L'étude de la plasticité des minéraux du manteau terrestre sous pression joue un rôle majeur dans la compréhension et la modélisation des grands processus actifs à l'intérieur de la Terre tels que la convection mantellique. Cependant, les propriétés des minéraux du manteau sont toujours, à ce jour, mal connues. L'objectif de ce travail est d'étudier la rhéologie de la partie inférieure du manteau supérieur et de la zone de transition, à travers l'étude des propriétés mécaniques de la forsterite (Mg2SiO4) et de ses deux polymorphes de haute pression (wadsleyite et ringwoodite). En effet, ces phases sont les constituants principaux des zones étudiées et on peut considérer, en première approximation, qu'elles contrôlent les propriétés du manteau.<br /> Des échantillons de forsterite frittés et de wadsleyite et de ringwoodite synthétisés sous pression ont été déformés dans les conditions de pression du manteau et à 1300-1400°C. L'influence de la transformation de phase forsterite-wadsleyite sur la rhéologie a également été étudiée. Les expériences de déformation en cisaillement ont été menées dans la presse multi-enclumes de type « Kawai ». Quelques expériences complémentaires sur la forsterite ont été menées dans la nouvelle presse Deformation-DIA. Certaines ont été réalisées sur synchrotron afin de mesurer contraintes et déformations in situ. Les microstructures des échantillons obtenus ont été caractérisées par Microscopie Electronique en Transmission et leurs textures ont été déterminées à l'aide de la technique de diffraction des électrons rétrodiffusés. <br /> En ce qui concerne la forsterite, nous avons mis en évidence un important changement de système de glissement induit par la pression. A haute pression et température, la déformation de la forsterite est dominée par le glissement [001](hk0) alors que le glissement [100] a largement été observé à basse pression et haute température dans les travaux antérieurs.<br /> La plasticité de la wadsleyite et de la ringwoodite a été étudiée principalement aux travers des textures. La méthode de simulation ViscoPlastic Self Consistent a été utilisée pour faire le lien entre les textures et les mécanismes de déformation supposés pour ces deux phases. Les grandes caractéristiques des textures de la wadsleyite sont l'alignement des axes [100] avec la direction de cisaillement alors que les axes [001] sont normaux au plan de cisaillement. Pour la ringwoodite, aucune texture fiable ne peut être proposée. <br /> Enfin, les textures produites par la déformation plastique des trois polymorphes peuvent être proposées comme étant à l'origine de l'anisotropie sismique du manteau supérieur et de la zone de transition. Le changement de système de glissement dominant de la forsterite permet d'expliquer la faible anisotropie sismique observée dans la partie inférieure du manteau supérieur et la texture de la wadsleyite indique un écoulement horizontal dominant dans la partie supérieure de la zone de transition.

Les deux séismes que nous avons choisis d'étudier se sont tous les deux produits sur des failles cachées et ignorées. Nous avons utilisé toutes les données disponibles pour préciser la localisation et la géométrie des failles ayant joué lors des deux séismes. Le séisme de Tottori s'est produit sur une faille en décrochement, le glissement est superficiel mais aucune trace claire n'a été observée en surface. Tous les modèles inversés montrent un glissement au sommet de la faille contredisant ainsi les observations en surface. Nous avons testé plusieurs modèles enterrés (compatibles avec les observations en surface) à différentes profondeurs. Les résultats montrent que lorsque le glissement est autorisé à se produire près de la surface, l'accord aux données est sensiblement amélioré. Ces tests confirment que le glissement s'est produit proche de la surface. La projection des répliques sur le plan de faille montre que la distribution du glissement sur la faille est contrôlée par une variation des propriétés de le faille avec la profondeur. La rupture lors de ce séisme semble s'arrêter à l'intersection avec un segment de faille perpendiculaire. Le même phénomène est observé pendant le séisme de Boumerdes. La localisation précise de la faille lors de cet événement est possible grâce aux données GPS. La position de faille proposée explique bien les observations. La distribution du glissement sur la faille après inversion en deux étapes, montre que la rupture est bilatérale avec deux zones de large glissement. Le calcul de la variation de contraintes de Coulomb, montre un chargement de la partie NW de la faille de Thénia, supposée jouer un rôle dans l'arrêt de la rupture.

