La mer de Marmara est la clef de voûte d’un système hydrique complexe entre la Méditerranée la mer Noire où l’équilibre des courants a souvent été rompu, lorsque le niveau global des océans passait sous celui des détroits. L’alternance de sédiments lacustres et marins témoigne de ces variations. La mer de Marmara est aussi une structure tectonique active traversée par la branche nord de la faille Nord-Anatolienne. Cette faille décrochante continentale, l’une des plus longues du monde, est régulièrement à l’origine de forts tremblements de terre. Les études scientifiques sont nombreuses à vouloir caractériser le fonctionnement actuel et passé de la faille pour préciser l’aléa sismique auquel Istanbul est exposé. Cette thèse est constituée de deux études qui s’attaquent à cette question.La première est une étude de la géométrie de la croûte basée sur l’analyse d’un modèle 3D construit par inversion de données gravimétriques corrigées de l’influence des bassins sédimentaires. Le modèle permet de quantifier le rôle des contraintes extensives et révèle le rôle de flux ductiles dans l’amincissement de la croûte inférieur étalé au-delà des limites des bassins. La deuxième étude visait à confirmer les modèles d’âges proposés actuellement en mer de Marmara par l’étude direct des sédiments à l’origine des premiers réflecteurs sismiques interprétés. Les méthodes employées vont de la géophysique à la caractérisation paléo-environnementale des dépôts en passant par le paléomagnétisme et la téphrochronologie. Les résultats ont permis de dater précisément le premier réflecteur ainsi que d’en comprendre l’origine. L’âge que nous proposons est plus jeune que ceux déterminés jusqu’alors. / The Marmara Sea is the keystone of a complex hydrological system between the Mediterranean and the Black Sea. There, the balance between inputs and outputs has been disturbed during glacial periods when the global ocean level dropped below the sill depths, isolating the Marmara Sea. The alternation of marine and lacustrine sediments reflects these variations. The Sea of Marmara is also an active tectonic structure cut by the North-Anatolian fault northern branch. The ruptures of this continental dextral transform fault, one of the longest in the world, are regularly causing massive earthquakes. Many scientific studies are aiming at characterizing the fault structure and its functioning in the hope of being able to foresee the next earthquake close to Istanbul. This thesis presents two studies tackling this subject.The first one presents an interpretation of the crust geometry based on the analysis of a 3D crustal model built from the inversion of gravity data corrected from the influence of sedimentary basins. From the model, we quantify the role of extension in the basin opening and show the existence of ductile flows, in the lower crust, that spread the thinning away from the basins. The second study purpose was to confirm or reverse the sedimentary age models available in the Marmara Sea through the direct study of the sediments constituting the first main reflector interpreted in the models. We used a broad range of methods to build a new age model for one core such as geophysics, paleo-magnetism, tephrochronology and a paleo-environmental characterization. The results give a date for the first main reflector that is younger than the one assessed by previous studies.

Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M~8) ont rompu ce système de failles: le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150x150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de Tianzhu. Avec une approche dite en Small Baseline, nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascendantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de déformation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mouvement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5mm/an. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de Tianzhu sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm/an. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asismique sur une période de 20~ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi-échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes.

Ce travail présente les résultats de l'analyse tectonique des deux décrochements dextres majeurs de la chaîne du Zagros formée lors de la collision des plaques Arabie/Eurasie au Néogène. La Main Recent Fault (MRF), marquant la limite nord-occidentale du Zagros, accommode une partie de l'obliquité de la convergence Arabie/Eurasie. Dans le Zagros central, la faille de Kazerun (KF), faille de socle de direction NS, recoupe entièrement la largeur de la chaîne. Elle est associée à des failles décrochantes, dont la faille de Karehbas, qui définissent un éventail ouvert vers le SE et pointant vers la terminaison SE de la MRF.<br />L'étude structurale et cinématique de ces failles permet de documenter une ré-organisation des structures et de la déformation dans le Zagros au cours du Néogène. Entre 9 et 5 Ma, la déformation transpressive distribuée à l'arrière de la chaîne a cessé au moment de la mise en place de la MRF impliquant le partitionnement de la convergence. Vers 3 Ma, la terminaison SE de la MRF s'est connectée à la terminaison nord de la KF. Par l'intermédiaire des failles du Zagros central formant le système en éventail, le déplacement de la MRF se voit dès lors distribué vers l'est sur les plis et les chevauchements du Zagros oriental. A l'échelle du Zagros, ces failles peuvent donc être perçues comme formant la terminaison en queue de cheval de la MRF.<br />L'analyse de marqueurs géomorphologiques datés (datation 36Cl, datation U/Th) et décalés par ces failles permet de déterminer le taux de déplacement horizontal le long des décrochements sur les derniers 140 ka. Il est de 6 ± 1 mm/an pour la MRF. Il varie du nord au sud de la KF de 4 mm/an à presque 0 mm/an. Il est de 6 ± 1.5 mm/an pour la faille de Karebhas. Ces vitesses, au regard des données GPS disponibles, permettent de conclure à un partitionnement total de l'obliquité de la convergence le long de la MRF, et à un transfert progressif du mouvement de la MRF du NW vers le SE sur les terminaisons courbées et chevauchantes des trois zones de failles de la KF et des failles associées. <br />L'activation de ce système de failles dextres est liée à la ré-organisation de la collision Arabie-Eurasie, à 5 ± 2 Ma. L'hypothèse d'un détachement du panneau lithosphérique Arabique subduit sous le Zagros et l'Iran central est considéré comme une cause de la mise en place du partitionnement.

Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M~8) ont rompu ce système de failles: le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150x150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de Tianzhu. Avec une approche dite en Small Baseline, nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascendantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de déformation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mouvement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5mm/an. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de Tianzhu sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm/an. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asismique sur une période de 20~ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi-échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes. / The Haiyuan fault system is a major left-lateral fault system bounding the tibetan plateau to the north-east. Two M~8 earthquakes ruptured that fault system in the past hundred years: the 1920, Haiyuan earthquake and the 1927, Gulang earthquake. Here, we use Synthetic Aperture Radar interferometry to explore the spatial and temporal variations of the interseismic deformation across the Haiyuan fault, over a broad (150x150 km2) area covering the 1920 rupture zone and the millennial Tianzhu seismic gap. Using a small baseline approach, we process five SAR images time series acquired by the Envisat satellite along descending and ascending orbits, spanning the 2003-2009 period. The resulting mean Line-Of-Sight velocity maps are, in overall, consistent with left-lateral motion across the fault and reveal lateral variations of the velocity gradient in the near fault zone. We invert these mean LOS velocity maps for the short-term loading rate on the fault plane at depth and for the shallow slip distribution along the seismogenic part of the fault. The short-term loading rate is about 5 mm/yr. The shallow sections of the fault, that ruptured in 1920 and the most part of the Tianzhu seismic gap are currently locked. In between, a 35 km-long section, that experiences a strong micro-seismic activity, is creeping at a mean horizontal rate of almost 5 mm/yr. However, the shallow creep rate varies along the fault strike and locally reaches values higher than the deep loading rate. This suggests temporal fluctuations of the observed aseismic slip. The comparison of InSAR-derived averaged profiles of the fault parallel velocity, spanning the 1993-1998 (ERS data) and 2003-2009 periods, suggests an upward migration of the creep over the 20 years-long observation period. A time series analysis on the Envisat dataset using a temporal smoothing reveals a creep rate increase during the year 2007. This rate increase follows and may have been triggered by a M4.7 earthquake that occurred on the creeping patch. We finally investigate the relationship between the spatio-temporal evolution of the surface creep and the roughness of the surface fault trace with a multiscale analysis. We show the control of the elastic properties of the brittle crust on the fault roughness, that in turn exerts a direct control on the surface aseismic slip distribution. The aseismic slip is made of locally interacting bursts that follow a scaling law similar to the Gutenberg-Richter law for earthquakes.

Dans cette thèse, sont présentées la façon dont est accommodé le mouvement relatif entre les blocs Inde et Sonde à l'actuel ainsi que l'évolution de la déformation de la Zone de Cisaillement Est Indienne depuis le cénozoïque.<br />J'ai utilisé une approche pluridisciplinaire, basée sur la combinaison de la géodésie spatiale et de la géologie structurale, pour répondre à ces questions. Le GPS (Global Positioning System) permet de quantifier les déplacements relatifs des plaques ainsi que les mouvements intra-continentaux instantanés. La cartographie de failles à partir d'images satellitaires et les données structurales de terrain permettent d'identifier les structures tectoniques sur lesquelles ces déplacements ont été accommodés au cours du temps, ainsi que le type de déformation qui leur est associé.<br />J'ai pu contraindre le pôle de rotation entre les plaques Inde et Sonde. Leur mouvement relatif à la frontière n'est pas accommodé sur une seule faille isolée, mais sur plusieurs structures discrètes affectant une bande large d'environ 500 km, correspondant géographiquement à la Birmanie. La faille de Sagaing, intersismiquement bloquée, n'accommode que 18 mm/an en décrochement dextre. La partie restante de la déformation est sans doute prise dans le prisme indo-birman, aussi bien en décrochement qu'en chevauchement.<br />Au nord, le système partitionné birman se connecte à la Syntaxe Est Himalayenne. La transition entre ces deux systèmes est assurée, au Yunnan Occidental (Chine), par la rotation de microblocs le long de failles sénestres NE-SW, depuis le pliocène.<br />Auparavant, entre l'éocène et le miocène, la zone de cisaillement Shan Scarp - Gaoligong Shan constituait la limite majeure dextre entre l'Inde et l'Indochine tandis que les massifs de l'Ailao / Diangcan Shan et de la Chong Shan étaient cisaillés en sénestre, autorisant un déplacement du bloc Indochinois vers le SE.

Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M∼8) ont rompu ce système de failles : le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150×150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de "Tianzhu". Avec une approche dite en "Small Baseline", nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascen- dantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de dé- formation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mou- vement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5 mm.an−1. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de "Tianzhu" sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm.an−1. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asis- mique sur une période de 20 ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi- échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes.