La tectonique des plaques repose sur le postulat que les plaques sont rigides et que l'essentiel des déformations se concentre sur leurs frontières, généralement étroites en domaine océanique. Plusieurs plaques océaniques semblent y déroger. La plaque Indo-Australienne montre par exemple une forte sismicité en dehors de ses frontières, qui traduit une déformation intraplaque intense. Les mécaniques au foyer expriment une déformation compressive dans la partie Est de la plaque, et une déformation extensive sur le flanc Est de la dorsale centrale Indienne et sur le flanc Nord de la dorsale Sud Est Indienne. L'inversion de données cinématiques, qui supposent des plaques rigides, abouti au concept de plaques composites composées d'éléments rigides séparés par des limites larges et diffuses. En utilisant l'exemple de la plaque Indo-Australienne, ce travail cherche à savoir comment se comporte la lithosphère océanique quand elle est soumise à des contraintes horizontales et le rôle joué par les structures préexistantes comme les plateaux sous-marins ou les zones de fracture fossiles sur la déformation. La première partie de ce travail s'est intéressée à la sismicité de faible magnitude détectée par un réseau temporaire de 3 hydrophones déployés dans l'océan Indien Austral. L'objectif était de mieux identifier et localiser les structures actives des zones déformées. En raison de la géométrie du réseau, ces données apportent peu d'informations nouvelles mais confirment le rôle des zones de fracture fossiles dans la déformation des domaines en extension. Par ailleurs, la découverte, sur des zones de fracture actives des dorsales Est Pacifique et Juan de Fuca, de précurseurs sismiques nous a incités à en rechercher sur nos données. Un précurseur sismique est défini comme un événement se produisant dans un rayon de 100 km autour d'un événement majeur, quelques heures à quelques jours avant celui-ci. L'analyse d'une sélection d'évènements détectés par le réseau permanent du traité international de non-prolifération nucléaire (OTICE), dont la localisation est très précise, n'a pas permis de reconnaître de tels précurseurs. En revanche, notre réseau temporaire détecte de nombreux évènements qui pourraient y être assimilés, si leur localisation, basée sur seulement 3 hydrophones, pouvait être améliorée. La combinaison des données de ces 2 réseaux serait nécessaire pour progresser sur ces deux questions. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à la modélisation de la déformation de la plaque Indo-Australienne, afin notamment de préciser le rôle de structures préexistantes, reliefs ou zones de fracture fossiles remobilisées, comme en atteste la sismicité. Pour aborder cette question, nous avons testé deux outils " ADELI " (Hassani et al., 1997) et " SHELLS " (Bird, 1989; Bird et Kong, 1994; Kong et Bird, 1995; Bird, 1999). Le second code numérique s'est avéré le plus adapté. Ce modèle décompose les plaques en éléments finis triangulaires sur la sphère, tient compte de l'âge de la lithosphère considérée, et peut prendre en compte des zones de faiblesse (zones de fracture) et des reliefs. A partir de conditions aux limites en vitesse et d'hypothèses sur la rhéologie de la lithosphère, le modèle calcule l'état des contraintes et des déformations de la plaque considérée. La plaque Indo-Australienne présentant des zones déformées disjointes, nous avons d'abord modélisé chacune d'elles séparément : la zone en extension, entre les plaques Inde et Capricorne est découpée par un réseau de zones de fracture oblique par rapport à l'orientation générale Nord-Sud de la dorsale Centrale Indienne et comprend le relief des Chagos ; la zone en extension entre les plaques Capricorne et Australie est découpée par un réseau de zones de fracture perpendiculaires à l'orientation générale Ouest-Nord-Ouest Est-Sud-Est de la dorsale Sud-Est Indienne et comprend le plateau océanique de Saint-Paul et Amsterdam ; enfin, la zone en compression entre les plaques Inde, Capricorne et Australie, est caractérisée par une lithosphère ancienne découpées par des zones de fracture Nord-Sud dans les bassins de Wharton et Indien Central et la ride du 90ème Est. Les conditions aux limites de ces modèles sont issues d'une approche cinématique de plaque rigide. Pour intégrer les limites de plaques diffuses sur les bords des maillages, nous avons utilisé la notion de bord libre, cela nous a permis de reproduire les déformations dans ces trois régions sans imposer de limites particulières entre les plaques. Enfin, nous avons réuni les trois maillages afin de modéliser la plaque Indo-Australienne dans son ensemble. Les modélisations effectuées ont mis en évidence l'importance des structures préexistantes comme le banc des Chagos qui concentre la déformation au niveau de la limite diffuse entre les plaques Inde et Capricorne où des séismes de magnitude 8 se sont produits. Les zones de fracture jouent par leur réactivation un rôle essentiel, notamment à l'Est de la ride du 90ème Est, où elles provoquent des comportements différents entre le bassin Indien Central où la déformation est marquée essentiellement par de la compression dans une direction Nord-Sud et le bassin de Wharton, où du décrochement sénestre se manifeste en plus de la compression. Nos modèles prédisent des taux d'extension et de raccourcissement proches d'études précédentes avec un éloignement de l'Inde par rapport à la plaque Capricorne d'environ 2 mm/an dans une direction Nord-Sud, et un raccourcissement de l'ordre de 11,5 mm/an entre l'Australie et l'Inde dans une direction Nord-Ouest Sud-Est. Au premier ordre, le concept de plaque composite semble valide pour la plaque Indo-Australienne, cependant la répartition des zones diffuses s'avère plus complexe que prévue.

