Cette thèse présente les résultats et conclusions issues d’une série de modèles analogiques de systèmes de compressif à différentes échelles : Les expériences réalisées à l’échelle crustale montrent que la symétrie de structures compressives, de type plis et chevauchements avec 3 niveaux de décollement, est fortement dépendante de la vitesse de sédimentation. Les résultats ont été appliqués au Subandin Bolivien. Les expériences réalisées à l’échelle lithosphérique simulent la subduction et l’extension arrière-arc dans un système subissant une compression parallèle à la marge continent-océan (COB). Ces modèles démontrent que la différence de densité entre les plaques continentales et océaniques est le paramètre clé pour expliquer l'extension arrière-arc: plus petite est la différence de densité, plus faible est l'extension produite. Les résultats ont été appliqués al ‘Anatolie. Enfin, ces modèles ont été utilisés pour tester la reproductibilité et les limites de la modélisation analogique. / This thesis presents the results and conclusions from a series of analogue modelling of deformation in compressive and subduction zones (crustal scale and lithospheric scale) : The experiments carried out at the crustal scale show that the symmetry of compressive structures, folds and trust belts with 3 levels of décollement is strongly dependent on the rate of sedimentation. The results were applied to the Subandin Bolivian. The experiments carried out at the lithospheric scale simulate subduction and back-arc extension in a system under compression parallel to the continent - ocean margin (COB). These models show that the density ratio between the continental and oceanic plates is the key factor to explain the back-arc extension: as smaller the difference in density is, less extension occurred. The results were applied to Anatolia. Finally, these models were used to test the reproducibility and limits for analog modeling.

La présence de défauts sur les surfaces des failles tectoniques peut modifier le comportement de la rupture sur ces interfaces. Cependant, le rôle de ces hétérogénéités reste difficile à quantifier du fait de la résolution limitée de l’imagerie des failles en profondeur. Une approche analogique permettant de préciser l’impact des hétérogénéités dans la propagation de la fracture est présentée ici. Cette analyse repose, tout d’abord, sur l’utilisation d’un montage expérimental assurant le suivi de la propagation d’une fracture sous contrainte de traction normale au plan de rupture (mode I). Le dispositif utilisé, mettant en jeu un suivi acoustique et optique de l’avancée du front de fracture, nous amène à déterminer l’impact des aspérités sur le partitionnement de l’énergie entre processus sismiques et asismiques. Nous faisons le lien entre efficacité de radiation et vitesse de rupture, localement perturbée par la présence de microstructures le long de l’interface. Afin d’étendre nos résultats à d’autres modes de rupture, plus fréquemment observés lors de ruptures le long de failles tectoniques, nous nous intéressons à l’adaptation de notre montage expérimental pour l’observation d’une fracture se propageant en mode de cisaillement (mode III). L’analyse des propriétés morphologiques et dynamiques de l’avancée d’un front de rupture en mode III révèle des résultats semblables à ceux obtenus en mode I. Cela suggère que les résultats obtenus en mode I peuvent être étendus aux autres modes de ruptures. / The presence of defaults on the surface of tectonic faults can affect the behaviour of the rupture along those interfaces. However, because of the limited resolution of the faults imaging at depth, the implication of these heterogeneities remains hard to quantify. We present here an analogic approach enabling the precision of the impact of the heterogeneities on the fracture propagation. On one hand, this analysis lays on the use of an experimental setup ensuring the monitoring of a fracture propagating under an imposed stress, normal to the rupture interface (mode I). The used model, implying an acoustic and an optical monitoring of the fracture front advance, leads us to the determination of the impact of asperities on the energy partitioning between seismic and aseismic processes. We make the link between radiation efficiency and rupture velocity, locally affected by the presence of microstructures along the interface. On another hand, to extend our results to other rupture modes, which are observed more often during rupture on tectonic faults, we get interested in the adaptation of our experimental setup for the observation of a fracture propagating under shear stress (mode III). The analysis of morphologic and dynamic properties of the mode III crack advance shows results similar to those obtained for mode I. This suggests eventually that the results observed in mode I can be extended to other rupture modes.

