Afin d'appréhender in-situ le couplage entre les pressions de fluides et la mécanique des failles, un laboratoire géodynamique a été installé dans le Rift de Corinthe. L'élément majeur de ce projet européen est un forage recoupant la faille d'Aigion, qui a rejoué lors d'un séisme de magnitude 6.2 en 1995, et son instrumentation permanente qui permet le suivi en continu de la pression de fluide autour de la faille. Nous avons d'abord caractérisé l'environnement hydrogéologique par la conjonction de méthodes relevant de la thermique et de l'hydrogéologie. Il devient alors possible d'interpréter les multiples anomalies hydrauliques perçues par nos capteurs de haute précision. Leur abondance témoigne de l'activité de la faille.

La Mongolie caractérise la transition entre les structures compressives liées à la collision Inde-Asie et extensives du rift du Baïkal. Elle a connu depuis 1905 quatre séismes de magnitude supérieure ou égale à 8, (Tsetserleg, Bolnaï, Fu Yun et Gobi-Altaï). Les ruptures associées à ces événements forment un parallélogramme composé par des failles décrochantes sénestres est-ouest et décrochantes dextres NNO-SSE. Au centre, le dôme du Hangaï est associé à des failles normales et à un volcanisme alcalin récent. <br /> L'étude de la source des deux séismes de 1905 indique une propagation dominante des ruptures vers l'est. Le séisme de Tsetserleg (Mw = 7,95 ± 0,02.) aurait continué au-delà des ruptures cartographiées. L'initiation du séisme de Bolnaï (Mw = 8,4 ± 0,1) s'est faite à l'intersection entre la faille principale et celle de Teregtiin. <br /> Les ruptures associées au séisme du Gobi-Altaï sont complexes et bordent le massif de Ikhe Bogdo qui subit une rotation antihoraire (24° ± 11° ) depuis le Miocène. L'intervalle de récurrence sur cette faille est d'environ 5000 ans avec une vitesse d'environ 1 mm/an. <br /> Le mouvement sur les failles décrochantes conjuguées de l'Altaï et du Gobi-Altaï est amorti sur des failles inverses, l'ensemble formant des coins en compression. La formation du dôme du Hangaï est le résultat d'une combinaison entre un panache mantélique et du front compressif lié à la collision Inde-Asie. Le massif subit une rotation horaire. <br /> La sismicité correspond à des répliques tardives des séismes récents plus nombreuses sur les segments à rejet vertical que décrochants. Une compression orientée N20 ± 10° permet d'expliquer toutes les déformations indiquant la prépondérance actuelle du front compressif associé à la collision Inde-Asie, précédée d'un épisode mantélique qui a préparé la région. Nous proposons un modèle de déformation pure combinée avec une rotation horaire pour la Mongolie.

Le Continuum est une onde électromagnétique de faible intensité et observée sur de grandes échelles de temps. Cette onde a été observée dans toutes les régions de la magnétosphère et dans le vent solaire. Des missions comme Voyager ou Ulysses ont montré que le Continuum existait dans les magnétosphères de toutes les planètes magnétisées explorées, ce qui en fait un phénomène astronomique classique. Cette thèse présente une étude de l'émission et de la propagation du Continuum terrestre, essentiellement faite à partir des données de la mission Cluster, et plus particulièrement des mesures de l'instrument WHISPER. Cette mission est composée de quatre satellites identiques qui orbitent ensemble sous la forme d'un tétraèdre. La disposition tétraédrique des satellites permet pour la première fois une étude spatiale et temporelle des structures traversées et des phénomènes rencontrés. L'utilisation de quatre satellites orbitant ensemble apporte de nouvelles informations, en particulier sur la stabilité de l'émission, la taille du faisceau et la position de la source émettant la radiation. Ces nouvelles informations permettent de tester de façon originale les mécanismes de génération existant. Les caractéristiques spectrales donnent accès à la formeet à la stabilité temporelle de la surface émettrice. La résolution temporelle et fréquentielle de l'instrument WHISPER permettent enfin une étude des caractéristiques spectrales du Continuum et de leur évolution au cours de la propagation. En résumé, cette thèse apporte de nouvelles informations sur le mécanisme de génération, l'extension et la position des sources, la forme de la surface émettrice, et enfin sur l'évolution de la signature spectrale du Continuum au cours de la propagation.

Le géoradar est une technique couramment utilisée pour prospecter le proche sous-sol. Des ondes électromagnétiques à hautes fréquences (>10 MHz) sont émises dans le sol et les échos enregistrés traduisent les contrastes de permittivité diélectrique entre les différents milieux. Cela permet d'imager les changements de lithologie, des états de fracturation différents, des variations de teneur en eau... Dans ces milieux diélectriques, l'onde perturbe les distributions de charges électriques liées et induit une polarisation qui à son tour influe sur l'onde et déforme le signal. En accord avec les mesures sur échantillons, nous utilisons une loi puissance de la susceptibilité électrique en fonction de la fréquence pour caractériser cette dispersion.<br />Avec une telle sensibilité aux différents matériaux et une résolution allant de quelques centimètres à<br />plusieurs décimètres, le traitement des données requiert la prise en compte de la forte hétérogénéité des milieux étudiés. C'est pourquoi nous avons développé un algorithme de modélisation par différences finies en domaine temporel et généralisé l'emploi d'une convolution récursive pour les milieux dispersifs. Nous avons également implémenté d'une façon originale des conditions limites de type "perfect match layer".<br />L'analyse des coefficients de réflexion nous a permis de valider l'hypothèse qu'une faible variation de<br />la teneur en eau pouvait expliquer la présence des réflecteurs à l'intérieur d'une dune de sable. Nous avons aussi exploité le contenu fréquentiel des signaux en calculant les rapports spectraux entre des signaux réfléchis à différents offsets pour estimer la permittivité diélectrique. Ces valeurs des paramètres et la prise en compte des variations de la teneur en eau servent ensuite à modéliser des situations réalistes.<br />En dernier lieu, nous avons utilisé avec succès le même code de différences finies, en renversant le temps, pour rétro-propager le champ enregistré.

Le Massif Armoricain est un segment affleurant de la Chaîne Hercynienne d'Europe Occidentale et constitue actuellement un domaine de déformation intraplaque en contexte de marge continentale passive. Cette déformation se manifeste par une activité sismique modérée caractérisée par des séismes de faible magnitude. Les bulletins des organismes nationaux décrivent - dans cette région peu couverte par les réseaux sismologiques - une répartition diffuse de la sismicité, avec une grande imprécision sur la localisation des événements. Une nouvelle analyse de l'ensemble des sismogrammes, combinée à une inversion stochastique des temps d'arrivée pointés visuellement au cours de ce travail, a permis la relocalisation d'environ 1500 séismes survenus entre 1980 et 2004. L'interprétation jointe de ces résultats et des données géophysiques existantes conduit à une meilleure compréhension des processus sismotectoniques à l'origine de cette sismicité intraplaque.

Afin d'analyser le rôle de la saturation partielle sur la vitesse de phase et l'atténuation des ondes P directes, nous avons élaboré une expérience en laboratoire dans la gamme du kiloHertz. Celle-ci permet une corrélation avec les mesures de terrain et limite les effets d'échelle induits par l'utilisation des traditionnelles mesures ultrasoniques. Le montage expérimental est composé d'un container rempli de sable, équipé d'accéléromètres et de sondes de teneur en eau. Une propagation d'onde est générée par une source mécanique constituée d'une bille en métal frappant une plaque de granite. Plusieurs cycles d'imbibition/drainage sont réalisés entre les saturations résiduelles en eau et en air. Une transformée continue en ondelette a été choisie pour le traitement des données sismiques et validée numériquement par une simulation de propagation d'ondes dans un milieu viscoélastique 2D (code Specfem2D). En imbibition et en drainage, la vitesse de phase décroît avec l'augmentation de la saturation, ce qui peut être expliqué par la limite Biot-Gassmann-Wood (BGW) de la théorie de Biot. Ce comportement, typique des mesures de terrain, indique qu'il est possible de considérer le mélange de fluides (eau et air) comme un fluide effectif. L'interprétation de l'atténuation est plus complexe et ne peut être expliquée par le mécanisme de relaxation de flux macroscopique de la théorie de Biot. Il est nécessaire d'introduire une contribution viscoélastique reliée aux pertes frictionelles grain-à-grain et décrite par un modèle à Q constant. De plus, un hystérésis entre imbibition et drainage est observé et expliqué en introduisant une perméabilité effective du mélange, dépendante des perméabilités relatives à l'eau et à l'air.

La cristallisation de sels solubles dans les réseaux poreux est une source majeure de détérioration pour les pierres naturelles. L'objectif de cette thèse est de préciser ce mécanisme de détérioration par le sel dans le cas du sulfate de sodium. Le point de départ de cette étude est de suivre l'évolution d'échantillons de neuf roches sédimentaires d'origines différentes (deux calcaires biodétritiques, un calcaire détritique, un calcaire lacustre, trois grès riches en quartz et deux grès argileux lités) au cours des tests de dégradation accélérée. Tout d'abord, le mécanisme de cristallisation du sulfate de sodium est étudié grâce à un suivi thermique des échantillons. Différentes séquences de cristallisation sont proposées pour expliquer la détérioration au cours des cycles. Ensuite une nouvelle manière de quantifier l'altération à long terme par le sel est proposée, tenant compte des propriétés hydromécaniques des roches. L'importance des microstructures sur l'altération (connectivité et tortuosité du réseau poreux, fractures intra- grains) est aussi déterminée par une étude par porosimétrie au mercure. Enfin, l'influence des conditions environnementales sur l'altération est aussi évaluée : l'évaporation et la température influencent tous les deux à la fois la localisation mais aussi l'amplitude des dégâts causés par le sel.