Pendant les 20 dernières années, notre connaissance de la déformation de la Terre a été complètement bouleversée par l'introduction de deux techniques de Géodésie spatiale. D'une part, ce que l'on appelle positionnement satellitaire ('point positioning') pas seulement à partir du système GPS (Global Positioning System) mais également à partir du système DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated from Space). D'autre part, ont été développées des techniques d'imagerie satellitaire de corrélation d'images et d'interférométrie SAR (Synthetic Aperture Radar) ainsi que les méthodes de mesures de décalages sur des images panchromatiques à haute résolution spatiale. Ces nouvelles techniques, complémentaires de techniques plus classiques, ont permis une série d'avancées scientifiques notamment la confirmation et l'amélioration de la théorie de la tectonique de plaques, la cartographie fine de déplacements sismiques et asismiques, la cartographie de la distribution de la déformation en marges de plaques, l'amélioration de la compréhension des phénomènes de relaxation post sismiques, la détection de séismes lents et 'silencieux', la détection de signaux précurseurs de séismes ou d'éruptions volcaniques. Actuellement des nombreuses questions clés restent ouvertes. Notamment : - l'importance relative de la déformation accommodée sismiquement en bords de plaques par rapport à la déformation totale et à la contrainte tectonique ; - la contribution des séismes à la déformation par rapport au déplacement asismique sur les discontinuités (failles) ; - la possibilité de proposer des modèles pour les précurseurs des séismes et leur pertinence. Le but de la présente Thèse de Doctorat, est d'étudier le potentiel, les limitations et la complémentarité des données issues de l'Observation de la Terre pour prendre en compte et essayer de répondre à certains aspects des questions exposées ci-dessus. Nous avons concentré notre travail sur un nombre limité de zones telles que Bam (Iran), Parkfield (USA), et le Longmen Shan (China). Les travaux présentés se basent sur le Radar à Synthèse d'Ouverture (RSO), les techniques de corrélation d'image radar d'amplitude ainsi que les images panchromatiques à haute résolution du type SPOT-5 ou Quickbird. Dans notre recherche, nous avons essayé de développer des approches techniques originales (comme la corrélation d'images aériennes et Quickbird), nous avons étudié en particulier la modélisation et la suppression de la composante topographique (non désirée) des correlogrammes issus de l'imagerie optiques et radar et nous nous sommes également concentrés sur la contribution de la ionosphère au signal radar interférométrique en bande L. Pour résumer, notre travail s'est focalisé sur deux axes ; d'une part, on s'intéresse aux approches techniques originales; de l'autre, nous concentrons nos efforts de recherche sur la compréhension des processus néotectoniques, notamment le champ de déplacement cosismique, la répartition de la déformation pendant la phase intersismique et cosismique du cycle sismique sur failles majeures en bord de plaques (p. e. la faille de San Andreas) ou intra plaque (p. e. le Longmen Shan). Je suis inscrit à l'Ecole Doctorale de l'Université Pierre et Marie Curie de Paris depuis janvier 2009, mais je considère ce manuscrit de Thèse comme le résultat d'un chemin de travail qui a commencé bien avant. Dans ce manuscrit, je vous présente une synthèse des principaux résultats des recherches que j'ai menées depuis 2003. Chaque chapitre de ce manuscrit représente une étude dédiée et ciblée. Chaque étude a fait l'objet d'une publication scientifique ou a été présentée lors d'un congrès international.

Dans le domaine de la sismologie, la modélisation numérique de la propagation des ondes est un outil essentiel pour, par exemple, la quantification du risque sismique ou l'imagerie du sous-sol par inversion de données sismiques. Ces applications géophysiques nécessitent le développement de méthodes numériques sophistiquées de modélisation des ondes dans des milieux de propagation 3D hétérogènes. Parmi les approches possibles,les méthodes directes fondées sur la représentation du milieu sur des grilles numériques permettent la prise en compte de toute la complexité du champ d'onde dans des milieux fortement hétérogènes. Dans ce contexte, la représentation optimale du milieu de propagation et du champ d'onde propagé sur des grilles numériques irrégulières est actuellement. un axe de recherche fortement développé car elle permet d'atteindre le meilleur compromis entre la précision et la rapidité d'exécution des simulations dans des grilles numériques de taille considérable. Dans cette thèse, je propose une nouvelle méthode de modélisation de la propagation des ondes acoustiques par différences finies dans le domaine des fréquences . Le problème numérique associé est la résolution d'un système matriciel. L'approche développée propose une discrétisation spatiale optimisée de l'équation d'onde rendant possible des modélisations en 3D. Premièrement, je compare des modélisations acoustiques en milieu hétérogène calculées avec des schémas aux différences finies en quinconce et. des schémas optimisés, discrétisés suivant deux systèmes d'axe tournés de 45 degrés (schémas tournés). Pour des modélisations 2D, la seconde approche montre des performances supérieures en terme de temps calcul et de stockage mémoire. J 'en conclus que la discrétisation suivant des grilles tournées doit être utilisée pour des simulations 2D. Dans le cas 3D, les schémas utilisant les deux types de discrétisation contiennent 19 coefficients dans le cas des grilles en quinconce et 27 coefficients dans le cas des schémas tournés. Je suggère que les performances, en termes de précision numérique et de stockage mémoire, des deux types de discrétisation doivent être examinées dans le futur. Deuxièmement, je propose une approche mixte multi-échelles combinant une méthode directe et itérative de résolution du système matriciel qui permet d'effectuer des modélisations réalistes dans des milieux 3D. Dans un premier temps, le champ d'onde exact est calculée via la factorisation LU de la matrice sur une grille de résolution grossière. Deuxièmement, ce champ d'onde approché est interpolé sur une grille numérique de résolution fine pour être injecté comme estimé initial dans l'algorithme de résolution itérative. J 'ai exploré deux approches multi-échelles fondées respectivement sur une" nested iteration ", appellée méthode "Direct-Iterative-Space Solver" (DISS), et une décomposition multigrilles en ondelettes, appellée méthode" Direct-lterative- Wavelet Solver" (DIWS) . Les performances respectives, en termes de temps-CPU et de stockage mémoire, de ces deux méthodes de modélisation des ondes en milieu 2D et 3D sont comparées. L'algorithme de la méthode DISS permet la construction rapide du système matriciel. La convergence de l'algorithme itératif dépend fortement de sa capacité à éliminer des artefacts numériques associés à des phénomènes déphasage. L'importance de ces artefacts dépend fortement de la précision de la solution initiale et de la discrétisation numérique du champ modélisé dans l'algorithme itératif. Un nombre important d'itérations ou l'utilisation de cycles en V et W sont nécessaires pour supprimer ces phénomènes. Dans la méthode DIWS, une représentation multirésolution du système matriciel est développée par projection sur une base d'ondelettes. Malgré le coût induit pour transformer le système dans le domaine spectral, la représentation multirésolution a fourni un outil numérique de préconditonnement permettant de stabiliser et d'accélérer significativement l'algorithme itératif. L'accélération de la convergence est attribuée à la représentation du système sur plusieurs grilles numériques de résolution différente dont les interactions sont prises en compte au cours des itérations. Par ailleurs, la formulation en ondelettes ouvre des perspectives d'optimisation sous forme d'adaptation spatial du maillage en fonction des propriétés locales du milieu et du champ propagé. Plusieurs exemples de simulation d'ondes dans des milieux 2D et 3D de complexité variable sont présentés pour illustrer les performances respectives des méthodes DISS et DIWS. La taille des applications 3D présentées a été limitée par l'utilisation de programmes séquentiels. Finalement, des stratégies de parallélisation en mémoire distribuéedes codes sont proposées.

