Nous proposons une méthode d'inversion non linéaire des amplitudes des ondes directes P, SV et SH basée sur l'algorithme du recuit simulé, afin de déterminer à partir d'un nombre limité de stations, le mécanisme au foyer de séismes induits en contexte de réservoir. Cette méthode permet de déterminer aussi bien les paramètres du plan de faille (azimut, pendage et angle de glissement) décrivant une source double-couple, que les six composantes du tenseur des moments décrivant une source plus générale. <br />L'inversion double-couple et l'inversion du tenseur des moments sont testées sur quatre séismes induits dans le réservoir géothermique de Soultz-sous-Forêts. Les mécanismes obtenus sont en accord avec ceux déterminés par Charléty et al. 2007.<br />La méthode d'inversion est appliquée à la sismicité de la saline de Vauvert enregistrée par un réseau permanent de deux stations 3-composante. Dans un premier temps, la méthode est testée sur 15 séismes enregistrés durant le déploiement temporaire d'une antenne de quatre capteurs 3-composante. La comparaison entre l'inversion utilisant les deux stations permanentes et l'antenne temporaires et l'inversion utilisant seulement les deux stations permanentes montre des mécanismes au foyer double-couple identiques pour les séismes localisés entre les deux stations permanentes. Dans un deuxième temps, la méthode est appliquée à un essaim de sismicité. Les mécanismes au foyer obtenus pour 532 évènements, indiquent pour la majorité une rupture le long de fractures sub-verticales NE-SW, interprétée comme de probables ruptures sur les plans stratigraphiques des bancs d'insolubles intercalés dans la formation de sel.

L'objet de notre travail est l'étude de la sismicité superficielle dans le N.E. de l'Afghanistan. Dans le chapitre 1, nous rappelons dans quel contexte géodynamique se trouve cette région. Nous mettons en évidence la place privilégiée qu'elle occupe. Le chapitre II décrit sommairement comment ont été acquises les données. La localisation des évènements fait l'objet du chapitre III. Essentiellement nous cherchons à évaluer la précision avec laquelle sont déterminées la position de l'épicentre et la profondeur des séismes. Des résultats obtenus, nous dressons des cartes de sismicité (chap. IV). ) L'expérience "Sud-Nouristan" nous ayant fourni un nombre important d'évènements (284) nous faisons une étude statistique de la magnitude et de la profondeur des séismes. Le chapitre V. traite des mécanismes au foyer. Nous en déduisons principalement le sens de mouvement des failles de la région et l'orientation privilégiée de l'axe P. Remises dans le contexte géodynamique, nous essayons d'intégrer toutes ces données dans un modèle sismo-tectonique régional. (Chap. VI)

La sismicité de la terminaison Nord-Ouest de l'Arc égéen est analysée à partir de données microsismiques. Celles-ci ont été recueillies par 52 stations qui ont fonctionné, en été 1989, sur les îles Ioniennes, en Acarnanie et en Epire. 656 microséismes ont été localisés et 128 solutions focales construites. La région étudiée constitue la zone de transition entre subduction océanique égéenne (au Sud de Céphalonie) et subduction continentale adriatique (au Nord de Zante). L'activité microsismique y est superficielle (0-40 km). Les microséismes observés à l'Est de Zante (z = 30-40 km) sont associés à la subduction océanique égéenne. Au Nord de Zante, la subduction continentale adriatique est sismiquement peu marquée ; les microséismes profonds (15- 40 km) jalonnent. en particulier, les failles N160° sénestres du couloir étolien et l'accident N20° dextre de Lixourion-Leucade. Le jeu de cette structure se manifeste sur Céphalonie par la présence de microséismes le long de la faille d'Ano-Angon ; ce jeu est, par ailleurs, associé à l'activité microsismique de la faille de l'Ainos. L'analyse des mécanismes focaux microsismiques par la méthode des dièdres droits révèle l'existence d'un raccourcissement horizontal profond N65° - N80° affectant la zone étudiée. Dans les premiers kilomètres de la couverture sédimentaire, les solutions focales indiquent la présence d'étirements de nature et d'orientations variées. En profondeur, au raccourcissement ENE-WSW, s'ajoute un étirement horizontal perpendiculaire. Tout se passe comme si un bloc apparemment asismique limité par le décrochement de Lixourion-Leucade, le couloir étolien et les failles normales du golfe Ambracique, subissait un mouvement vers le Sud. Le raccourcissement se traduit par les jeux dextre inverse du décrochement de Lixourion-Leucade et sénestre des failles du couloir étolien. D'autre part, les solutions focales microsismiques indiquent l'ouverture N-S du fossé d'Agrinion (lac Trikhonis) qui est connectée, par le jeu sénestre des failles du couloir étolien, à celle (apparemment asismique) du golfe Ambracique.