MAGNETO-CONVECTION DANS UNE SPHERE EN ROTATION RAPIDE: APPROCHES NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA CONVECTION DANS LES NOYAUX PLANETAIRES Nous avons tout d'abord eudie la convection deloppee en rotation rapide sans champ magneique. En nous appuyant sur un code numerique Quasi-Gestrophique, nous avons derive des lois d'echelles mettant en valeur l'importance des non-linearites thermique, quel que soit le nombre de Prandtl. L'ecart au seuil d'instabilit et le mode de Rossby critique semblent definir la taille et l'intensite des tourbillons convectifs. Ces resultats numeriques sont en bon accord avec nos observations experimentales, en gallium et en eau, des fluctuations de temperature et des profils de vitesses. Cependant d'etranges comportements (d'intenses jets zonaux) sont observes en eau a grand forcage. L'etude de la magneto-convection developpee a ete menee apres transformation de l'experience et du code numerique. En accord avec de precedents resultats asymptotiques, l'etude numerique distingue les modes de Rossby modifies (champ faible) des modes magnetiques (champ fort). L'etude experimentale, appuyee par les resultats numeriques, montre une stabilisation de la convection developpee et une modification de la geometrie des cellules en champ faible. Cette inhibition semble en grande partie la consequence de l'evolution du seuil d'instabilite avec le champ impose. L'etude numerique de la destabilisation de la convection en presence d'un champ fort amene a une conclusion similaire. Les lois d'echelles derivees precedemment sans champ magnetique semblent alors rester valable en presence d'un champ impose.

Ce travail est consacré à l'étude de la source sismique en utilisant des données de champ proche. Selon la quantité et la qualité des données disponibles, nous avons appliqué différentes méthodes pour caractériser la rupture sismique. Nous avons, tout d'abord, validé des méthodes macrosismiques sur des séismes français récents. Ces données permettent d'estimer la localisation et la taille des séismes historiques et sont utilisées pour caractériser les séismes à prendre en compte lors de l'évaluation de l'aléa dans des régions à sismicité modérée. Les données géodésiques (SAR, GPS) nous ont permis d'estimer la distribution du glissement sur la faille lors du séisme californien de Landers (1992). Ces données nous ont permis de préciser la localisation et la géométrie des failles ayant joué lors des principaux événements de la séquence sismique italienne de Colfiorito (1997). Enfin les données de mouvement fort nous ont permis d'estimer le pendage de la faille ayant rompu lors du séisme indien de Chamoli (1999). Nous avons utilisé des données de mouvement fort pour contraindre le développement de la rupture lors du séisme mexicain de Oaxaca (1999). Les données de mouvement fort ont été utilisées en association avec des données géodésiques pour remonter au développement temporel de la rupture lors du séisme de Landers et de la séquence sismique de Colfiorito. En ce qui concerne le séisme de Landers, la qualité et la complémentarité des données nous ont permis d'obtenir un véritable film du glissement. La rupture est hétérogène. On note la présence de zones où le glissement est plus important qu'ailleurs. Ces zones sont séparées par des régions qui correspondent aux zones de relais entre les segments de faille où le glissement est moindre et où la vitesse de rupture diminue.

