Cette thèse concerne le développement de nouvelles méthodes de traitement et d'interprétation de données de champs de potentiel. Dans un premier temps, nous avons élaboré un algorithme rapide de débruitage de données géophysiques par transformée en ondelettes orthogonales. La méthode proposée permet de tenir compte des non-stationnarités du rapport signal/bruit. Elle est basée sur quelques tests statistiques qui permettent de séparer les coefficients d'ondelettes dus au signal de ceux dus au bruit. Le signal est alors reconstruit par transformée inverse sur les coefficients conservés. L'idée directrice de la deuxième méthode est d'effectuer une imagerie structurale du soussol à partir d'un champ mesuré en surface. Nous avons d'abord intégré la théorie du potentiel dans la théorie des ondelettes, par l'intermédiaire de l'homogénéité des champs dus à des sources multipolaires. L'introduction d'ondelettes définies à partir du noyau de Poisson permet alors de déterminer précisément la localisation et le degré d'homogénéité des sources présentes. L'utilisation des lignes d'extréma de la transformée rend la méthode robuste vis-à-vis du bruit. Nous avons ensuite généralisé la méthode au cas des sources étendues, ce qui nous permet de localiser et de caractériser des bords d'objets. L'inclinaison des structures peut être déterminée par l'utilisation d'ondelettes complexes. En dernier lieu, cette formulation du problème inverse nous a permis de développer une méthode de filtrage par critères structuraux (type et profondeurs des sources). Nous donnons quelques exemples d'applications sur des données gravimétriques. Les possibilités de la méthode sont illustrées sur des zones de fractures ou de subduction.

Le Limousin (NW du Massif Central) est caractérisé par de larges massifs granitiques mis en place entre 360 et 290 Ma. Ils présentent d'étroites relations spatiales avec de grands accidents ductiles en faille normale et décrochement qui prolongent vers le SE la zone de cisaillement Sud Armoricaine. <br />Le volumineux (~ 10000km3) complexe granitique N-S de Millevaches, limité par des décrochements et failles normales, est un exemple type de granite mis en place dans un contexte tectonique décrochant. <br />Le modèle de mise en place des granites de Millevaches prend en compte l'analyse structurale, microstructurale, magnétique (A.S.M.), gravimétrique et géochronologique (40Ar/39Ar et U/Pb). L'ascension des magmas se fait par des conduits verticaux étroits sous forme d'injections successives qui se relaient le long de l'axe principal N-S des Pradines. Les magmas sont ensuite piégés puis canalisés par la foliation précoce, anisotropie mécanique sub-horizontale majeure de la croûte moyenne. Les magmas syntectoniques du décrochement dextre N-S des Pradines enregistrent des trajectoires de déformation orientées N-S dans la faille et NW-SE de part et d'autre. La poussée du magma au toit du laccolite induit une déformation par aplatissement relaxée par le développement de failles d'échappement sub-horizontales et normales. La mise en place syntectonique des leucogranites du Millevaches, datée à 313 ± 4 Ma est contemporaine du métamorphisme granulitique subi par les roches encaissantes. <br />Le fonctionnement des décrochements du Limousin débute vers 350 Ma et finit vers 300 Ma. Nous proposons que les deux générations de granites (granodiorite-monzogranite et leucogranite) se mettent en place dès 350 Ma, dans une ceinture tectonique résultant d'un contexte en transpression. Les cisaillements ductiles constituent les branches d'un large, long (~700 km), et unique système décrochant lithosphérique analogue à une « pop-up structure » NW-SE dextre allant du Massif Sud Armoricain au Limousin.

La menace d'une attaque bactériologique massive et létale visant les armées ou les populations civiles ont obligé les institutions de recherche militaire à investir massivement dans la préparation à une telle éventualité. La réponse à donner à une attaque bactériologique est conditionnée par les capacités de perception et d'indentification de cette attaque. Ainsi, le besoin en solution de détection et de reconnaissance biologique fiables, peu chères, facilement manipulables est crucial. Nous abordons dans ces travaux de thèse le cas de biocapteurs basés sur des micromembranes résonantes en silicium, assemblées par des technologies de microfabrication classiques. Nous montrons tout d'abord les avantages comparés de ce type de capteur pour répondre à la problématique donnée. Puis, nous rapportons l'étude théorique permettant le dimensionnement des micromembranes en fonction d'objectifs initialement formulés en termes de sensibilité et de limite de détection. La mise en vibration des membranes est assurée par l'action d'une pastille piézoélectrique déposée sur sa surface, la détection du mouvement est effectuée par une jauge piézorésistive positionnée à l'encastrement de la membrane. Nous abordons par la suite, la fabrication du microsystème, son conditionnement ainsi que la fabrication de l'électronique de détection associée. Enfin la caractérisation électrique, mécano-électrique puis biologique des membranes nous permet de mettre en relief les principaux résultats obtenus par rapport à l'état de l'art. Le premier point réside dans la démonstration de la co-intégration physique des phénomènes piézoélectrique et piézorésistif au sein d'une même structure résonante. Est démontrée ensuite la capacité à suivre en temps réel la fréquence de résonance des membranes par détection piézorésistive, lorsque celles-ci sont immergées dans un milieu biologique aqueux. Pour terminer, les résultats biologiques quant à la détection d'agents simulant la menace biologique sont présentés

L’architecture crustale d’orogènes d’accrétion et de collision à grande échelle est étudiée en combinant géologie structurale, litho-stratigraphie, géochronologie et pétrologie magmatique avec les données gravimétriques, magnétiques et sismiques. Cette approche pluridisciplinaire permet de caractériser la structure et la composition de la croûte orogénique dans deux systèmes d’accrétion-collision : la Ceinture Orogénique d’Asie Centrale (CAOC) et le Massif de Bohême. La CAOC représente près d’un tiers du continent asiatique actuel. Ce système orogénique s’est construit par une accrétion continue de matériel depuis le Paléozoïque jusqu’au début du Mésozoïque, suivie par une collision durant le Mésozoïque. La comparaison des champs de potentiels avec les données géologiques met en évidence une compartimentation erronée de l’orogène en unités litho-stratigraphiques. Par rapport à la géologie, la géophysique permet une analyse directe des structures de la croûte orogénique sur toute son épaisseur. Le travail de thèse présente une compilation de données géologiques et de traitements gravimétriques et magnétiques inédits, dont la modélisation préliminaire pour contraindre l’architecture de la croûte continentale est proposée. Le Massif de Bohême possède quant à lui un catalogue de données complémentaires plus conséquent, ce qui permet une modélisation géophysique 3D plus précise. Dans cette zone, les données géophysiques mettent en évidence l’existence d’une croûte inférieure allochtone de composition felsique. Ceci indique que la croûte orogénique hercynienne est également le résultat d’une accrétion de portions crustales contrastées. / Large-scale accretionary and collisional crustal orogenic architecture is studied combining structural geology, lithostratigraphy, geochronology and magmatic petrology with gravity, magnetic and seismic data. This multidisciplinary approach allows characterizing the structure and composition of the orogenic crust in two accretionary-collisional systems. The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) constituting one third of the Asia continent and the Bohemian Massif are two Palaeozoic orogens formed by accretion followed by collision. It is proposed that the CAOB formed by successive Paleozoic accretion of oceanic and continental fragments followed by a late Palaeozoic to early Mesozoic N-S convergence of North Chinese and Siberian Cratons. The comparison between the potential fields and the geological data reveals an incorrect compartmentalization into different lithostratigraphic terranes. In contrast to geology the geophysical approach allows the analysis of the crustal structures on a complete thickness of crustal column. This thesis presents a compilation of geological data combined with unique gravity and magnetic results which are integrated into a preliminary model for the architecture of the continental crust. Conversely, an important collection of complementary data is available for the Bohemian Massif, allow more precise 3D geophysical forward modeling. In this area, geophysical data reveal the occurrence of an allochtonous lower crustal layer with a felsic composition. This indicates that the Variscan orogenic crust actually resulted from the accretion of contrasted crustal fragments.

L’objectif principal de ce travail est d’améliorer notre compréhension de la rhéologie terrestre et du mouvement de Chandler qui en dépend. Nous calculons le facteur gravimétrique complexe à la période de Chandler par une analyse conjointe de séries temporelles gravimétriques et du mouvement du pôle. Nous montrons l’importance et les limites des corrections gravimétriques dans les analyses locales et l’intérêt d’une combinaison des données de différentes stations. Suivant une approche plus théorique, nous menons une étude analytique puis numérique afin de déterminer les solutions du problème des petites déformations d’une Terre homogène anélastique en rotation. L’influence de l’anélasticité sur la période et le facteur de qualité de Chandler est étudiée, et nous montrons que ce dernier est plus sensible que la période aux paramètres rhéologiques, notamment à la viscosité de Kelvin. Enfin, nous étudions, en domaine de Laplace, l’influence de la fréquence de forçage par une surcharge. / The main goal of this work is to improve our understanding of the Earth’s rheology and of the Chandler wobble which depends on it. We compute the complex gravimetric factor at the Chandler frequency by a joint analysis of gravimetric and polar motion time series. We show the importance and the limits of gravimetric corrections for local analyses and the effectiveness of the combination of data from different stations. Using a more theoretical approach, we carry out an analytical and numerical study to determine the solutions of the small deformations of an anelastic homogeneous rotating Earth model. The influence of anelasticity on the Chandler wobble period and quality factoris studied and we show that the latter is more sensitive than the period to the rheological parameters, especially to the Kelvin’s viscosity. Finally, we study in Laplace domain the influence of the forcing frequency for the loading problem.

Dans la première partie de ce travail de thèse, on a étudié les causes d'anomalie de pesanteur, et plusieurs causes de bruit afin d'en tirer des conclusions sur la faisabilité de certaines applications industrielles qui impliqueraient notamment l'utilisation de gravimètres ou de gradiomètres embarqués. On envisage en particulier la possibilité de constituer un système de prévention des collisions pour la navigation sous-marine, d'utiliser un gravimètre pour détecter des cavités enfouies ou encore d'observer l'anomalie de pesanteur créée par le passage d'une vague de tsunami d'une part, et d'autre part on cherche autant que possible à quantifier en spectre de puissance les bruits classiques rencontrés en gravimétrie embarquée, ainsi que le bruit gravitationnel causé par les vagues. Dans la seconde partie, on décrit la réalisation d'un gravimètre à ondes de matière, qui aura la particularité d'utiliser des atomes piégés au voisinage d'une puce en carbure de silicium. Le développement des gravimètres à ondes de matière est en effet extrêmement prometteur en terme d'exactitude de mesure du champ de pesanteur, mais le principe de réalisation utilisé jusqu'à maintenant implique que la sensibilité limite de l'instrument est proportionnelle à sa taille. D'un autre côté depuis une dizaine d'années des puces constituées de fils conducteurs déposés sur un substrat en silicium ont été développées pour le piégeage et le refroidissement d'atomes. L'utilisation d'une puce à atomes devra permettre de démontrer la possibilité de mesurer le champ de pesanteur avec une sensibilité indépendante de la taille de l'instrument, ce qui mènera à la réalisation d'un gravimètre à atomes froids compact, donc potentiellement utilisable dans un véhicule. Le défi de ce démonstrateur est d'effectuer pour la première fois la séparation spatiale cohérente d'un nuage d'atomes sur une puce atomique, à des fins de métrologie