison de trois techniques indépendantes pour mesurer ce déphasage permet de quantifier la qualité des résultats et de détecter automatiquement les mesures sans déphasage apparent. Ce critère est appliqué aux mesures de déphasages des ondes SKS enregistrées en 16 stations situées sur le Craton Est Européen. Les résultats indiquent que les directions rapides reflètent les structures anciennes, qui constituent le Craton Est Européen. En outre, les directions rapides dans le Sud-ouest s'alignent avec la bordure du craton et sont en continuité avec la tendance générale définie par les stations éloignées du Craton. Les stations dans les unités externes de l'Oural montrent des directions rapides perpendiculaires à la tendance générale de la chaîne de montagne.

Différentes applications de l'élasticité linéaire en géologie structurale sont présentées dans cette thèse à travers le développement de trois types de codes numériques. Le premier utilise la modélisation directe pour étudier les déplacements et champs de contraintes autour de zones faillées complexes. On montre que l'ajout de contraintes inégalitaires, telles que la friction de Coulomb, permet d'expliquer l'angle d'initiation des dominos dans les relais extensifs. L'ajout de matériaux hétérogènes et d'optimisations, telles la parallélisation sur processeurs multi-coeurs ainsi que la réduction de complexité des modèles, permettent l'étude de modèles beaucoup plus complexes. Le second type de code numérique utilise la modélisation inverse, aussi appelée estimation de paramètres. L'inversion linéaire de déplacements sur les failles ainsi que la détermination de paléo-contraintes utilisant une approche géomécanique sont développées. Le dernier type de code numérique concerne la restauration de structures complexes plissées et faillées. Il est notamment montré qu'une telle méthode permet de vérifier l'équilibre de coupes géologiques, ainsi que de retrouver la chronologie des failles. Finalement, nous montrons que ce même code permet de lisser des horizons 3D faillés, plissés et bruités en utilisant la géomécanique.

Le champ magnétique terrestre a des sources externes et internes à la Terre. Sur des échelles de temps décennales, ce champ présente des variations brusques: les "secousses géomagnétiques". Une des causes possibles aurait sa source dans le noyau de la Terre: les ondes de torsion. Après une introduction de ces ondes (ondes d'Alfvèn, équation d'onde), la propagation de ces ondes est étudiée dans un noyau avec ou sans graine. Enfin un mécanisme d'excitation d'origine externe à la Terre de ces ondes dans le noyau est étudié via les systèmes de courant de l'ionosphère et de la magnétosphère.

In this paper, we design and develop a new software tool that helps automatic lithofacies segmentation from geological data. Lithofacies is a crucial problem in reservoir characterization, and our study intends to prove that soft computing techniques like Wavelet transform modulus maxima lines (WTMM) and Detrended fluctuation analysis (DFA) approaches allow a geological lithology segmentation from differed well logging. On one hand, WTMM proves to be useful for delimitation of each layer. We based on its sensitivity on the presence of more than one layer, On the other hand, DFA is used to enhance the estimation if the roughness coefficient of each lithology. We use them jointly to segment the lithofacies of boreholes located in the Algerian Sahara. Obtained results are encouraging to publish this method, because the principal benefit is economic.

Les instabilités gravitaires contribuent aux processus de transport de matière à la surface des planètes et constituent des risques importants pour les populations sur Terre. Afin d'apporter des contraintes sur la dynamique des instabilités gravitaires, notre étude se base sur le couplage entre simulation numérique et analyse des données par télédétection. Le modèle utilisé s'est montré capable de reproduire des ob- servations en laboratoire ainsi que la dynamique enregistrée par des signaux sismiques pour un exemple terrestre. En outre, nous avons développé une méthode de reconstruction topographique pré-glissement en utilisant les données satellitaires afin d'étudier les effets des conditions initiales. En effet, la distance d'arrêt (runout) des dépôts est très largement utilisée dans l'analyse de la dynamique des glissements de terrain ainsi que dans la calibration des paramètres rhéologiques impliqués dans la modélisation, et ce malgré les incertitudes sur la géométrie initiale. Nous montrons par des tests théoriques que le runout est faiblement affecté par la géométrie du plan de rupture. Au contraire, l'extension latérale se révèle être contrôlée par la géométrie initiale ce qui fourni un cadre unique pour remonter également au volume initial. L'application aux exemples martiens apporte des contraintes sur les conditions de mise en place et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la dynamique de ces processus. En outre, nous introduisons un nouveau paramètre de dissipation empirique indépendant de la topographie permettant, sans calibration, de retrouver par la simulation la bonne distance de runout dans un contexte géologique donné.

The delimitation of the very fines lithologies from seismic data is a crucial problem in geophysics, indeed the presence of the noise in seismic traces can deteriorate information and hide important hydrocarbons accumulations. For that we have to try in this paper to use a recent technique developed by A.Arneodo and his collaborators which is the wavelet transform modulus maxima lines (WTMM) combined with the discrete wavelet transform (DWT), to denoising traces and characterize each amplitude in the seismic trace by an exponent of Holder. In order to separate information that is of a significant geological lithology variation with the various noises. Our application at VSP data shows that this technique is a powerful tool of processing.

Ce rapport résume mes travaux de recherche et montre un plan de perspective. Le titre devra être intitulé "Processus Dynamique de la Génération de Tremblement de Terre et son Implication vers l'Aléa Sismique" (Dynamic Earthquake Generation Process and its Implication towards to Seismic Hazard). Les travaux sont réalisés essentiellement à l'Université de Tokyo, Japon (1995 —- 2000), à l'Ecole Normale Supérieure de Paris, France (2000 –- 2003), à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, (2003 –- 2004) et au BRGM (French Geological Survey, 2004 –- présent) au travers de différents collaborations. Les centres d'intérêt se trouvent ; Comment se passe-t-il, le tremblement de terre, notamment en niveau de la source ? Que faut-il faire afin de contribuer au besoin du risque sismique ? Pour ce but, j'ai pris l'approche numérique et théorique qui fait partie de recherches importantes ainsi que la compréhension de la physique des phénomènes et l'application vers l'aléa sismique. Le résultat principal est la modélisation numérique de la rupture dynamique dans un système complexe de faille lors d'un séisme, par exemple le séisme de Landers en 1992, le séisme d'Izmit en 1999 etc. Il est montré que ce processus dynamique contrôlé par la contrainte et le comportement de faille affecte le rayonnement des ondes sismique par conséquence. L'effet de cette source dynamique est donc essentiel lors on discute de mouvement sismique en champ proche de source. Cela dit que certains aspects de tremblements de terre pourront être physiquement reproduits, c'est-à-dire, prédictibles. Cette prédictibilité ou non-prédictibilité serait une clé de recherche.

Nous analysons les séries temporelles des glissements de terrain de Nouvelle-Zélande (NZ) en temps et en taux et mettons en évidence une corrélation dans les occurrences de glissements. Cette corrélation n'est pas due aux interactions glissement-séisme ou glissement-glissement mais aux interactions glissement-climat. Nous comparons la dynamique des glissements en temps, espace et taux pour la NZ, le Yosemite (Californie, Etats-Unis), Grenoble (Isère), Val d'Arly (Haute-Savoie), l'Australie et le Wollongong (New South Wales, Australie). Les taux journaliers de glissements de la NZ, du Yosemite, de l'Australie et du Wollongong acceptent une loi puissance pour des taux variant de 1 à 1000 glissements/jour. Cela suggère que les mêmes méchanismes sont à l'oeuvre pour le déclenchement de plusieurs centaines de glissements comme de un seul glissement. L'analyse jointe de ces six catalogues nous a permis de dériver des paramètres permettant de classer la dynamique de chaque endroit en terme de glissements. Enfin, nous comparons les distributions en espace des répliques sismiques et des glissements de terrain déclenchés par les séismes de Chi-Chi (Mw7.6 - Taiwan), du Kashmir (Mw7.6 - Pakistan), de Fiordland (Mw7.2 - NZ), de Northridge (Mw6.6 - Californie) et de Rotoehu (MW5.6 - NZ). Les répliques sismiques et les glissements présentent des distributions spatiales similaires. Nous ne trouvons pas de réponse linéaire entre les glissements et/ou les répliques et les observations de mouvements du sol. Nous suggérons que les glissements et les répliques sont contrôlés par les mêmes méchanismes et donc qu'il existe un rôle de la contrainte statique sur le déclenchement des glissements de terrain.

Since twenty years wavelet transform was recognized as a privileged tool for analysis of the fractals objects. We exploited the self-similarity of the wavelet transform to detect singularity which is a fractal signal characterization .In a first part, we use the wavelet transform modulus maxima lines (WTMM) as a tool for analysis of synthetics fractals signals. In second part we applied this technique to the data of wells located in the Algerian Sahara, we proposed then an automatic algorithm of segmentation which is applied thereafter to a simple resolution well-logs data another with a high resolution. We demonstrate the potentialities of the method in the segmentation of different geological formations. We finalize this work by planning a multilayer perceptron neuronal machine. We used the precedents results as information able to detect the lithology and the nature of the pores fluid . Keywords: Wavelet transform, WTMM, Segmentation, simple resolution, High resolution.

La présentation porte sur les deux principaux domaines de recherche dans lequel je me suis investi, depuis 2003, au BRGM, celui du développement de la prospection par Résonance Magnétique Protonique (RMP), et l'utilisation des méthodes Electro-Magnétique à Source Contrôlée (CSEM). Une brève introduction rappellera le principe de la mesure RMP. La première partie, présentera les travaux réalisés pour raffiner les modèles utilisés, pour prendre en compte la variation du signal liée aux conditions de mesures (champ géomagnétique, topographie) et à l'environnement géologique (zone non-saturée dans la craie, forte conductivité sur le bord de la mer Morte). Afin d'appréhender la nature 2D/3D des objets étudiés, j'ai développé un modèle 3D de la réponse RMP et mis au point une approche permettant d'évaluer la position et le volume de cavités remplies d'eau (imagerie d'un conduit karstique près de Rocamadour et cartographie de la dissolution d'une couche de sel générant des effondrements « sinkholes »). Enfin j'ai développé un programme d'inversion qui permet de réaliser une tomographie en 2D/3D de la teneur en eau et des temps de relaxation (illustrée dans le cas d'un aquifère sédimentaire interrompu par un système de failles). La deuxième partie concernera la mesure de la résistivité électrique par de grands dispositifs appliquée à l'imagerie d'aquifères complexes (biseaux salés et milieu volcanique) et la mise au point d'un dispositif CSEM dédié au suivi temporel de la résistivité dans un aquifère. L'originalité réside dans l'utilisation du tubage métallique des forages pour injecter le courant électrique en profondeur et permettant par la mesure en surface du champ électrique et magnétique, de mesurer les variations de résistivité au sein d'un réservoir profond. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du suivi de l'injection de CO2 (résistant) dans des réservoirs salins. La performance du dispositif sera illustrée par une étude numérique et sa mise en œuvre sur le site pilote de Ketzin en Allemagne. Je conclurai cet exposé par un aperçu des orientations vers lesquelles je propose de faire porter l'effort de recherche dans ces deux domaines, aujourd'hui en pleine évolution.