Ce mémoire concerne le développement de méthodes de traitement, de mise en relation et d'interprétation de données des Sciences de la Terre. Partant du constat que, de par leur nature complexe (non-stationnarité, multi-échelles), les signaux géophysiques-géologiques gagneraient beaucoup à être étudiés à l'aide de méthodes non-stationnaires, nous proposons d'utiliser des méthodes d'analyse basées sur le formalisme mathématique de la transformation en ondelettes continues. Présentées et illustrées sur des exemples synthétiques et naturels, les propriétés d'analyse locale et multi-échelles des ondelettes ouvrent de nombreuses perspectives, inaccessibles avec les méthodes classiques du traitement du signal. En particulier, les techniques développées à une ou deux dimensions visent à éclater toute l'information dans une représentation « espace-échelle », propice à dévoiler la dynamique complexe, la nature multi-échelles et/ou les interactions au sein du système étudié. Ne nécessitant aucune hypothèse sur la nature des signaux, ces techniques sont polyvalentes et permettent de reconnaître les processus agissant sur divers systèmes. L'analyse en ondelette a été appliquée à l'étude de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre. La ré-inspection des enregistrements magnétiques du site Ocean Drilling Program 983, caractérisés par des composantes significatives à des fréquences correspondant aux paramètre orbitaux de la Terre, a permis d'opter pour une origine lithologique (climatique) plutôt que pour l'expression de la géodynamo elle-même. On confirme ainsi la représentativité de l'enregistrement de la paléointensité et sa possibilité à être corrélé avec d'autres enregistrements mondiaux. Dans le cadre de la surveillance sismique, nous avons développé un algorithme de pointé automatique de phases sismiques. Utilisées comme des filtres passe-bande naturellement bien localisés en temps et en fréquence, nous avons montré que les ondelettes permettent de détecter, de distinguer et de pointer les séismes proches et lointains, en rejetant les pointés incertains et le bruit. Sur les bases de développements méthodologiques liés à l'étude bi-dimensionnelle des champs de galaxies et des champs de fractures, nous avons développé une nouvelle méthode qui, appliquée aux organisations minérales de sections de granite, a permis de détecter et de quantifier en termes de taille, de forme, d'orientation et de distribution spatiale, les différents niveaux d'organisation minérale. A partir de cette approche, on peut étudier le comportement complexe d'un magma –milieu biphasé solide liquide- qui cristallise tout en se déformant, et ainsi, mieux cerner l'histoire dynamique des massifs granitiques. Appliquée à la distribution spatiale de la séquence de répliques du séisme d'Arudy de 1980 (M=5.1, Pyrénées Orientales), la méthodologie précédente a permis d'identifier des plans potentiels de rupture. La combinaison de ces résultats avec les mécanismes au foyer disponibles et avec les marqueurs géologiques et géomorphologiques a conduit à proposer et valider un modèle tectonique local sous la forme d'une terminaison en queue de cheval d'orientation E-W. Les perspectives ouvertes par ce mémoire laissent présager d'un champ énorme de développement d'outils et de réflexions nouvelles. Même si les problèmes abordés dans cette thèse ont concerné exclusivement des données mono-dimensionnelles et des données binaires (noir et blanc) bi-dimensionnelles, la voie est ouverte pour étendre les méthodologies précédentes à des données bidimensionnelles non-binaires (couleur) et tri-dimensionnelles.

La chaîne du Zagros située sur la marge septentrionale de la plaque Arabie, est l'une des plus jeunes chaînes de collision continentale. Elle a été structurée par la collision de la plaque Arabie avec le microcontinent d'Iran central. Une expérience sismologique, appelée « Zagros 2000-2001 », a été réalisée dans le cadre d'une collaboration entre le LGIT et l'IIEES pour étudier la structure lithosphérique sous cette chaîne de collision et une partie du bloc d'Iran Central. Le jeu de données de cette expérience nous a permis de caractériser la structure de la croûte et du manteau lithosphérique sous le réseau de stations. Les variations de l'épaisseur de croûte ont été mises en évidence par analyse en fonctions récepteur. Elles sont caractérisées par un sur-épaississement maximum de 20 km sur une largeur d'environ 100 km immédiatement au nord-est du MZT (« Main Zagros Thrust »). Une épaisseur moyenne de croûte de 45 km a été trouvée sous le Zagros et de 40 km sous l'Iran Central. Nous avons ensuite proposé un modèle de croûte, contraint par la géométrie du Moho tirée de l'analyse en fonctions récepteur, qui est aussi compatible avec les données gravimétriques. Le sur-épaississement est interprété comme lié à un redoublement crustal avec chevauchement de la croûte d'Iran central sur celle du Zagros le long du MZT. L'inversion de plus de 5000 temps d'arrivée P télésismiques nous a permis de caractériser la structure du manteau supérieur jusqu'à 350 km de profondeur. Les résultats de cette inversion montrent un manteau supérieur rapide sous le Zagros et lent sous l'Iran central. Ceci peut être lié à une délamination du manteau lithosphérique sous l'Iran central. La présence d'un manteau lent et léger sous l'Iran central peut expliquer la haute altitude moyenne du plateau iranien. L'analyse de la biréfringence des ondes S télésismiques montre une différence majeure entre la lithosphère du Zagros et celle de l'Iran Central en terme d'anisotropie sismique. Cette analyse met en évidence l'absence de biréfringence des ondes S télésismiques sous le Zagros par opposition à certaines régions d'Iran Central. D'autre part, aucun lien n'est observé entre la direction de l'axe rapide de la biréfringence observée en Iran central et le déplacement actuel relatif ou absolu des plaques. La biréfringence observée doit donc avoir son origine dans une anisotropie gelée dans la lithosphère du bloc d'Iran central liée à un épisode tectonique plus ancien que la collision continentale entre les deux plaques.