Les chaînes plissées d'avant-pays sont des objets géologiques qui se forment dans un contexte compressif et représentent la partie externe des orogènes.Elles sont composées de nombreuses structures plissées associées à des chevauchements généralement enracinés au sein d'un niveau de décollement peu profond situé dans la partie basale de la couverture sédimentaire. Ces objets géologiques ont été beaucoup étudiés au XXème siècle.Ils ont été modélisés cinématiquement, analogiquement et mécaniquement.S’il est indispensable de tenir compte de l’aspect mécanique en géologie structurale, les modèles mécaniques restent cependant trop peu utilisés par le géologue structuraliste.L'objectif de cette thèse est de montrer comment apporter des contraintes mécaniques à l'étude des structures géologiques, grâce à une théorie mécanique facilement utilisable en géologie structurale.Cette théorie, le calcul à la rupture (Limit Analysis), représente en effet un bon intermédiaire entre les modèles cinématiques et les modèles mécaniques en éléments finis, très complets mais relativement complexes d'utilisation.Nous étudions ici des exemples appartenant à la chaîne plissée d’avant-pays du Jura et utilisons les logiciels Optum G2 et SLAMTec.Nous procédons alors selon deux approches. La première approche, présentée en première partie de ce manuscrit consiste à étudier la déformation passée.Nous nous focalisons sur la région de Saint-Ursanne dans le Nord-Est du Jura, en Suisse et réalisons dans un premier temps une coupe géologique d'une structure que nous étendons ensuite en 3D via une série de coupes balayant l'ensemble de la zone d'étude.Pour réaliser ces coupes nous utilisons à la fois des principes d’équilibrage cinématique, des modélisations mécaniques par calcul à la rupture et des modélisations analogiques en boîte à sable.Nous montrons ainsi l’importance de l’héritage tectonique sur la mise en place des structures de cette région et modélisons mécaniquement l’influence d’un décalage du niveau de décollement par une faille normale héritée, lors d’un épisode compressif ultérieur.Nous montrons alors que ce décalage représente un générateur de failles ainsi qu’un point d’accroche qui ralenti la propagation du front de déformation, contrôlant par ailleurs la direction de la structure qui se développera.Nous montrons également que la topographie joue un rôle majeur dans la mise en place des structures géologiques.Dans la deuxième partie du manuscrit nous abordons une seconde approche qui consiste à étudier la déformation actuelle.Nous changeons cette fois-ci d’échelle pour nous intéresser à la tectonique actuelle de l’ensemble du Jura.Nos modélisations prédisent que cette chaîne plissée, formée par une tectonique de couverture, est aujourd’hui partiellement affectée par une tectonique de socle.Alors que la partie ouest du Jura serait toujours affectée par une tectonique de couverture, le socle devrait aujourd’hui être impliqué dans la déformation au niveau de la partie nord-est.Nous montrons cependant qu’une tectonique de socle n’empêche pas l’activation simultanée des niveaux de décollements situés dans la couverture (les évaporites triasiques, dans le cas du Jura).L’intérêt pratique de ces méthodes est illustré par des questions industrielles : le dernier chapitre présente une étude des coupes géologiques d’un terrain d’étude de la Nagra, situé dans l’est du Jura.Nous regardons la réponse mécanique actuelle en compression de l’interprétation structurale proposée.Les outils numériques utilisés dans l’ensemble de ce travail ont, par ailleurs, fait l’objet d’un tutoriel réalisé dans le cadre d’une mission au sein de l’entreprise Total. / Fold-and-thrust-belts form in a compressive geological context and represent the external part of orogens.They are composed of numerous folds and thrusts generally rooted in a shallow décollement level located in the basal part of the sedimentary cover.These belts have been studied extensively during the XX century. They have been modeled kinematically, analogically and mechanically.The mechanical aspect of deformation must be taken into account in structural geology, but yet, mechanical models remain underused by the structural geologist.The objective of this thesis is to show how to bring mechanical constraints to the study of geological structures with a mechanical theory easily usable in structural geology, the Limit Analysis.This theory represents a good compromise between the kinematic models and the finite element mechanical models, very complete but relatively complicated to use.We study here examples from the Jura fold-and-thrust belt and use the softwares Optum G2 and SLAMTec.We proceed with two different approaches.The first