L'interprétation d'un secteur des -Alpes occidentales externes en terme de paléomarge continentale téthysienne nous a amené à considérer le secteur du haut-Var sous deux angles différents: -d'une part son évolution stratigraphique et structurale locale. -d'autre part son incorporation dans le schéma général du bassin subalpin et du domaine téthysien. L'analyse des variations latérales de faciès permet de reconstituer un schéma du secteur du haut-Var cohérent à condition de placer un accident de direction N 20°-30° à vergence Ouest ayant joué en faille normale au cours du Lias et du Dogger et limitant un domaine de bassin à l'Ouest et une plate-forme à l'Est. Les manifestations tectonosédimentaires observées suggèrent, outre les déformations dues à la tectonique distensive, l'existence d'une halocinèse précoce le long du faisceau de failles N 20°-30°. Ainsi au Jurassique, la région du Dôme de Barrot serait limitée à l'Ouest par cette faille "Ouest-Barrot", et correspondrait au symétrique de la marge cévenole par rapport au bassin subalpin. C'est donc plus à l'E et au SE qu'il faut rechercher les blocs basculés de la marge téthysienne proprement dite. La géophysique: La néotectonique de la région Sud des Alpes Occidentales et de la mer ligure, évaluée grâce au calcul de 20 mécanismes au foyer de séismes récents nous permettent de localiser les zones de concentration de la déformation. Ces résultats, associés à d'autres données géophysiques, nous permettent de constater la présence d'une bande étroite à comportement crustal anormal, orientée N 120°- 130° et qui s'étend depuis le massif du Pelvoux jusqu'à Savone (Ligurie occidentale), en passant au NE du massif de l'Argentera. Cette zone est considérée comme un grand linéament structural issu d'orogénèses antérieures et qui fonctionnerait actuellement en décrochement dextre. La géodynamique: La confrontation des données paléogéographiques mésozoïques d'une part, et des résultats géophysiques et structuraux d'autre part, nous incite à envisager l'existence d'une zone transformante à jeu dextre au Jurassique. Dans ce schéma, le secteur étudié appartiendrait à la bordure orientale du bassin subalpin intramarge tout en ayant un regard sur la marge transformante téthysienne située plus au Nord.

La localisation de séismes induits ainsi que les mécanismes au foyer associés sont des outils fréquemment utilisés afin, entre autres, d’imager la structure d’un réservoir. Cette thèse présente une technique permettant de quantifier les erreurs associées à ces deux paramètres. Par cette méthode, incertitudes et imprécisions sont distinguées. La méthode a été appliquée aux sites de Soultz et de Rittershoffen pour étudier l’impact de plusieurs critères sur la localisation de la sismicité induite. Ainsi, il a été montré que l’utilisation de capteurs installés profondément dans des puits et qu’une bonne couverture sismique azimutale réduit sérieusement les incertitudes de localisation. Les incertitudes du modèle de vitesse, représentées par une distribution gaussienne des modèles avec un écart de 5% autour du modèle de référence, multiplient les incertitudes de localisation par un facteur 2 à 3. Des simplifications utilisées pour le calcul ou une mauvaise connaissance du milieu peuvent mener à des imprécisions de l’ordre de 10% spatialement non isotropes. Ainsi, les structures du sous-sol peuvent être déformées dans les interprétations. L’application d’un tir de calibration peut néanmoins corriger ce fait en grande partie. L’étude d’erreurs associées aux mécanismes au foyer ne semble cependant pas conduire aux mêmes conclusions. Le biais angulaire peut certes être augmenté par l’omission de la faille dans le modèle de vitesse, mais dans plusieurs cas il est le même que dans le cas idéal voire diminué. En outre, une meilleure couverture sismique améliorerait toujours le mécanisme au foyer obtenu. Ainsi, il n’est pas conseillé d’imager un réservoir en n’utilisant que la localisation de séismes, mais une combinaison de plusieurs paramètres sismiques pourrait s’avérer efficace. La méthode appliquée dans le cadre de cette thèse pourra servir pour d’autres sites à condition d’en avoir une bonne connaissance a priori. / Induced seismicity location and focal mechanisms are commonly used to image the sub-surface designin reservoirs among other tasks. In this Ph.D. the inaccuracies and uncertainties on earthquake location and focal mechanisms are quantified using a three-step method. The technique is applied to the geothermal sites of Soultz and Rittershoffen to investigate the effect of several criteria on thee arthquake location. A good azimuthal seismic coverage and the use of seismic down-hole sensors seriously decrease the location uncertainty. On the contrary, velocity model uncertainties, represented by a 5% Gaussian distribution of the velocity model around the reference model, will multiply location uncertainties by a factor of 2 to 3. An incorrect knowledge of