La Belgique et les régions voisines sont situées loin des limites des plaques tectoniques, pourtant, l'activité sismique y démontre l'existence de phénomènes géodynamiques récents. Le séisme historique le plus important (magnitude 6 ¼) au nord des Alpes s'est produit le 18 septembre 1692 dans le nord de l'Ardenne et a été fortement destructeur dans la région de Verviers, provoquant des dégâts légers jusqu'à Londres. L'étude de l'activité sismique en Ardenne et l'identification de failles actives en lien avec la tectonique active régionale est donc primordiale pour la caractérisation du cadre séismotectonique et donc de l'évaluation de l'aléa sismique de la région. L'activité sismique depuis 1985, date de l'installation du réseau sismique moderne en Belgique, a été étudiée en matière de localisation relative des séismes et de caractérisation de leur distribution spatiale en relation avec les mécanismes au foyer. Cette étude a été effectuée après adaptation, comparaison et évaluation de la qualité des différents algorithmes de relocalisation disponibles. Une structuration de l'Ardenne a été mise en évidence en étudiant la relation entre la distribution géographique et la profondeur d'occurrence des séismes. Différents alignements des foyers sismiques et le lien avec une structure plane ont été déterminés, par exemple dans la région de Charleroi, sous les Hautes-Fagnes ou dans la région de Manderfeld. La corrélation entre les structures de la croûte sous l'Ardenne mises en évidence par les grandes études géophysiques dans les années 70-80 et la distribution géographique des séismes illustrent le rôle important joué par la Zone Faillée de Hockai, qui limite l'Ardenne en terme de propriétés rhéologiques déduites de la profondeur des foyers sismiques. Nous montrons aussi la faiblesse de l'hypothèse affirmant que la Faille du Midi accommode la déformation actuelle dans nos régions. De même, la corrélation entre les anomalies magnétiques et gravimétriques de la croûte sous l'Ardenne a été étudiée qualitativement. Les causes et conséquences du soulèvement Cénozoïque ont été critiquées objectivement. Cette première partie permet de dessiner un cadre séismotectonique bien défini en Ardenne. L'identification de failles actives sur le terrain en Ardenne est compliquée par le faible taux de déformation qu'elle subi. Les grands tremblements de terre sont peu fréquents et leur trace éventuelle à la surface est rapidement effacée par l'érosion et l'altération. La Zone Faillée de Hockai (ZFH), siège supposé du séisme de 1692, a été étudiée par des méthodes de prospections géophysiques le long d'un profil de 6 km sur la Crête de la Vecquée. Différentes structures ont pu être mises en évidence, certaines en lien avec la stratigraphie et d'autres avec des structures faillées orientées dans une direction similaire à celles connues pour la ZFH. Ce premier profil d'envergure donne des arguments importants pour la recherche de failles actives en lien avec la ZFH au niveau de la Crête de la Vecquée et leur lien potentiel avec la séquence de séismes de 1989-1990.

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 géophysique procure une vision d'ensemble du sous-sol sous forme de cartes et de coupes et apporte des informations précieuses sur la géologie et l'organisation du sous-sol. Bureau d'étude spécialise dans les diagnostics de sols et la recherche d'objets enterrés, Geoscope, partenaire de la thèse CIFRE, désire développer sa thématique géophysique appliquée aux sites et sols pollués. L'objectif est de localiser, de limiter et caractériser les zones polluées aux hydrocarbures. L'étude porte sur l'impact des pollutions hydrocarbonées sur la réponse géoélectrique, et plus spécifiquement sur la réponse en polarisation provoquée spectrale. Les mécanismes de polarisation, qui peuvent être modifiés par la présence d'hydrocarbures, interviennent sur des gammes de fréquences caractéristiques. La polarisation provoquée spectrale, qui mesure la réponse d'un milieu dans le domaine fréquentiel, apporte des informations plus précises que les autres méthodes géoélectriques qui fonctionnent dans le domaine temporel. Les effets de la présence d'hydrocarbures sont étudiés à différentes échelles : (i) à l'échelle du laboratoire, sur des milieux synthétiques afin d'appréhender les mécanismes de réponse (ii) à l'échelle de deux sites pollués afin de confronter les modèles développés en, laboratoire aux données réelles, d'apprécier les limites des méthodes et d'adapter les protocoles utilisés.