one is presented in the first part of this manuscript and consists in studying the past deformation.We focus on Saint-Ursanne area, in the North-East Switzerland Jura.We construct first a 2D geological cross section of the Mont Terri structure and then we extend this work in 3D by a series of cross sections that scan the whole Saint Ursanne area.These cross-sections are drawn using kinematical rules, mechanical modeling with Limit Analysis and analog sandbox modeling.We show the importance of the tectonic inheritance on the onset of structures in the studied region and we mechanically model the influence of a décollement offset due to an inherited normal fault during a subsequent compressive episode.We show that this offset represents a “fault generator” and a catching point that slows the propagation of the deformation front and furthermore controls the orientation of the structure that develops.We also show that the topography plays a major role in the establishment of geological structures.In the second part of the manuscript we follow a second approach that consists in studying the current deformation.We change of scale and study the current tectonics of the entire Jura.Our models predict that this belt, formed in thin-skin tectonics, is currently partially affected by thick-skin tectonics.The western Jura would be still affected by a thin-skin tectonics, but the basement should be involved in the deformation in the north-east Jura.However, we show that a thick-skin tectonics does not preclude the simultaneous activation of the shallower décollements contained by the sedimentary cover (Triassic evaporites, in the Jura).Practical interest of these methods is illustrated by industrial questions: the last chapter presents a study of geological cross-sections from a studied area of Nagra in the eastern Jura.We look at the current mechanical answer under compression of the proposed structural interpretations.The numerical tools used in this work have been the subject of a tutorial made during a mission at Total company.

Le bassin de Levant, localisé à l’extrémité la plus orientale de la Méditerranée, se situe à jonction de trois plaques tectoniques majeures (Afrique, Arabie, Eurasie ainsi que la microplaque Anatolienne). Il est bordé à l’Est par la faille du Levant (frontière Arabie/Afrique), qui représente un système transformant de 1000 km de long, reliant le rift dans la Mer Rouge au sud avec la zone de convergence le long du Taurus au nord (frontière Arabie/Eurasie). Son extrémité nord est marquée par la frontière convergente Afrique/Anatolie soulignée par l’arc de Chypre. Le bassin Levantin a enregistré l’interaction entre ces différentes plaques au cours du Cénozoïque et sa bordure Est a été en particulier déformée par la mise en place de la faille du Levant. Cette limite de plaque majeure est marquée au Liban par un relais compressif qui a été actif depuis la fin du Miocène. Jusque récemment, l’absence de données sismiques dans la partie centrale du bassin levantin (offshore Liban) a constitué un handicap important dans la caractérisation de ce basin. Dans ce secteur, la géométrie, cinématique, l’âge des structures tectoniques ne sont pas connus. Plusieurs questions en découlent. Quel est impact de la frontière transformante du Levant sur la structure du bassin? Le bassin a-t-il enregistré d’autres déformations au cours du Cénozoïque ? Quel est l’effet de la structuration ancienne et profonde de la marge sur la déformation actuelle ? Ce travail s’est appuyé sur l’interprétation des données sismiques 2D et 3D de haute qualité dont deux cubes 3D de 4290 m3 et sept lignes 2D de 830 km de long. Cette étude a permis d’identifier les structures tectoniques affectant le secteur offshore Libanais et de caractériser leurs origines. Plusieurs familles de failles tout au long de la marge Est du bassin ont été identifiées et témoigne d’une histoire tectonique méso-cénozoïque longue et complexe. Les structures reconnues sont tout d’abord (1) des failles chevauchantes NNE-SSW actives depuis le début du Tertiaire jusqu’à la fin Miocène, (2) des anticlinaux NNE-SSW formés durant le Miocène supérieur et se localisant sur des structures préexistantes et (3) des failles décrochantes dextres, héritées des structures mésozoïques et réactivées durant le Miocène supérieur. Seules les failles décrochantes dextres montrent des preuves d’une activité actuelle, liée à la transpression au long de la faille du Levant. Ces structures constituent le prolongement vers l’ouest de la frontière de plaque du Levant sous un régime transpressif et une compression NW-SE. Nous mettons en évidence que cette frontière de plaque montre une évolution au cours du Néogène avec une