L'eau est presente dans le manteau terrestre. Elle peut avoir des effets importants sur la plupart des processus qui s'y deroulent. La distribution a grande echelle de l'eau (sous forme d'ions hydrogene) est approchee a l'aide de modeles numeriques. La prise en compte de la convection mantellique montre que la diffusion de l'eau vers les zones de forte solubilite en eau (la zone de transition) n'est pas assez rapide pour empecher le melange convectif. On predit donc la presence d'une phase fluide dans le manteau inferieur ou la solubilite de l'eau dissoute est tres faible. La phase fluide percole vers le haut sous les effets de la poussee d'Archimede et permet l'accumulation d'eau au sommet du manteau inferieur a la verticale des zones de subduction en depit du mouvement convectif descendant. Contrairement a la diffusion de l'eau dissoute dans les mineraux, la percolation d'une phase fluide semble etre un moyen possible de concentrer de l'eau dans le manteau terrestre. Ce reservoir serait localise au niveau de la frontiere entre la zone de transition et le manteau inferieur (Changement de phase spinelle-postspinelle) au voisinage des zones de subduction.

L'objectif que nous avons essayé d'atteindre dans le cadre de cette thèse est l 'évaluation de l'aléa sismique au Maroc par l'application de différentes étapes. La première partie de ce travail consiste en l'élaboration d'un fichier informatisé (chapitre 1) de la sismicité de la région comprise entre 21°N-38°N et O°W-20°W à partir du début de ce siècle. Un peu plus de quatre mille six cent événements ont été recensés faisant l objet d'une révision complète, 34% des événements ont été relocalisés. Nous avons effectué un nouveau dépouillement des archivés au D.P.G., ce qui nous a permis de traçer une cartes macrosismiques des séismes largement ressentis. Nous avons essayé d'utiliser ce fichier pour calculer l'aléa sismique à l'aide du programme de calcul EQRISK développé par McGuire (première partie: chapitre 2). Les résultats obtenus sont donnés sous forme de cartes des valeurs d'intensités susceptibles d'être ressenties pour les deux valeurs de probabilité annuelle: 0.01 et 0.005. Dans le premier chapitre de la deuxième partie de cette tIhèse, nous avons procédé à une révision complète des données macrosismiques et instrumentales du séisme d'Agadir, ce qui nous a permis de dresser une nouvelle carte macrosismique et de mieux préciser le mécanisme au foyer. Une étude de l'effet de site a été effectuée pour mettre en évidence l'influence des couches sédimentaires, sous la ville d'Agadir, sur les constructions pendant le tremblement de terre. Au dernier chapitre, de la deuxième partie, une étude sismotectonique détaillée a été réalisée dans la province d'Al Hoceima dans le cadre de l'Action Inteqrée 359/80. Cette région est l'une des plus sismiques au Maroc, de nombreuses secousses y sont ressenties chaque année . Une compagne de microsismicité a été effectuée à proximité de l'accident de Nekor. Un réseau, composé de 16 stations sismiques portables et de 9 stations numériques à 3 composantes télécommandées, a été installé pour une durée de cinq semaines . L'objectif de cette expérience était de localiser précisément la sismicité, de calculer des mécanismes à la source, d'entreprendre une étude du mouvement du sol en réponse à une sollicitation sismique ..

La sismicité d'une zone de collision continentale au SW Iran est analysée à partir de données microséismiques. Celles-ci ont été recueillies par 30 stations qui ont fonctionné en novembre et décembre 1997, dans la région de Ghir au Sud-Ouest de l'Iran. 416 microséismes ont été localisés et 79 solutions focales calculées. La région étudiée est située dans la Chaîne Plissé Simple du Zagros, une zone de collision continentale entre la plaque Arabie au SW et le bloc Iran Central au NE. La structure de la croûte et la profondeur du Moho dans cette partie du Zagros ont été déterminées en utilisant la méthode inversion 1-D et la méthode fonction de transfert respectivement. La microsismicité observée dans cette région est superficielle (0-25 km), et elle est située dans le socle métamorphique précambrien. Cette sismicité montre plusieurs alignements parallèles aux axes des plis, orientés NW-SE avec un pendage fort vers SW et une séparation de 15-20 km entre eux. Il n'y a aucune trace de faille en surface associée à cette sismicité. Cette microsismicité est donc associée à des failles cachées situées dans le socle en dessous de la couverture sédimentaire d'une épaisseur de 10-12 km. L'analyse des mécanismes au foyer montre deux caractéristiques différentes, des mécanismes en coulissage (dextre sur un plan oriente NW-SE), et des mécanismes en chevauchement. La particularité de nos mécanismes par rapport aux CMT et aux mécanismes modélisés qui ne présentent que des mécanismes inverses, est la présence du coulissage dans cette partie du Zagros. La géodésie de cette zone est étudiée à partir de données géodésiques (GPS) de deux campagnes successives en 1997 et 2000. Le résultat montre un raccourcissement d'environ 1- 1,5 cm/an sur la largeur totale du Zagros d'une direction N-NE à peu près parallèle à la direction de mouvement de la plaque Arabie par rapport de l'Eurasie.