Suite aux lancements successifs de satellites pour l'observation de la Terre dotés de capteur SAR (Synthetic Aperture Radar), la masse de données SAR disponible est considérable. Dans ce contexte, la fusion des mesures de déplacement issues de l'imagerie SAR est prometteuse à la fois dans la communauté de la télédétection et dans le domaine géophysique. Dans cette optique, cette thèse propose d'élargir les approches conventionnelles en combinant les techniques de traitement des images SAR, les méthodes de fusion d'informations et la connaissance géophysique. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif d'étudier plusieurs stratégies de fusion, l'inversion jointe, la pré-fusion et la post-fusion, afin de réduire l'incertitude associée d'une part à l'estimation du déplacement en 3 dimensions (3D) à la surface de la Terre, d'autre part à la modélisation physique qui décrit la source en profondeur du déplacement observé en surface. Nous évaluons les avantages et les inconvénients de chacune des stratégies en ce qui concerne la réduction de l'incertitude et la robustesse vis à vis du bruit. Dans un second temps, nous visons à prendre en compte les incertitudes épistémiques, en plus des incertitudes aléatoires, présentes dans les mesures et proposons les approches classiques et floues basées sur la théorie des probabilités et la théorie des possibilités pour modéliser ces incertitudes. Nous analysons et mettons en évidence l'efficacité de chaque approche dans le cadre de chaque stratégie de fusion. La première application consiste à estimer les champs du déplacement 3D à la surface de la Terre dus au séisme du Cachemire en octobre 2005 et à l'éruption du Piton de la Fournaise en janvier 2004 sur l'île de la Réunion. La deuxième application porte sur la modélisation de la rupture de la faille en profondeur liée au séisme du Cachemire. Les principales avancées sont évaluées d'un point de vue méthodologique en traitement de l'information et d'un point de vue géophysique. Au niveau méthodologique, afin de lever les principales difficultées rencontrées pour l'application de l'interférométrie différentielle à la mesure du déplacement induit par le séisme du Cachemire, une stratégie de multi-échelles basée sur l'information a priori en utilisant les fréquences locales de phase interférométrique est adoptée avec succès. En ce qui concerne la gestion de l'incertitude, les incertitudes aléatoires et épistémiques sont analysées et identifiées dans les mesures du déplacement. La théorie des probabilités et la théorie des possibilités sont utilisées afin de modéliser et de gérer les propagations des incertitudes au cours de la fusion. En outre, les comparaisons entre les distributions de possibilité enrichissent les comparaisons faites simplement entre les valeurs et indiquent la pertinence des distributions de possibilité dans le contexte étudié. Par ailleurs, la pré-fusion et la post-fusion, 2 stratégies de fusion différentes de la stratégie d'inversion jointe couramment utilisée, sont proposées afin de réduire autant que possible les incertitudes hétérogènes présentes en pratique dans les mesures et pour contourner les principales limitations de la stratégie d'inversion jointe. Les bons cadres d'application de chaque approche de la gestion de l'incertitude sont mis en évidence dans le contexte de ces stratégies de fusion. Au niveau géophysique, l'application de l'interférométrie différentielle à l'étude du séisme du Cachemire est réalisée pour la première fois et compléte les études antérieures basées sur les mesures issues de la corrélation des images SAR et optiques, les mesures télésismiques et les mesures de terrain. L'interférométrie différentielle apporte une information précise sur le déplacement en champ lointain par rapport à la position de la faille. Ceci permet d'une part de réduire les incertitudes associées aux mesures de déplacement en surface et aux paramètres du modèle, et d'autre part de détecter les déplacements post-sismiques qui existent potentiellement dans les mesures cosismiques qui couvrent la période de mouvement post-sismique. Par ailleurs, la prise en compte de l'incertitude épistémique et la proposition de l'approche floue pour gérer ce type d'incertitude, fournissent une vision différente de l'incertitude de mesure connue par la plupart des géophysiciens et complétent la connaissance de l'incertitude aléatoire et l'application de la théorie des probabilités dans ce domaine. En particulier, la gestion de l'incertitude par la théorie des possibilités permet de contourner le problème de sous-estimation d'incertitude par la théorie des probabilités. Enfin, la comparaison du déplacement mesuré par les images SAR avec le déplacement mesuré par les images optiques et le déplacement issu des mesures sur le terrain révèle toute la difficulté d'interpréter différentes sources de données plus ou moins compatibles entre elles. Les outils développés dans le cadre de cette thèse sont intégrés dans le package MDIFF (Methods of Displacement Information Fuzzy Fusion) dans l'ensemble des "EFIDIR Tools" distribués sous licence GPL.