the sub-surface or the simplifications performed before the earthquake location can lead to biases of 10% of the vertical distance separating the source and the stations with a non-isotropic spatial distribution. Hence the sub-surface design maybe distorted in the interpretations. To prevent from that fact, the calibration shot method was proved to be efficient. The study on focal mechanism errors seems to lead to different conclusions. Obviously, the angular bias may be increased by neglecting the fault in the velocity. But, it may also be the same as or even smaller than the bias calculated for the case simulating a perfect knowledge of the medium of propagation. Furthermore a better seismic coverage always leads to smaller angular biases. Hence,it is worth advising to use more than only earthquake location in order to image a reservoir. Other geothermal sites and reservoirs may benefit from the method developed here. / Die korrekte Lokalisierung von induzierter Seismizität und den dazugehörigen Herdflächenlösungensind sehr wichtige Parameter. So werden zum Beispiel die Verteilung der Erdbeben und die Orientierung ihrer Herdflächenlösungen dazu benutzt um in der Tiefe liegende Reservoirs zulokalisieren und abzubilden. In dieser Doktorarbeit wird eine Technik vorgeschlagen um diemethodisch bedingten Fehler zu quantifizieren. Mit dieser Methode werden die verschiedenen Fehlerquellen, die Unsicherheiten und die Fehler im Modell getrennt. Die Technik wird für die geothermischen Felder in Soultz und in Rittershoffen benutzt um den Einfluss verschiedener Parameter (Annahmen) auf die Lokalisierung der induzierten Seismizität zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass Bohrlochseismometer und eine gute azimutale Verteilung der seismischen Stationen die Unbestimmtheiten verkleinern. Die Geschwindigkeitsunbestimmheiten, die durch eine Gauss-Verteilung mit 5% Fehler dargestellt werden, vervielfachen die Lokalisierungsungenauigkeiten um einen Faktor 2 bis 3. Eine ungenaue Kenntnis des Untergrunds oder die verwendete vereinfachte Darstellung der Geschwindigkeitsverhältnisse im Untergrund (notwendig um die synthetischen Rechnungen durchführen zu können) führen zu anisotropen Abweichungen und Fehlern in der Herdtiefe von bis zu 10%. Diese können die Interpretationen des Untergrunds deutlich verfälschen. Ein “calibration shot” kann diese Fehler korrigieren. Leider können die Fehler für die Herdflächenlösungen nicht in derselben Weise korrigiert werden. Es erscheint daher als keine gute Idee, ein Reservoir nur über die Lokalisierung von Erdbeben zu bestimmen. Eine Kombination mehrerer seismischer Methoden scheint angezeigt. Die hier besprochene Methode kann als Grundlage dienen für die Erkundung anderer (geothermischer)

La sismicité induite par le gisement de gaz de Lacq a débuté en 1969, dans une région tectoniquement considérée comme asismique auparavant (M<3). L'exploitation est située au Sud du bassin Aquitain, à 30 km ad Nord de la chaîne pyrénéenne. Un réseau local a été installé en 1974 afin de suivre l'évolution spatio-temporelle des séismes *Plus de 1000 événements (1.0 <=MS <=4.2) ont été enregistrés entre 1974 et 1992. La très bonne connaissance de la structure géomécanique qui piège le réservoir (forages, profils sismiques, carottages ... ) a permis de construire un modèle de vitesse 3D permettant de relocaliser de manière fine la sismicité sur la période 1976- 1989. La position des hypocentres est étroitement corrélée avec la structure en dôme du réservoir ainsi qu'avec les discontinuités préexistantes. La construction des mécanismes au foyer (133 événements sélectionnés sur la période 1976-1989) montre une grande diversité dans les mécanismes de rupture. Cependant, la méthode des dièdres droits a permis de voir une évolution temporelle globale à l'échelle du gisement. Dans un premier temps (1976-1986) nous avons eu un régime en compression maximale verticale, suivi dans la seconde période (1987-1989) par un régime en compression maximale horizontale. L'inversion du tenseur des contraintes a confirmé ces résultats. La sismicité induite de Lacq étant très localisée (du fait de l'extension limitée du gisement), cela nous a permis de considérer le gisement comme un objet géologique isolé, à une échelle intermédiaire entre les processus tectoniques et les expériences de laboratoire. Nous n'avons pas retrouvé les résultats expérimentaux obtenus sur le coefficient b (relation fréquence-magnitude des séismes) car la présence d'événements asismiques (non décelables) sur Lacq semble jouer un rôle majeur dans la libération des contraintes. La géométrie fractale nous a permis de distinguer deux classes de séismes: (1) des séismes diffus répartis sur tout le gisement et (2) des nids de sismicité corrélés avec la structure en dôme du réservoir. Bien qu'il n'y ait pas de corrélation temporelle entre D et b, nous proposons cependant qu'il existe un lien géomécanique entre ces deux paramètres.