forte décroissance de la composante de raccourcissement à partir du Pliocène. La mise en évidence de jeux plus anciens témoigne d’une structuration profonde E-W de la marge, vraisemblablement héritée des tectoniques mésozoïques. L’impact de cette structuration a été évalué à travers une modélisation analogique. Les résultats démontrent le rôle considérable de cet héritage sur l’évolution du relais compressif de la faille du Levant au Liban, entre autre en localisant la déformation le long de couloirs E-W et en segmentant les structures transpressives NNE-SSW. Ces résultats nous conduisent à interpréter les structures E-W comme majeures et traduisant la prolongation vers l’ouest du bassin mésozoïque des Palmyrides. Nous mettons ici en évidence le rôle majeure d’une marge sur la structure d’une frontière de plaques transformante. Le développement de failles antithétiques (failles dextres dans une frontière transformante senestre), connus dans d’autres frontières de ce type, est ici clairement associé à une anisotropie profonde forçant la localisation de la déformation. / The Levant Basin is located at the easternmost Mediterranean at the intersection of three major tectonic plates (Africa, Arabia, Eurasia and the smaller Anatolian microplate). The Levant Fracture System (Arabia-Africa plate boundary) borders the basin to its east and represents a 1000 km long left-lateral transform system linking rifting in the Red Sea with plate convergence along the Taurus Mountains (Arabia-Eurasia plate boundary). The Levant Basin is bordered to the north by the Cyprus Arc (Africa-Eurasia plate boundary). The interaction between these tectonic plates had important consequences on the evolution of the Levant Basin whereby its eastern boundary has been affected by deformation along the Levant Fracture System. This major plate boundary is associated with a restraining bend in Lebanon and has been active since the Late Miocene. Until recent days, the absence of seismic data in the central Levant Basin was an obstacle against characterizing the tectonic setting of the basin. In this area, the geometry, kinematics and the age of the tectonic structures are poorly understood. A focal question thus remains on how the Levant Basin was affected by this adjacent plate boundary. Therefore, what is the impact of the deformation along the Levant Fracture System since the Late Miocene on this basin and how can we assess it? Has the latter been affected by other tectonic regimes prior to the onset of transpression? If so, how would the existing structures influence the style of modern deformation? In this study, high quality 2D and 3D seismic reflection data (with two 4290 m3 3D seismic cubes and seven 830 km long 2D seismic lines) were interpreted allowing identification and timing of the structures in the Levant Basin offshore Lebanon. Several fault families, mapped along the margin, are remnants of a lasting and complex tectonic history since Mesozoic times. These include NNE-SSW striking thrust faults active during the early Tertiary and inactive since the Pliocene; NNE-SSW striking anticlines folded during the Late Miocene and overlying pre-existing structuresd; and ENE-WSW striking dextral strike-slip faults inherited from Mesozoic times and reactivated during the Late Miocene. Only the dextral strike-slip faults show evidence of current activity and are interpreted to be linked to transpression along the Levant Fracture System. They constitute the westward extension of the plate boundary, formed under a transpressif regime and a NW-SE compression. We have showed how this plate boundary has evolved through the Neogene with a decrease in the shortening component during the Pliocene.The identification of pre-existing structures along the eastern Levant margin shed the light on the deep structuration affecting this area, inherited from Mesozoic tectonic events. The impact of these structures was tested through analogue modeling. Results indicated a considerable impact of pre-existing structures on the development of the restraining bend, localizing deformation at the onset of transpression and responsible of segmenting the restraining bend along an ENE direction. These ENE-WSW faults are thus major and are most likely associated with the deformation affecting the Palmyra basin since the Mesozoic, which is thus extending westward to Lebanon. This study has shown the important role of a margin on a strike-slip plate boundary. Namely, the development of antithetic faults (local dextral strike-slip faults in a regional sinistral strike-slip plate boundary) known in other similar plate boundaries is associated with a deep crustal anisotropy localizing the subsequent deformation.