Les mouvements de terrain affectant les matériaux argileux évoluent parfois en coulées et posent des problématiques importantes en termes de protection des populations et des infrastructures. Ce travail de thèse s’intéresse à rechercher de possibles précurseurs géophysiques à la transition solide-fluide qui caractérise ces matériaux argileux, et à comprendre les mécanismes en jeu lors de cette transition. Dans un premier temps, des expériences rhéométriques en laboratoire réalisées sur cinq argiles provenant de glissements-coulées permettent d’apporter plusieurs informations sur le comportement de ces matériaux : 1) l’écart en teneur en eau d’une argile par rapport à sa limite d’Atterberg de liquidité contrôle la contrainte à laquelle le matériau se fluidifie. 2) la fluidification des échantillons testés est accompagnée d’une chute du module de cisaillement élastique (et donc de la vitesse des ondes de cisaillement). 3) cette fluidification n’est pas accompagnée par une variation de la résistivité électrique.Dans un second temps, l’exploitation de données provenant d’un système de surveillance (données sismiques, électriques, météorologiques et géodésiques) installé sur le glissement-coulée du Pont-Bourquin (Suisse) montre que : 1) la cinématique du glissement est corrélée à court terme (quelques jours) à la pluviométrie du site; 2) la rigidité du matériau mesurée par les paramètres sismiques est influencée à court terme (quelques jours) par la pluviométrie et à plus long terme (une centaine de jours) par la température; 3) la résistivité électrique apparente mesurée à partir d’un système d’électrodes placées sur les rives stables du glissement est très sensible à des variations de résistivité électrique en surface et met difficilement en évidence de possibles variations de résistivité en profondeur. / Landslides affecting clay materials sometimes evolve in quick earthflows that can constitute serious threats for populations and infrastructures. This thesis focuses on the search of possible geophysical precursors for the solid-fluid transition that characterizes these clay materials, and also on the understanding of the processes involved in this transition. Firstly, laboratory rheometrical experiments carried out on clays samples coming from five flow-like landslides yield the following results: 1) the water content deviation from the Atterberg liquid limit controls the stress at which the sample fluidizes; 2) sample fluidization is accompanied by a drop in the elastic shear modulus (hence, in the shear wave velocity); 3) fluidization is not accompanied by a change in electrical resistivity.Secondly, processing of data coming from a surveillance system (seismic, electric, geodesic and meteorological data) on the Pont-Bourquin landslide in Switzerland shows that: 1) landslide kinematics is correlated at short term (a few days) with rainfall; 2) material stiffness measured by seismic parameters is influenced at short term (a few days) by rainfall and at longer term (a hundred days) by temperature; 3) apparent electrical resistivity measured with a system of electrodes located on the stables banks of the landslide is very sensitive to changes at the surface and hardly exhibits possible changes at depth.

L'inversion de forme d'onde complète (FWI) est un processus non-linéaire et mal posé d’ajustement de données, dans notre cas, issues d’acquisitions simiques. Cette technique cherche à reconstruire, à partir d’un modèle initial obtenu à faible nombre d’onde (faible résolution), des paramètres constitutifs contrôlant la propagation des ondes à grands nombres d’ondes (forte résolution). Durant ce processus itératif, certains artéfacts peuvent altérer la qualité du modèle reconstruit. Afin de diminuer ces artéfacts et d’assurer une reconstruction des paramètres qui soit cohérente d’un point de vue géologique, différentes techniques de pré-conditionnement ou de régularisation peuvent être proposées.Cette thèse se focalise sur le potentiel de nouveaux filtres multi-dimensionnels construits dans l’espace des nombres d’ondes et orientés suivant les structures géologiques. Une stratégie de pré-conditionnement a été mise au point à l’aide de ces filtres et a été appliquée avec succès à la problématique FWI. La formulation analytique 1D de l’opérateur inverse de covariance laplacienne (Tarantola, 2005) constitue la base de la formulation d’opérateurs de dimension supérieure qui sont validés ici en les comparants avec l’opérateur analytique de covariance laplacienne 1D. Nous avons utilisé cette fonction analytique inverse 1D comme la base de filtrage de dimension supérieure, via l’addition de multiples fonctions inverses orientées orthogonalement. Ces fonctions laplaciennes inverses additionnelles (AIL) sont obtenues pour des configurations 2D et 3D après discrétisation par des techniques de différences finies. Nous montrons que l’on peut calculer un filtre en nombre d’onde de manière rapide et robuste en résolvant le système linéaire associé à ces opérateurs