La caractérisation de la source d’un séisme se fait à partir de l’analyse des mesures des déplacements transitoires et statiques du sol, et dépend de la quantité et de la qualité de ces mesures. Nous avons travaillé sur la détermination des mécanismes au foyer des séismes modérés de Tadjena (Mw 5.0, 2006), Béni-Ilmane (Mw 5.5, 2010), Hammam Melouane (Mw 5.0, 2013), Bordj-Ménaïel (Mw 4.1, 2014), Alger (Mw 5.7, 2014) et M’ziraa (Mw 5.1, 2016). Pour cela, nous avons inversés les formes d’ondes en champ proche et régional des stations large bandes et accélérométriques du réseau sismologique algérien (ADSN). Nous avons déterminé la distribution spatio-temporelle du glissement cosismique du séisme de Boumerdes-Zemmouri (Mw 6.8, 2003) en inversant conjointement l’ensemble des données disponibles, sismologiques (télésismiques, accélérometriques) et géodésiques (GPS, InSAR, soulèvement côtier). Nous avons travaillé sur la relation qui peut exister entre le séisme de Boumerdes-Zemmouri et les séismes de Hammam Melouane, Bordj Ménaïel et Alger (Mw 5.7, 2014) en termes de transfert de contrainte (CFF). Nous avons calculé le champ de contrainte dans différentes régions de l’Algérie par inversion des mécanismes aux foyers disponibles dans chaque région. / Studies of the earthquake source are based on observations of seismic and static ground motions, which depend on the quality and the density of measurements. In this thesis, we present studies of the determination of the focal mechanism of the Tadjena (Mw 5.0, 2006), Béni-Ilmane (Mw 5.5, 2010), Hammam Melouane (Mw 5.0, 2013), Bordj-Ménaïel (Mw 4.1, 2014), Alger (Mw 5.7, 2014) and M’ziraa (Mw 5.1, 2016) earthquakes, by modeling waveforms in the near and regional field with broadband and strong motion stations of the Algerian Digital Seismic Netwok (ADSN). In addition, we determined the coseismic slip distribution of the Boumerdes-Zemmouri earthquake (Mw 6.8, 2003) by inverting a most comprehensive set of data (teleseismic, strong motion, GPS, InSAR, coastal uplift). We calculated the Coulomb Failure Function between the Boumerdes-Zemmouri earthquake (source fault) and the Hammam Melouane, Bordj Ménaïel and Algiers (Mw 5.7, 2014) events (receiver faults). We computed the stress tensor in different regions of Algeria obtained from the inversion of the available focal mechanisms.

La caractérisation de la source d’un séisme se fait à partir de l’analyse des mesures des déplacements transitoires et statiques du sol, et dépend de la quantité et de la qualité de ces mesures. Nous avons travaillé sur la détermination des mécanismes au foyer des répliques du séisme de Saintes (MW 6.4, 2004), et sur la détermination de la distribution spatio-temporelle du glissement cosismique des séismes de L’Aquila (Mw 6.3, 2009), et de Miyagi-Oki (Mw 7.2, 2005) et de Sanriku-Oki (Mw 7.3, 2011). Ces travaux se sont basés sur des méthodes d’inversions, et différents jeux de données (accélérométriques, large-bandes, GPS et InSAR) accessibles ou non selon le séisme considéré. La seule diversité des mesures n’est pas suffisante pour décrire la rupture. La modélisation des données se confronte à des difficultés, comme par exemple la pertinence des modèles de vitesses sismiques pour la modélisation des données accélérométriques. Une autre problématique récurrente est la non-unicité de la meilleure solution déterminée par les méthodes d’inversions pour décrire les données. Pour répondre à ces deux problématiques, nous avons d‘une part développé une procédure d’exploration de modèles de vitesse pour déterminer les valeurs optimales capables de décrire au mieux les données accélérométriques du séisme de L’Aquila. D’autre part, nous avons développé une procédure de construction d’un modèle de source moyen que nous avons appliqué pour la détermination du glissement cosismique des séismes de L’Aquila, de Miyagi-Oki, et de Sanriku-Oki. L’ensemble de ces travaux et les réponses aux problèmes soulevés sont présentés dans ce travail de thèse. / Studies of the earthquake source are based on observations of seismic ground motions. They also depend on the quality and the density of measurements. In this present work we will present studies of the determination of focal mechanism of main aftershocks of the Les Saintes (MW 6.4, 2004) earthquake, and the determination of the coseismic slip of the L’Aquila (MW 6.3, 2009), the Miyagi-Oki (MW 7.2, 2005), ant the Sanriku-Oki (MW 7.3, 2011) earthquakes. These studies were based on two inversion methods. Different kinds of data were available (strong motion, broadband teleseismic, GPS and InSAR) depending on the earthquake studied. But the multiplicity of data is not sufficient to well describe rupture process. There are others difficulties as the data modeling of strong motion. Seismic velocity models are used to describe the characteristics of layers crossed by seismic waves. The quality of the modeling is depending on the pertinence of these seismic velocity models. The description of the rupture process is also depending on the non-uniqueness of the best solution given by global inversion methods. We propose two procedures in order to take into account these two classic issues. First, we developed a velocity model exploration procedure to obtain optimized 1D velocity models in order to improve the strong motion modeling of the L’Aquila earthquake. Then we developed a procedure to build an average rupture model from the combined results of several joint inversions, which was applied to the L’Aquila, the Miyagi-Oki, and the Sanriku-Oki earthquake. This thesis presents all these works and answers to the raised issues.

Ce mémoire d'habilitation décrit ma recherche effectuée en vue de mieux comprendre le mécanisme des tremblements de terre. Les ondes sismiques sont les principales données qui donnent accès à cette information, et mes travaux sont donc en lien direct avec les observations des capteurs sismiques (ou géodésiques) capables de détecter ces ondes. Les qualité, quantité et type de données disponibles m'ont conduit à aborder cette thématique sous trois angles différents, qui recoupent les trois chapitres de ce mémoire. A l'échelle mondiale, les capteurs large-bande du réseau global permettent une étude systématique et homogène de tous les séismes dont la magnitude est suffisante pour générer des ondes clairement analysables. Cette magnitude seuil est de l'ordre de 5.5-6 lorsque l'on analyse les ondes de volume se propageant dans la Terre. Par ailleurs, ces données sont accessibles en temps réel, ce qui permet d'obtenir des informations rapides sur les séismes, à condition que des techniques d'analyse automatisées soient mises en place. Ce double intérêt de l'approche globale -systématisme et rapidité- est développé dans le Chapitre I de ce mémoire. L'échelle mondiale trouve ses limites lorsqu'on s'intéresse aux détails du processus de rupture. Alors que les données mondiales sont suffisantes pour imager les caractéristiques moyennes de source (mécanisme au foyer, profondeur, magnitude de moment, fonction source), elles ne permettent généralement pas d'extraire avec précision les informations internes à la rupture sismique (distribution de glissement, vitesse de rupture locale). Pour ce faire, il est nécessaire d'utiliser des données plus proches de l'événement sismique, et de développer des techniques d'analyse adaptées à chaque configuration (analyses en réseau, analyses comparées entre le séisme principal et l'un de ses précurseurs...). Par ailleurs, et contrairement à l'échelle globale - où les données large-bande sont les données " reines " de l'analyse de la source -, l'analyse à distance plus proche permet et/ou requiert de diversifier les données utilisées. Cela peut passer par l'utilisation des capteurs accélérometriques, ou par la nouvelle utilisation des capteurs GPS en tant que sismomètres. Le Chapitre II s'intéresse à cette thématique de résolution fine des propriétés de source, avec un intérêt particulier pour la détermination de la vitesse de rupture. La mise en évidence récente des vitesses de rupture supershear (plus rapides que les ondes de cisaillement) et de leurs conséquences constituent un point important de ce chapitre. Enfin, il est intéressant de replacer la rupture sismique dans le cadre plus large des conditions qui stimulent ou inhibent son déclenchement. Dans cet esprit, je présente dans le Chapitre III des éléments de réponse venant de l'observation continue de la zone de subduction Equatorienne. Cette observation - incluant capteurs large-bande, accéléromètres, et GPS - se déroule depuis 2008 dans le cadre du projet ANR ADN, soutenu par l'IRD et en collaboration avec l'Institut de Géophysique à Quito. Nous montrerons dans ce chapitre comment l'occurrence de séismes lents sur l'interface de subduction est un facteur déclenchant de la sismicité.