La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.

Le présent travail de thèse aborde la question du couplage entre fluides et déformation en milieu sous-marin, un sujet d'importance dans le domaine des risques, naturels (séismes, glissements de terrain) ou industriels (stabilité des plateformes de forage en mer, par exemple). Trois études de cas sont présentées : les deux premières concernent la Mer de Marmara, en Turquie, une zone fortement exposée au risque sismique, du fait de la proximité de la Faille Nord-Anatolienne ; la troisième concerne une zone pétrolifère offshore, sur la pente continentale du delta profond du Niger. La première étude de cas en Mer de Marmara porte sur l'activité micro-sismique qui caractérise l'escarpement ouest du Bassin de Tekirdag. Notre étude montre que la déformation contribue à maintenir des perméabilités élevées associées au réseau de failles sous l'escarpement, ce qui permet aux fluides de remonter des réservoirs gaziers du Bassin de Thrace jusqu'à la surface. La deuxième étude de cas porte sur des micro-évènements enregistrés par les sismographes de fond de mer, non sismiques, de courtes durées (200 à 600 msec), et caractérisés par des fréquences comprises entre 10 et 30 Hz. Notre étude montre que ces micro-évènements sont liés à des expulsions de gaz. Les OBS fournissent donc des informations inattendues pour l'étude des processus de dégazage naturel en fond de mer. La troisième étude de cas, sur la pente continentale du Nigeria, démontre que la combinaison de piézomètres et d'OBS voisins en fond de mer permet de suivre l'évolution des phases d'accumulation et de vidange de gaz dans les sédiments superficiels. La détection et la surveillance des phénomènes de dégazage naturel en fond de mer est d'une importance qui pourrait s'avérer critique dans les zones d'exploitation pétrolière en domaine offshore. D'une manière générale, ce travail plaide pour la nécessité : i) de disposer de plusieurs réseaux d'observatoires sous-marins câblés en Mer de Marmara et d'un modèle de vitesse-3D rendant compte du fort gradient de vitesses sismiques dans les couches superficielles (la structure de vitesses du domaine sous-marin étant radicalement différente de celle du domaine émergé, la combinaison des données sismologiques à terre et en mer s'avère très difficile); ii) de développer des approches de surveillance multi-paramètres. Pour chaque paramètre, il est nécessaire de connaître la variabilité naturelle "normale", de manière à détecter les variations anormales. La recherche sur les processus physiques et le développement algorithmique doivent être conduits de front.

Ce rapport résume les recherches que j'ai entreprises depuis la fin de mon doctorat de thèse à l'automne 2001. Le travail présenté a été fait dans le cadre de divers projets et en collaboration avec de nombreux chercheurs : l'Imperial College London, Royaume-Uni (2001–2004) ; Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM), France (2004–présent) ; le Centre de recherches pour le génie parasismique (Earthquake Engineering Research Centre) à l'Université d'Islande (2009– 2010). En outre, ce rapport énumère les activités d'enseignement, de supervision et de conseils dans lesquels j'ai été impliqué depuis 2001. Ma recherche s'est principalement focalisée sur la prédiction de mouvements fort du sol à des fins d'ingénierie, soit pour des projets de conception ou de rénovation, soit pour l'évaluation de l'aléa et du risque sismique. La plupart de mes études portent sur l'estimation des mouvements sismiques empiriques par le biais des équations de prédiction de mouvements du sol (GMPEs, aussi appelées modèles de mouvements du sol ou relations d'atténuation). Cette recherche met l'accent sur : l'amélioration des prévisions des mouvements du sol médians et de la variabilité associée ; la quantification, la compréhension et potentiellement la réduction de la variabilité ; l'évaluation et la modélisation de la dépendance régionale des mouvements du sol ; et la confrontation de simulations et d'estimations empiriques. Mes recherches montrent que, bien que des progrès significatifs ont été accomplis au cours des deux dernières décennies dans l'amélioration de la précision des estimations de mouvements du sol médians pour un scénario donné, l'incertitude épistémique reste élevée et cela doit être pris en compte aussi bien dans l'évaluation de l'aléa que du risque sismique. En outre, toutes les méthodes permettant de réduire les écarts-types de GMPEs proposées jusqu'à présent, même si elles semblaient prometteuses, se sont révélées largement inefficaces. Mes études ont démontré que les mouvements sismique du sol peuvent varier considérablement selon les séismes ou les sites d'étude. Cela aussi doit être pris en compte lors de l'évaluation de l'aléa et du risque sismique. Toute tentative de réduire les incertitudes épistémiques et de dériver les GMPEs avec des écartstypes plus faibles sont tributaires d'une part de l'augmentation de la densité des réseaux de mouvements forts ; et d'autre part et peut-être de manière plus importante encore, de l'amélioration de la precision des métadonnées associées aux enregistrements de mouvements forts. Une telle base de données ainsi améliorée devrait conduire à une meilleure compréhension des phénomènes physiques et, de ce fait, à des résultats empiriques concernant l'effet de source, de trajet et de site sur les mouvements sismiques.

Nous analysons en détail le traitement des données vibrosismiques du profil ECORS ALPI acquises et traitées en 1986 par C.G.G. Ce travail concerne tout particulièrement les deux bandes de réflecteurs à pendage est bien visibles sur la section sismique. Dans un premier temps, cette étude porte sur la déterminatîon et l'interprétation des corrections statiques et dynamiques. L'utilisation d'une migration partielle avant sommation nous a conduits à estimer le plus soigneusement possible le modèle de vitesse. Celui-ci, de même que celui déterminé par une autre méthode sous la zone altérée, ne font pas apparaître de zone à forte vitesse. Les réflecteurs du chevauchement pennique ne peuvent donc pas être associés à la présence de matériaux d'origine profonde. Nous présentons en fin de cette première partie une migration géométrique du pointé obtenu. Le manque de contraintes sur le modèle de vitesse et l'absence de réflexions près de la surface ne permettent pas de corréler sans ambiguïté les différentes bandes de réflecteurs avec les contacts majeurs visibles en surface. Dans un second temps, nous proposons différents traitements concernant le choix de la ligne moyenne (slalom line) et la position réelle des points de réflexion. Il ressort de cette étude que les événements pentés visibles sur les sections correspondent plus vraisemblablement à des diffractions sur des zones de chevauchement hétérogènes qu'à des rétlexions sur des plans inclinés. Nous présentons, pour conclure et à titre de comparaison, la migration du pointé de la section du profil ECORS PYRENEES, où apparaissent de nombreuses zones diffractantes dans la partie supérieure de la croûte ibérique et à l'aplomb de la faille nord pyrénéenne.

Ce travail vise à comprendre les relations qui existent entre, d'une part, les hétérogénéités lithologiques et structurales au sein d'un glissement argileux et, d'autre part, l'alimentation en eau des surfaces de glissement. Le site d'étude est le glissement d'Avignonet (Trièves, Alpes françaises), constitué d'argiles glaciolacustres würmiennes. Ce glissement, d'une surface d'environ 1.5 km², est situé à proximité immédiate de celui d'Harmalière qui a évolué en coulée boueuse en 1981. Plusieurs surfaces de glissement sont connues à des profondeurs variables (5, 10-15 et 40-50 m). Dans ces terrains saturés (en dehors de la frange superficielle), les vitesses moyennes de déplacement peuvent atteindre 0.15 m/an. Les observations géodésiques indiquent que, bien que situés dans des contextes géologique et météorologique identiques, les deux glissements ont des cinétiques différentes depuis les années 60 au moins. A l'aide d'outils géophysiques (bruit de fond, tomographies sismiques et électriques, diagraphies) couplés à des données géotechniques (forages, essais de laboratoire, analyses d'échantillons), géodésiques et météorologiques, il est possible de mettre en évidence une activité variable à différentes échelles au sein du glissement. À l'échelle régionale, le contexte morphologique conditionne la cinématique du mouvement de terrain. Les hétérogénéités lithologiques, au sein de la séquence argileuse, induisent un comportement hydrogéologique variable et, conséquemment, une cinétique différentielle en surface. Finalement, les hétérogénéités structurales, telles que les fissures dans une zone intensément déformée, servent de chemin d'infiltration préférentielle et permettent d'apporter rapidement de l'eau jusqu'à la nappe superficielle et aux surfaces de glissement à 10 m de profondeur.