inverses. Lorsque des pentes sont inclues à l’étape de discrétisation par différences finies, il est alors possible d’utiliser ces opérateurs comme des filtres en nombre d’ondes orientés vers les structures géologiques, ceci avec une grande efficacité.Ce filtre (AIL) montre des propriétés rapides de convergence et des performances indépendantes du vecteur à filtrer. Nous montrons notamment comment ce filtre peut être utilisé comme un opérateur utile pour le gradient associé à la FWI. Le pré-conditionnement du gradient peut atténuer les effets du problème mal-posé qui vont s’étendre dans l’espace des modèles. Deux exemples synthétiques (Valhall et Marmousi) calculés dans l’espace des fréquences sont proposés dans cette thèse. Le pré-conditionnement AIL s’avère efficace pour atténuer d’une part la signature mal-posée provenant de la présence de bruit ambient dans les données observées et d’autre part d’artéfacts liés aux effets de repliement spatial liés aux conditions d’imagerie par FWI. La possibilité d’inclure des pentes permet de filtrer de manière préférentielle en considérant des pendages géologiques. Cette stratégie de filtrage permet l’atténuation d’artéfacts, tout en préservant le contenu en nombre d’ondes de la stratigraphie orthogonale au pendage.Un cas réel d’inversion 2D FWI est finalement abordé permettant tout d’abord d’illustrer la sensibilité des résultats d’inversion au modèle initial. Celui-ci est d’importance majeure, particulièrement dans les régions profondes dépassant la pénétration maximale des ondes transmises. L’application de la technique FWI à cette acquisition sismique a permis d’améliorer de manière significative la cohérence sur une image migrée par renversement du temps (RTM). Nous montrons également que le pré-conditionneur AIL permet une décroissance significative du nombre de tirs requis à modéliser dans la boucle d’inversion, sans pour autant dégrader le contenu en nombre d’onde des structures géologiques principales dans les résultats finaux obtenus après inversion. / Full waveform inversion (FWI) is a non-linear, ill-posed, local data fitting technique. FWI looks to moves from an initial, low-wavenumber representation of the earth parameters to a broadband representation. During this iterative process a number of undesirable artifacts can map into our model parameter reconstruction. To mitigate these artifacts and to ensure a geologically consistent model parameter reconstruction, various preconditioning and/or regularization strategies have been proposed.This thesis details the construction of new, efficient, multi-dimensional, structurally-orientated wavenumber filters. A preconditioning strategy has been devised using these filters that we have successfully applied to FWI. The 1D analytical inverse Laplacian covariance operator (Tarantola, 2005) forms the basis of higher dimensional operators and is initially validated by comparing to the 1D analytical Laplacian covariance operator. We use this analytical 1D inverse function as the basis for higher dimensional filtering via the addition of multiple, orthogonally orientated inverse functions. These additive inverse laplacian functions (AIL) are shown in 2D and 3D configurations and are discretized using finite-difference techniques. We show that one can calculate, a rapid and robust wavenumber filter, by solving the linear system associated with these inverse operators. When dip is included at the finite difference discretization stage, it is possible to use these operators as highly efficient, structurally orientated wavenumber filters.The AIL filter is shown to be rapid to converge and its performance is independent of the vector to be filtered. We show, that the filter can be a useful preconditioning operator for the FWI gradient. Preconditioning the gradient can mitigate against ill-posed effects mapping into the model-space. Two synthetic (Valhall and Marmousi) frequency domain FWI example are shown in this thesis. The AIL preconditioner has success at mitigating the ill-posed imprint coming from ambient noise in the observed data and also artifacts from spatial aliasing effects in the FWI imaging condition. The ability to include dip, allows one to preferentially filter along geological dip. This filtering strategy allows the mitigation of artifacts, while simultaneously preserving the stratigraphic based wavenumber content that is orthogonal to dip.A 2D, real data FWI case-study is also shown and we highlight the sensitivity of the inversion result to the initial model. The initial model is of key importance, this especially true in the areas deeper than the maximum penetration of transmitted waves. The application of FWI on this line is able to significantly improve gather alignment on a RTM, migrated image. We also see that the AIL preconditioner can allows us to significantly decrease the number of shot records we are required to model in our inversion workflow without degrading the key geological wavenumber content in the final inversion result.

Ce travail de thèse apporte des éléments méthodologiques pour l'interprétation rapide de données électromagnétiques transitoires (TEM) aéroportées. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au problème de l'inversion 1D qui est, à ce jour, un traitement standard. Nous nous sommes ensuite focalisés sur le problème de l'inversion 2D rapide. En nous basant sur les résultats de modélisations numériques, nous proposons un modèle empirique de sensibilité pour effectuer une inversion 2D rapide. Les tests effectués sur des données synthétiques et réelles s'avèrent très prometteurs. Ensuite, nous étudions analytiquement l'effet de la topographie. Pour un demi-espace homogène incliné, nous montrons que la direction des courants induits dans le sous-sol dépend de l'angle de l'interface air/sol. Nous proposons alors une méthode pour prendre en compte cet effet. Enfin, nous testons nos méthodes de traitement sur des données VTEM acquises dans le bassin de Franceville au Gabon. / This PhD work provides methodological tools for the fast interpretation of airborne transient electromagnetic data (ATEM). As our first step, we focused on the problem of 1D ground imaging, which is currently a standard treatment. Then, we focused on the fast 2D imaging problem. We proposed an empirical sensitivity function that allows fast 2D inversion. The results of the 2D empirical inversion when applied on both synthetic and real data sets are very promising. In the third part, we analyzed the effect of topography on the airborne EM data. For an inclined homogeneous half-space, we show that the direction of the ground induced current is parallel to the surface air/ground. Then, we proposed a method to take into account this effect. Finally, the tools developed during this PhD have been applied to a real VTEM data set acquired over the basin of Franceville, in Gabon.

Les trois dernières guerres ont laissé dans le sous-sol français des millions de tonnes de munitions non explosées (en anglais, unexploded ordnance ou UXO) qui constituent un risque pour l'homme et l'environnement. La géophysique et particulièrement les méthodes magnétiques offrent des solutions pour localiser et caractériser ces objets qui sont le plus souvent aimantés. Mon travail de thèse consiste d'abord à réaliser une synthèse bibliographique des méthodes de recherche d'UXO en détaillant en particulier la méthode magnétique. Le dispositif de cartographie magnétique multi-capteur conçu par I'EOST et utilisé pour la recherche d'UXO subit un certain nombre de défauts. Ainsi (i) la fabrication d'un nouveau numériseur, (ii) l'acquisition d'un nouveau système de géolocalisation plus complet et (iii) l'utilisation d'un capteur supplémentaire afin de corriger les variations temporelles du champ permettent d'améliorer la qualité de nos cartographies. De même la mesure à différentes altitudes nous permet de gérer au mieux le temps imparti et le niveau de détail que l'on souhaite obtenir. Selon l'approximation habituellement employée en méthodes potentielles, l'anomalie du champ magnétique est négligeable par rapport au champ magnétique régional. En parallèle du travail de terrain décrit précédemment, une étude plus poussée du dipôle m'a permis d'évaluer que cette approximation entraîne une erreur non négligeable pouvant atteindre 16% de l'anomalie. Cette différence se ressent aussi sur les résultats obtenus par inversion. J'ai pu de plus développer un algorithme utilisant la méthode d'Euler et réévaluer la méthode que l'on utilisait déjà auparavant, basée sur le signal analytique. Après comparaison des différentes méthodes d'inversion, cette dernière semble le mieux contraindre la cible. / Last three wars have left millions of tons of unexploded ordnance (UXO) in French subsoil. They put the population and the environment at risk. Geophysics and particularly the magnetic methods present some solutions to characterise and locate those generally magnetised objects. The multi-sensor magnetic cartography device designed at EOST has some faults. Consequently, (i) the production of a new digitizer, (ii) the acquisition of a new geo-spatial positioning system and (iii) the use of an extra sensor to correct the time-related variations of the magnetic field allow us to improve our cartography quality. Likewise, multi-altitude measurement allow us to optimise the time in relation to the wanted cartography definition. According to the approximation generally used in magnetism theory, the anomaly is insignificant compared to the regional magnetic field. At the same time as my previously described field work, a thorough study of the dipole theory, allowed me to evaluate that this approximation results in a non-negligible mistake reaching 16% of the anomaly. The inversion results are sensible to this mistake. Moreover, l've developed an algorithm based on Euler deconvolution and l've re-evaluated the method already used which is based on analytic signal. After I compared some of the inversion methods, the one based on the analytic signal seems to ascertain the better the object characteristics.