La vapeur d'eau varie largement dans l'atmosphère avec des concentrations allant de la saturation dans les tropiques à des zones presque sèches au-dessus des zones continentales élevées. Une bonne connaissance du contenu en vapeur d'eau dans l'air est nécessaire pour la prévision des changements de phases, notamment les précipitations. La mesure de la variabilité de la vapeur d'eau est une lacune des systèmes d'observation. Par ailleurs, il est apparu que le positionnement précis des antennes GPS était affecté par la variation de l'indice de réfraction dans la troposphère, ce qui rend particulièrement difficile l'estimation de la composante verticale. Cette variation est directement liée à la distribution des variables pression, température et humidité sur les trajets satellite-récepteur. On s'intéresse ici à l'étude des précipitations intenses et notamment aux épisodes Cévenols. Ce travail de thèse consiste à vérifier la validité de la mesure GPS pour la quantification de la vapeur d'eau en la comparant avec des mesures issues de radiosondage et des sorties de modèle météorologique. On cherche à analyser si la quantification de vapeur d'eau par GPS permet de caractériser les forts événements précipitants (cumuls supérieurs à 150 mm) à l'aide d'observations conjointes sur les flux de surface. On étudie ensuite l'impact de l'assimilation de données GPS issues d'un réseau GPS dense sur la prévision des cumuls de pluies dans le modèle à hauterésolution (2.5 km) AROME de Météo France. Finalement on évalue la qualité et l'apport de la mesure de vapeur d'eau par GPS en mer dans le cadre d'une campagne de mesure VAPIMED).

L'influence de la présence de liquide sur les propriétés sismiques des systèmes partiellement fondus, ici les chambres magmatiques des dorsales océaniques et les panaches mantelliques, est mal contrainte. Cette étude apporte de nouvelles observations sismologiques sur l'anisotropie sismique sous la Polynésie française et les Galápagos. Les mesures du déphasage des ondes SKS et l'analyse de la polarisation des ondes P en Polynésie française montrent la participation de deux contributions: asthénosphérique et lithosphérique. La présence de liquide dans le manteau supérieur sous l'archipel des Galápagos pourrait se traduire par une absence d'anisotropie au centre de l'archipel. Les mesures d'atténuation des ondes ScS multiples confirment l'existence d'une zone plus atténuée au niveau de la Polynésie française que dans le reste du Pacifique sud. En outre, des mesures d'atténuation ont été réalisées dans des gabbronorites partiellement fondues aux fréquences sismiques, entre 500 et 1200°C. Au-dessus de la température de fusion, l'atténuation augmente significativement avec une dépendance plus forte à la fréquence. Il est montré que le mécanisme d'atténuation associé à l'écoulement localisé de liquide pourrait se superposer à un mécanisme d'atténuation associé à une diffusion au niveau des joints de grains. D'autre part, de nouvelles mesures expérimentales de la viscosité de deux silicates basaltiques et d'un silicate andésitique ont été effectuées. Des lois expérimentales de fluage décrivant les variations de viscosité dans une large gamme de températures sont proposées, ainsi que les paramètres thermodynamiques des échantillons analysés.

DORIS est un système français d'orbitographie précise. Il a été l'un des éléments clés du succès de la mission franco-américaine d'altimétrie satellitaire Topex/Poseidon produisant une avancée significative dans le domaine encore rapidement évolutif de l'océanographie spatiale. Le but de ce document est de présenter les résultats obtenus en géodésie, en expliquant certains problèmes actuels d'estimation en réseau libre et en s'interrogeant sur les limitations actuelles de la précision. En particulier, l'utilisation du système DORIS pour la maintenance du système de référence terrestre (géocentre, échelle) est analysée. Certains exemples récents d'applications géophysiques sont aussi présentés (détection de mouvements co-sismiques). Finalement, nous nous interrogerons sur le rôle que peut jouer à l'avenir le système DORIS comme composante du nouveau système global d'observation géodésique (IGGOS) en tenant compte de la nouvelle dynamique issue de la création récente de l'International DORIS Service (IDS).