Les rifts continentaux sont des zones étroites et allongées d'extension de la lithosphère. Une étude du champ de déformation en surface montre leur carractère asymétrique quasi-systématique. Cette asymétrie est acquise tardivemen t au cours de la déformation. La lithosphère étant considérée comme un multicouche fragile/d uctile, une modélisation analogique de sa striction est réalisée en appliquant une extension ponctuelle sur des multicouches sable/silicone dimensionnés. Ces expériences montrent que: -l'asymétrie est due à la présence d'un cisaillement ductile à la ba se des rifts qui accommode un décalage entre les déformations de la croûte fra gile et du manteau supérieur -la déformation est contrôlée par la couche la plus résistante de la lithosphère (manteau supérieur) -la déformation du manteau supérieur est conditionnée par des hétérogénéités internes préexistantes (anciennes structures) -la largeur initiale des rifts est fonction de la profondeur de l'interface fragile/ductile dans la croûte ou dans le manteau -la largeur d'une zone active étirée dépend du couplage entre la coûte fragile et la croûte ductile. Ces conclusions sont appliquées au rift oligocène ouest européen et permettent d'expliquer la variation du champ de déformation d'un segment du rift à l'autre. ,

Dans les Alpes Occidentales, la plupart des modèles cinématiques considèrent que depuis la fin du Crétacé, la convergence entre les plaques Adriatique et Européenne a été accomodée par des translations le long de décrochements et de l'épaississement crustal. Les rotations, difficiles à détecter, ont souvent été négligées. Cependant certains modèles les considèrent comme un mécanisme majeur de déformation au cours de l'édification de la chaîne alpine. Afin de tester ces modèles, nous avons mené une étude paléomagnétique sur l'ensemble de la zone briançonnaise de l'Arc Alpin Occidental. Le métamorphisme subi par cette zone durant la fin de l'Eocène et le début de l'Oligocène est responsable d'une réaimantation de l'aimantation rémanente naturelle (ARN). L'analyse de cette aimantation permet donc d'accéder à l'histoire post-métamorphique des zones internes. Près de 350 échantillons, répartis sur 37 sites échelonnés entre le massif du Grand Galibier au Nord et les Alpes Ligure au Sud Est, sont porteurs d'une composante d'aimantation caractéristique stable isolée entre 200° et 450°. Cette composante présente systématiquement une polarité inverse fortement déviée par rapport à la direction Oligocène pour l'Europe stable. Ces déviations augmentent de 47° à 117° du Nord au Sud. Nous les interprétons comme le résultat d'une rotation antihoraire des domaines internes par rapport à l'Europe stable. Cette étude paléomagnétique a été doublée d'une approche plus mécanique basée sur des expériences analogiques simples pour étudier l'influence potentielle de la rotation de la plaque Apulienne sur la mise en place de l'Arc Alpin Occidental. Les structures générées par une plaque tournante basale sous une épaisseur de sable donnée, suggèrent que la rotation antihoraire pourrait être une des conditions aux limites majeure contrôlant l'évolution tardive de l'arc. La complémentarité des deux études permet de proposer un modèle cinématique global pour la mise en place tardive (post-Oligocène) de l'arc Alpin Occidental et apporte des éléments de réponse aux apparentes contradictions qui règnent entre contrainte et déformations actuelles. Les rotations permettraient d'expliquer en particulier pourquoi la chaîne Alpine est toujours active sismiquement alors que les données GPS n'indiquent pas de convergence significative entre Lyon et Turin.

Cette thèse présente les résultats et conclusions issues d'une série de modèles analogiques de systèmes de compressif à différentes échelles : Les expériences réalisées à l'échelle crustale montrent que la symétrie de structures compressives, de type plis et chevauchements avec 3 niveaux de décollement, est fortement dépendante de la vitesse de sédimentation. Les résultats ont été appliqués au Subandin Bolivien. Les expériences réalisées à l'échelle lithosphérique simulent la subduction et l'extension arrière-arc dans un système subissant une compression parallèle à la marge continent-océan (COB). Ces modèles démontrent que la différence de densité entre les plaques continentales et océaniques est le paramètre clé pour expliquer l'extension arrière-arc: plus petite est la différence de densité, plus faible est l'extension produite. Les résultats ont été appliqués al 'Anatolie. Enfin, ces modèles ont été utilisés pour tester la reproductibilité et les limites de la modélisation analogique.

Le cycle sismique s'étend de la centaine à quelques milliers d'années mais les mesures géodésiques et sismologiques s'étendent sur moins d'un siècle. Cette courte échelle de temps d'observation rend difficile la mise en évidence du rôle des paramètres sismotectoniques clefs qui contrôlent la dynamique des failles actives. Pour pallier ce problème d'échelle temporelle, j'ai développé un nouveau modèle expérimental qui reproduit des microséismes le long d'une faille décrochante sur plusieurs centaines de cycles sismiques. Il est constitué de deux plaques de polyuréthane latéralement en contact, reposant sur une couche basale de silicone, simulant le comportement mécanique d'une croûte supérieure élastoplastique couplée avec une croûte inférieure ductile, respectivement. Pour chaque expérience, environ 4000 mesures du champ de vitesses horizontales sont enregistrées. L'analyse des déplacements de surface au cours des phases intersismiques, cosismiques et postsismiques et leur comparaison aux failles sismogéniques montrent que le modèle reproduit correctement les déformations proches de la faille et en champ lointain. J'ai aussi effectué des inversions du champ de vitesses en surface pour évaluer la distribution spatiale du glissement en profondeur le long du plan de faille. Pour comparer les expériences, j'ai développé plusieurs algorithmes permettant d'étudier l'évolution spatio-temporelle des principaux paramètres physiques et les processus de déformation de surface qui caractérisent le cycle sismique. Mes premiers résultats suggèrent que la vitesse de chargement tectonique imposée en champ lointain joue un rôle sur le cycle sismique en influençant la magnitude des séismes, leur temps de récurrence, ainsi que la capacité de la faille à générer des séismes caractéristiques. Une vitesse de chargement lente favorise l'occurrence de forts évènements caractéristiques et une vitesse rapide de nombreux microséismes de magnitude faible à modérée plus distribués le long de la faille. Ma première hypothèse est que ce comportement est contrôlé par le couplage fragile/ductile à la base des plaques de polyuréthane. Pour une vitesse rapide, les forces visqueuses dans la couche basale augmentent de même que ce couplage. Ce processus contraint la base de la faille à glisser à une vitesse proche de sa vitesse long-terme et induit un champ de contrainte plus hétérogène le long de son plan qui favorise les microséismes de magnitude faible à modérée. Pour une vitesse lente, le silicone se comporte comme un fluide newtonien et les forces visqueuses diminuent considérablement, permettant à la faille de rester bloquée sur une plus longue période et d'accumuler plus de déformation élastique. Les contraintes sont ensuite relaxées par de plus larges évènements sismiques. Enfin, j'ai étudié le rôle joué par les variations de contrainte normale le long de la faille sur le glissement cosismique et le comportement long terme du système. Les résultats montrent que la distribution spatiale du glissement cosismique est fortement contrôlée par les variations de résistance de la faille et de l'accumulation des contraintes cisaillantes qui en résultent. Les évènements majeurs se produisent préférentiellement dans les zones d'aspérité de contrainte cisaillante et leur distribution spatiale du glissement suit une tendance similaire à celle de la variation de contrainte normale le long de la faille. L'analyse révèle aussi que l'hétérogénéité de l'état de contrainte initial influence la régularité du cycle sismique et le comportement long terme du modèle. Les résultats de cette étude paramétrique conforte ainsi l'hypothèse selon laquelle la distribution du glissement cosismique le long des ruptures peut fournir des informations pertinentes sur l'état de contrainte initial et pourrait améliorer notre compréhension de l'aléa sismique. Notre approche expérimentale apparaît donc, comme une méthode complémentaire et efficace pour étudier la dynamique des séismes. / Average seismic cycle duration extends from hundred to a few thousands years but available geodetic measurements, including trilateration, GPS, Insar and seismological data extend over less than one century. This short time observation scale renders difficult, then, to constrain the role of key parameters such as fault friction and geometry, crust rheology, stress and strain rate that control the kinematics and mechanics of active faults.To solve this time scale issue, I have developed a new experimental set-up that reproduces scaled micro-earthquakes along a strike-slip fault during several hundreds of seismic cycles. The model is constituted by two polyurethane foam plates laterally in contact, lying on a basal silicone layer, which simulate the mechanical behaviour of an elastoplastic upper crust coupled with a ductile lower crust, respectively. For each experience about 4000 horizontal-velocity field measurements are recorded. The analysis of model-interseismic, coseismic and postseismic surface displacements and their comparison to seismogenic natural faults demonstrate that our analog model reproduces correctly both near and far-field surface strains. I also performed surface-velocity field inversions to assess the spatial distribution of slip and stress at depth along the fault plane. To compare the experiences, we have developed several algorithms that allow studying the spatial and temporal evolution of the main physical parameters and surface deformation processes that characterise the seismic cycle (magnitudes, stress, strain, friction coefficients, interseismic locking depth, recurrence time, ...). My first results suggest that far-field boundary-velocity conditions play a key role on the seismic cycle by influencing earthquake magnitudes and recurrence time, as well as the capability of the fault to generate characteristic earthquakes. We observed that low loading rate favors rare but large strong characteristic events and high loading rate numerous low to moderate magnitude more distributed microquakes. My first hypothesis is that this behaviour may be controlled by the brittle/ductile coupling at the base of foam plates. For a high loading rate, viscous forces in the silicone layer increase as well as coupling at the base of the foam plates. These features force the base of the fault to slip at a velocity close to the far field velocity and induce a more heterogeneous stress field along the fault favoring low to moderate microquakes. For a low loading rate, silicone almost behaves as a newtonian fluid and viscous forces strongly decrease, allowing the fault to remain locked for a longer period and to accumulate more elastic strain. Stresses are then relaxed by larger seismic events.Finally, I investigate experimentally the role played by along fault initial normal stress variations on coseismic slip and long term fault behavior. Results show that coseismic slip patterns are strongly controlled by variations in fault strength and subsequent accumulated shear stress along fault strike. Major microquake events occur preferentially into zone of major shear stress asperities and coseismic slip distributions follow similar trends than initial normal stress variations along the fault. Moreover, our experiment suggest that the heterogeneity of initial stress state along the fault influence the regularity of the seismic cycle and, consequently, long term fault slip behavior. Results of this parametric study comfort, then, the hypothesis that coseismic slip distribution along earthquake ruptures may provide relevant informations on unknown initial stress state and could thus improve our understanding of seismic hazard.Our experimental approach appears then, as an efficient complementary method to investigate earthquake dynamics.