Aki et al. (1977) ont les premiers présenté une image tridimensionnelle des anomalies de vitesses sous un réseau de stations locales (NORSAR), en utilisant des téléséismes (séismes situés à plus de trente degrés de distance) épicentrale. Dans ce travail , nous nous proposons d' étendre cette méthode à l'utilisation simultanée des stations locales et télésismiques, puis, dans une deuxiéme étape, d'inverser simultanément les paramétres des foyers sismiques et la structure en vitesse au voisinage de la zone focale . Nous avons pu disposer de données, obtenues dans le Pacifique sud-ouest (Nouvelles Hébrides). Ces observations sont constituées par les temps d'arrivée des ondes P de séismes superficiels enregistrés par un réseau combiné de 17 stations terrestres et marines. Durant une période de trois semaines, une centaine de micro-tremblements de terre ont été localisés par le réseau; 43 sont retenus pour l'inversion de leur temps d'arrivée (252 observations), aux stations du réseau. Le problème physique étant posé, nous l'avons abordé, dans un premier temps, en utilisant les algorithmes classiques de minimisation par moindres carrés des écarts aux données (ici les résidus des ondes P) . Les outils statistiques, permettant le contrôle de la qualité de la solution "douce" ainsi obtenue, posent des problèmes de base dans notre cas . En effet, selon le choix de paramètres discrets (parallélipipèdes ), nous sommes conduits à résoudre, avec les memes données, soit un système sur-déterminé (moins d'inconnues que de paramètres), soit un système sous-déterminé. On passe alors d'un système à solution unique (jamais atteinte), à un système qui admet de nombreuses solutions : i) Comment particulariser la solution lisse obtenue? ii) Que signifie une minimisation par moindres carrés lorsqu'il existe plusieurs solutions ? De telles remarques pourraient condamner ces processus d' inversion elles rendent seulement leur interprétation délicate. Nous présentons ensuite les difficultés liées aux choix de la discrétisation et à l'utilisation de contraintes statistiques sur notre problème physique. Ainsi apparaIt la nécessité d'obtenir des critères objectifs pour "choisir" une solution (les critères statistiques montrant leurs limites). Les solutions obtenues par les deux techniques, tant pour les paramètres des épicentres que pour la structure en vitesse, étonnent par leur très bonne correspondance dans le sens (signe ) des variations (solutions ) obtenues. Sur un exemple, le calcul des valeurs minimum et maximum possibles de quelques paramètres permet d'exprimer clairement la qualité de l 'information contenue dans les données. Fort de ces renseignements et vu les corrélations exprimées précédemment, les solutions particulières obtenues présentent un acquis appréciable et fournissent une base de réflexion pour l 'interprétation géophysique et géologique de ce modèle . Deux applications sont présentées: la premlère étudie la structure au-dessus d'une plaque plongeante dans la partie centrale de l'arc des Nouvelles Hébrides. La deuxième utilise les enregistrements des répliques du séisme d'Arudy(1980) (Pyrénées ) . Les deux cas traités montrent une très faible dépendance des perturbations des paramètres des hypocentres vis-à-vis des anomalies de vitesse. Dans l'exemple d'Arudy, le résultat majeur reste une anomalie de vitesse négative (zone lente), associée à la zone sismique. Dans le cas de la structure du domaine "océanique" etudié aux Nouvelles Hébrides, l'une des difficultés de l'interprétation réside dans la détermination de la zone de contact entre les deux plaques. Un des résultats les plus intéressants est obtenu entre 20 et 35 km de profondeur, où une couche épaisse de vitesse 7. 2 km/s environ est nettement visible sous chaque île (Malikolo, Efate). Cette couche n'est pas mise en évidence dans le domaine intra-îles. Une telle structure peut refléter une ancienne subduction (opposé à la subduction actuelle) et caractériser aussi un modèle de fluage pour la subduction actuelle (absence de gros séismes dans cette région ) .