Suite aux lancements successifs de satellites pour l'observation de la Terre dotés de capteur SAR (Synthetic Aperture Radar), la masse de données SAR disponible est considérable. Dans ce contexte, la fusion des mesures de déplacement issues de l'imagerie SAR est prometteuse à la fois dans la communauté de la télédétection et dans le domaine géophysique. Dans cette optique, cette thèse propose d'élargir les approches conventionnelles en combinant les techniques de traitement des images SAR, les méthodes de fusion d'informations et la connaissance géophysique. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif d'étudier plusieurs stratégies de fusion, l'inversion jointe, la pré-fusion et la post-fusion, afin de réduire l'incertitude associée d'une part à l'estimation du déplacement en 3 dimensions (3D) à la surface de la Terre, d'autre part à la modélisation physique qui décrit la source en profondeur du déplacement observé en surface. Nous évaluons les avantages et les inconvénients de chacune des stratégies en ce qui concerne la réduction de l'incertitude et la robustesse vis à vis du bruit. Dans un second temps, nous visons à prendre en compte les incertitudes épistémiques, en plus des incertitudes aléatoires, présentes dans les mesures et proposons les approches classiques et floues basées sur la théorie des probabilités et la théorie des possibilités pour modéliser ces incertitudes. Nous analysons et mettons en évidence l'efficacité de chaque approche dans le cadre de chaque stratégie de fusion. La première application consiste à estimer les champs du déplacement 3D à la surface de la Terre dus au séisme du Cachemire en octobre 2005 et à l'éruption du Piton de la Fournaise en janvier 2004 sur l'île de la Réunion. La deuxième application porte sur la modélisation de la rupture de la faille en profondeur liée au séisme du Cachemire. Les principales avancées sont évaluées d'un point de vue méthodologique en traitement de l'information et d'un point de vue géophysique. Au niveau méthodologique, afin de lever les principales difficultées rencontrées pour l'application de l'interférométrie différentielle à la mesure du déplacement induit par le séisme du Cachemire, une stratégie de multi-échelles basée sur l'information a priori en utilisant les fréquences locales de phase interférométrique est adoptée avec succès. En ce qui concerne la gestion de l'incertitude, les incertitudes aléatoires et épistémiques sont analysées et identifiées dans les mesures du déplacement. La théorie des probabilités et la théorie des possibilités sont utilisées afin de modéliser et de gérer les propagations des incertitudes au cours de la fusion. En outre, les comparaisons entre les distributions de possibilité enrichissent les comparaisons faites simplement entre les valeurs et indiquent la pertinence des distributions de possibilité dans le contexte étudié. Par ailleurs, la pré-fusion et la post-fusion, 2 stratégies de fusion différentes de la stratégie d'inversion jointe couramment utilisée, sont proposées afin de réduire autant que possible les incertitudes hétérogènes présentes en pratique dans les mesures et pour contourner les principales limitations de la stratégie d'inversion jointe. Les bons cadres d'application de chaque approche de la gestion de l'incertitude sont mis en évidence dans le contexte de ces stratégies de fusion. Au niveau géophysique, l'application de l'interférométrie différentielle à l'étude du séisme du Cachemire est réalisée pour la première fois et compléte les études antérieures basées sur les mesures issues de la corrélation des images SAR et optiques, les mesures télésismiques et les mesures de terrain. L'interférométrie différentielle apporte une information précise sur le déplacement en champ lointain par rapport à la position de la faille. Ceci permet d'une part de réduire les incertitudes associées aux mesures de déplacement en surface et aux paramètres du modèle, et d'autre part de détecter les déplacements post-sismiques qui existent potentiellement dans les mesures cosismiques qui couvrent la période de mouvement post-sismique. Par ailleurs, la prise en compte de l'incertitude épistémique et la proposition de l'approche floue pour gérer ce type d'incertitude, fournissent une vision différente de l'incertitude de mesure connue par la plupart des géophysiciens et complétent la connaissance de l'incertitude aléatoire et l'application de la théorie des probabilités dans ce domaine. En particulier, la gestion de l'incertitude par la théorie des possibilités permet de contourner le problème de sous-estimation d'incertitude par la théorie des probabilités. Enfin, la comparaison du déplacement mesuré par les images SAR avec le déplacement mesuré par les images optiques et le déplacement issu des mesures sur le terrain révèle toute la difficulté d'interpréter différentes sources de données plus ou moins compatibles entre elles. Les outils développés dans le cadre de cette thèse sont intégrés dans le package MDIFF (Methods of Displacement Information Fuzzy Fusion) dans l'ensemble des "EFIDIR Tools" distribués sous licence GPL. / Following the successive launches of satellites for Earth observation with SAR (Synthetic Aperture Radar) sensor, the volume of available radar data is increasing considerably. In this context, fusion of displacement measurements from SAR imagery is promising both in the community of remote sensing and in geophysics. With this in mind, this Ph.D thesis proposes to extend conventional approaches by combining SAR image processing techniques, information fusion methods and the knowledge on geophysics. First, this Ph.D thesis aims to explore several fusion strategies, joint inversion, pre-fusion and