L'influence d'un système hydrothermal au sein d'un édifice volcanique est un concept encore peu étudiée au regard de son importance pour la stabilité d'un volcan. Ce travail s'intéresse à la relation entre système hydrothermal et tectonique à travers l'étude des déformations engendrées dans un cône volcanique par le fluage de roches affectées par l'altération hydrothermale. La présence de ces argiles, ductiles à l'échelle de temps considérée, modifie profondément le comportement d'un édifice volcanique au cours de son évolution, pouvant conduire à la formation de grandes structures d'effondrement de type caldera. La confrontation de modèles analogiques avec la géologie et les données géophysiques nous permet de contraindre dans ce sens l'interprétation des structures d'effondrement observées par exemple sur Nuku Hiva (Polynésie française) et sur le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). La modélisation analogique montre également que la formation du plancher plat d'une caldera peut être le résultat d'un processus syneffondrement, ne nécessitant pas de resurfaçage postérieur par érosion ou mise en place de nouveaux produits éruptifs. Les expériences nous permettent d'identifier la pente du cône et la diminution des contraintes latérales sur l'édifice comme les paramètres prépondérants à l'origine de la déformation. Les variations de ces paramètres sont déterminantes pour la morphologie de la caldera.

Non renseigné / Most mega-earthquakes (i.e. earthquakes with Mw ≥ 8.5) occur along subduction mega-thrusts, the interfaces between the subducting - and the overriding plates in convergent margins. These events may have catastrophic impact on human societies due to their destructive potential. For this reason being able to predict the timing and size of these earthquakes became one goal of the international scientific community. The subduction seismic cycle is influenced by many different parameters. The interplay between these parameters governing the frequency and size of megathrust earthquakes still remains unclear, mainly due to the short (i.e. limited to the last century) seismic record.The seismogenic part of the subduction thrust fault spans between depths of 11±4 and ± 51 km (Heuret et al. 2011). In this zone a combination of temperature, pressure and rocks characteristics creates conditions favourable for seismic behaviour. Whether a specific area in the subduction thrust fault has the ability to trigger mega-earthquakes can be expressed using the degree of seismic coupling, i.e. the amount of slip that occurs with respect to the total amount of plate convergence (e.g. Scholz 1998; Scholz & Campos 2012). When a fault is fully coupled, all of the fault slip occurs during earthquakes instead of also during aseismic behaviour (e.g. slow slip events). The internal structure of the interplate fault zone mainly determines whether an area within a subduction zone behaves seismic or aseismic (Wang & Bilek 2011). This is influenced by the topography of the plate interface (e.g. subducting seamounts; Wang & Bilek 2014), but also subducted sediments and fluids in the subduction channel may play an important role.The main goal of this project is to understand which parameters affect the behaviour of mega-earthquake ruptures. This will be done by comparing natural data (e.g. seafloor roughness, sediment thickness and fluid content in the subduction channel) to rupture characteristics of major recent earthquakes. With this analysis also more knowledge can be gained on the triggering of slow earthquakes instead of mega-earthquakes. These are slow slip events with lower frequencies and longer durations than ‘regular’ earthquakes (Saffer & Wallace 2015).The database of natural data, implemented by the long-term scientific joint venture between the Univ. Montpellier and the LET (Roma Tre) will be used for the analysis. Ongoing work is done on determining a method for estimating the seafloor roughness, i.e. the distribution of high, low and smooth areas (by Michel Peyret in collaboration with Serge Lallemand, Univ. Montpellier). Also data is available on the trench sediment thickness around the world (Heuret et al. 2011). In the frame of this project, information on the roughness of the seafloor will be added to the database. In addition the rupture characteristics of major recent earthquakes will be collected. By performing a multiparametric statistical analysis of the database, a conceptual model will be realized, exploring the possible link between all the different parameters. The aim is to validate this model in the lab using scaled 3D analogue models. This will be done both at the LET and at Univ. Montpellier by using a broad range of geometries and contact materials with different rheologies (e.g. gelatin, foam rubber and a new analogue material; Caniven et al. 2015; Corbi et al. 2013). This jointed experimental approach with both the Univ. Montpellier and the LET involved creates a rich environment where differences and similarities of the two different approaches can be used to validate the results.