L'imagerie électrique (ou tomographie électrique) est la reconnaissance multidimensionnelle des propriétés électriques intrinsèques du milieu étudié. En géophysique, cette technique permet de traduire des données acquises en surface ou en sub-surface en une image interprétable en termes géologiques. L'imagerie électrique est fréquemment employée dans différents domaines (hydrogéologie, génie civil, environnement, archéologie) avec une approche bi-dimensionnelle (2D). En supposant l'objet bi-dimensionnel, cette approche 2D est loin de décrire correctement l'objet imagé, puisque dans la nature la plupart des structures géologiques sont en tri-dimensionnelles (3D). Dans ces conditions, puisque les données contiennent les informations concernant la présence d'éventuelles structures 3D, une alternative à l'imagerie électrique 2D pour extraire le maximum d'informations aux données est d'utiliser une approche 3D. Pour un milieu à géométrie complexe, par exemple en milieu volcanique, une approche 3D est indispensable. La première partie des travaux de cette thèse est consacrée à un développement méthodologique d'un outil de modélisation (direct et inverse) 3D pour interpréter des données électriques collectées avec une distribution quelconque de quadripôles de type Schlumberger. Généralement une procédure d'interprétation en géophysique consiste à résoudre deux problèmes : le problème direct (calcul direct) et le problème inverse. Dans cette étude, notre code d'interprétation utilise un programme qui consiste à résoudre le problème direct via la méthode des dfférences finies. Pour la partie minimisation nous avons utilisé une variante de la méthode de plus grande pente qui permet de déterminer une solution du problème inverse sans calculer la matrice sensibilité. Cet outil d'interprétation 3D est testé et validé avec des données synthétiques et appliqué à des données réelles collectées à grande échelle (km) sur la plaine de Djibouti. Les modèles de résistivité ainsi obtenus sont interprétés en termes hydrogéologiques et mettent en évidence des unités conductrices, probablement des réservoirs d'eau saumâtre isolés par une structure résistante NO-SE. L'autre partie de ce manuscrit traite d'une application à plus petite échelle réalisée sur un Site Expérimental Hydrologique (SEH) développé dans le cadre du projet Mawari, situé sur la plaine de Djibouti ville. Une imagerie électrique de haute résolution a été conduite sur ce site pour comprendre le fonctionnement de la nappe de Djibouti ville et l'origine de la nappe d'eau saumâtre qui l'envahit. Les données collectées sur ce site expérimental ont été interprétées selon une approche 2D et 3D avec des programmes d'inversion commerciaux (Res2dinv et Res3dinv). Les résultats obtenus mettent en évidence la présence d'un petit bassin orienté SO-NE dont la géométrie est contrôlée par une faille SO-NE en proche surface. Les modèles de résistivité obtenus ont également mis en évidence une unité conductrice en profondeur que nous avons associée à l'aquifère d'eau saumâtre. Cette nappe d'eau saumâtre est très localisée sur le SEH et son réservoir est essentiellement constitué par une unité de scories très poreuse.

Les inversions conjointes sont maintenant communément utilisées en Sciences de la Terre. Elles ont été développées afin d'améliorer notre connaissance et compréhension de la structure interne de la Terre puisqu'elles apportent de plus en plus de contraintes sur les paramètres inversés. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : (1) Les fonctions récepteur P afin d'obtenir les variations de profondeur du Moho, (2) les délais de temps d'arrivées P des téléséismes pour retrouver les anomalies de vitesse dans la croûte et le manteau supérieur, (3) les anomalies gravimétriques qui donnent accès aux variations de densité à l'échelle lithosphérique. Dans le schéma d'inversion proposé, nous inversons d'abord les fonctions récepteur. Les variations de profondeur du Moho qui en résultent sont alors interpolées puis incorporées comme information a priori dans le processus d'inversion conjointe gravimétrie - tomographie télésismique. Que ce soit pour les fonctions récepteur ou pour la partie conjointe, notre méthode d'inversion se base sur un algorithme de recherche afin de trouver la structure qui minimise l'écart aux trois types de données. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous utilisons un modèle 3-D constitué de noeuds de vitesse afin de modéliser les délais de temps. Ces noeuds de vitesse sont liés aux noeuds de densité grâce à une relation linéaire entre vitesse et densité. Cette relation peut évoluer avec la profondeur de manière à simuler les effets dus aux variations de pression. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre nouvelle méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion, notamment en ce qui concerne la faculté de discerner les variations d'interfaces des anomalies volumiques. Nous avons ensuite appliqué la méthode dans une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie (en vitesse et densité) crustale (croûte inférieure) qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine (compositionnelle et/ou thermique) sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées (paramétriques, VP =VS, ...).