post-fusion, to reduce the uncertainty associated on the one hand to the estimation of the 3-dimensional (3D) displacement at the Earth's surface, on the other hand to physical modeling that describes the source in depth of the displacement observed at the Earth's surface. We evaluate advantages and disadvantages of each fusion strategy in terms of reducing uncertainty and of robustness against noise. Second, we aim to take account of epistemic uncertainty, in addition to the random uncertainty present in the measurements and propose the conventional and fuzzy approaches based on probability theory and possibility theory respectively to model these uncertainties. We analyze and highlight the efficiency of each approach in context of each fusion strategy. The first application consists of estimating the 3D displacement fields at the Earth's surface due to the Kashmir earthquake in October 2005 and the eruption of Piton de la Fournaise in January 2004 on Reunion Island. The second application involves the modeling of the fault rupture in depth related to the Kashmir earthquake. The main achievements and contributions are evaluated from a methodological point of view in information processing and from a geophysical point of view. In the methodological view, in order to address the major difficulties encountered in the application of differential interferometry for measuring the displacement induced by the Kashmir earthquake, a multi-scale strategy based on prior information issued from a deformation model using local frequencies of interferometric phase is adopted successfully. Regarding the measurement uncertainty management, both random and epistemic uncertainties are analyzed and identified in the displacement measurements. The conventional approach and a fuzzy approach based on respectively probability theory and possibility theory are proposed to model uncertainties and manage the uncertainty propagation in the fusion system. In addition, comparisons between possibility distributions enrich the comparisons made simply between displacement values ​​and indicate the relevance of possibility distributions in the considered context. Furthermore, pre-fusion and post-fusion, two fusion strategies different from the commonly used fusion strategy of joint inversion, are proposed to reduce heterogeous uncertainties present in practice in the measurements and to get around the main limitations of joint inversion. Appropriated conditions of the application of each uncertainty management approach are highlighted in the context of these fusion strategies. In the geophysical view, the application of differential interferometry to the Kashmir earthquake is performed successfully for the first time and it completes previous studies based on measurements from the correlation of SAR and optical images, teleseismic measurements and in situ field measurements. Differential interferometry provides accurate displacement information in the far field relative to the fault position. This allows on the one hand reducing uncertainties associated with surface displacement measurements and with model parameters, on the other hand detecting post-seismic movements that exist potentially in the used coseismic measurements covering the post-seismic period. Moreover, taking into consideration of epistemic uncertainty and the proposition of a fuzzy approach for its management, provide a different view of the measurement uncertainty known by most geophysicists and complete the knowledge of the random uncertainty and the application of probability theory in this domain. In particular, the management of uncertainty by possibility theory allows overcoming the problem of under-estimation of uncertainty by probability theory. Finally, comparisons of the displacement measured by SAR images with the displacement measured by optical images and the displacement from in situ field measurements reveal the difficulty to interpret different data sources more or less compatible among them. The tools developed during this Ph.D thesis are included in the MDIFF (Methods of Displacement Information Fuzzy Fusion) package in "EFIDIR Tools" distributed under the GPL lisence.

Cette recherche s’appuie pour certaines données, fournies par des institutions mexicaines sur des bases de donnée réelle. L’objectif est de mesurer les indices de fiabilité des bâtiments en béton armé soumis à des forces sismiques réelles avec épicentre proche, construits sur un sol rigide. Il existe une nécessité d’évaluer l’effet des incertitudes affectant les bâtiments de l’État de Guerrero, du fait que la recherche géophysique un estime GAP sismique avec une zone de 220x90 2km , qui produirait un événement sismique de magnitude Mw=8.4. Nous avons déterminé que la période prédominante de site dans un intervalle de 0.034 à 0.36 [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. Nous obtenons ceci, avec l’interprétation de 3600 séismes réels d’une base de données de la SMIS, sélectionnés pour leur grande magnitude et épicentre proche. Lorsque l’ordonnée du spectre de réponse du sol est plus grande que celle du spectre du code, on doit approfondir l’analyses des bâtiments qui s’y trouvent du fait du plus grand risque de dommage et effondrement. Trois propositions de bâtiments de différentes résistances apparaissent, à savoir : 1. Calculer avec les propriétés des matériels de l’Etat de Guerrero. 2. Calculer avec les propriétés de la région centre du pays [RCDF], comme l’on fait actuellement, et, 3. Estimer une dégradation de résistance des bâtiments pour les séismes observé dans le passé. La capacité de résistance latérale du bâtiment est estimée avec deux types d’analyse. Il s’agit de : 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], avec laquelle nous mesurons le niveau de ductilité que développe le bâtiment, connaissant le point de plastification et la déformation ultime de chaque bâtiment. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], pour évaluer en fonction de temps la résistance des bâtiments, soumis à des événements sismiques réels avec changement d’échelle et détermine les moments et la durée de l’état limite du bâtiment a été dépassé. On a observé que les indices de fiabilité dans les bâtiments soumis à des forces sismiques avec épicentre proche, dépendent beaucoup des conditions de sol et de la magnitude du séisme. Les effets de site changent de manière significative quand la magnitude de l’événement sismique augmente, ce qui fait varier les indices de fiabilité des bâtiments. Cette variation montre de l’importance à connaître les propriétés des matériaux de l’État de Guerrero, parce qu’ils influencent grandement sur la période fondamentale de l’édifice / With real information provided by Mexican Institution, we begin this research. The objective is to measure the indexes of reliability of reinforced concrete buildings subjected to real seismic forces with near epicenter, erected on hard soil. There is a need to assess the uncertainty affecting the buildings in the State of Guerrero, since geophysical researches estimate a GAP of area of 220x90 2 km , which will generate an earthquake of Magnitude Mw=8.4. We expect that the predominant period has a range of 0.034 to 0.36 sec [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. We achieved this, with the interpretation of 3600 real earthquake from a database of SMIS, selected by their great magnitude and near epicenter. Where the ordinate of the response spectrum of the ground should be superior than the design spectra, thereby considering the buildings that are at greatest risk of damage or collapse. Three proposals for buildings with different resistance emerge, that are: 1. To calculate according to the properties of the materials in the State of Guerrero. 2. To calculate with the properties of the region central of the country [RCDF], as currently done and. 3. To estimate a degradation of resistance of the buildings for the earthquakes suffered in the past. The capacity of lateral resistance of the buildings is considered with two analysis types, that are: 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], which measures the level of ductility that develops the building, knowing with this, the yield point and the ultimate capacity of each building. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], in which the resistance of the building is evaluated in the time-history, with real seismic events scaled to know the duration in which the value of the state limit of the building has been exceeded. We observed that the indexes of reliability in the buildings subject to seismic forces with near epicenter are highly dependent on the conditions of ground and the magnitude of the earthquake. The effects of site changes significantly, when the magnitude of the seismic event increases, that make vary the building reliability indexes. These variations show the great importance and attention that should be devoted to properties of the materials in the State of Guerrero, because they influence significantly the fundamental period of the buildings / Con información real proporcionada por instituciones mexicanas iniciamos este trabajo de investigación. El objetivo es medir los índices de confiabilidad de los edificios de concreto reforzado sometidos a fuerzas sísmicas reales con epicentro cercano, construidos sobre un suelo rígido. Existe una necesidad de valorar la certidumbre en los edificios del estado de Guerrero, debido investigaciones de geofísica que estiman un GAP de área de 220x90 2km que generaría un evento sísmico de magnitud Mw=8.4. Determinamos que el periodo predominante tiene un intervalo de 0.034 a 0.36 [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. Logramos esto, con la interpretación de 3600 sismos reales de una base de datos de la SMIS, seleccionados por su gran magnitud y epicentro cercano. Donde la ordenada del espectro de respuesta del suelo debe ser mayor a la del espectro de diseño, con ello considerar a los edificios que se encuentren con mayor riesgo de daño o colapso. Tres propuestas de edificios de diferentes resistencias surgen, que son: 1. Calcular con las propiedades de los materiales del estado de Guerrero. 2. Calcular con las propiedades de la región centro del país [RCDF], como se hace actualmente y, 3. Estimar una degradación de resistencia de los edificios por los sismos sufridos en el pasado. La capacidad de resistencia lateral del edificio se estima con dos tipos análisis, estos son: 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], con el cuál medimos el nivel de ductilidad que desarrolla el edificio, conociendo con esto, el punto de fluencia y el de capacidad última de cada edificio. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], se evalúa la resistencia del edificio en la historia del tiempo, con eventos sísmicos reales escalados para conocer el momento en el cuál el valor del estado límite del edificio ha sido excedido. Se observó que los índices de confiabilidad en los edificios sujetos a fuerzas sísmicas con epicentro cercano, dependen mucho de las condiciones de suelo y la magnitud del sismo. Los efectos de sitio cambian de manera considerable cuando la magnitud del evento sísmico aumenta, lo que hace variar los índices de confiabilidad de los edificios. Esta variación le da importancia a conocer las propiedades de los materiales del estado de Guerrero, porque influyen en el periodo fundamental del edificio