La caractérisation des distributions spatio-temporelles des déformations transitoires le long de failles actives constitue actuellement l’un des axes privilégiés de recherches visant la compréhension des processus contrôlant le cycle sismique. Dans ce contexte, nous nous intéressons à deux sites d’études aux caractéristiques comportementales distinctes: la lacune sismique de Guerrero, siège de 4 séismes lents depuis 1997 (zone de subduction, d’une longueur de 100 km à l’ouest d’Acapulco au Mexique, dernière rupture en 1911, temps de récurrence ~4 ans) et le segment de Parkfield (segment de 20-30 km le long de la faille de San Andreas, Californie, 7 ruptures successives -Mw6- depuis 1857, temps de récurrence de ~22 ans). Dans le cas du Mexique, nous portons notre attention sur le séisme lent de 2009-2010 survenu au niveau de la lacune sismique et, dans le cas du segment de Parkfield, nous décrivons la déformation post-sismique suite au séisme du 28 septembre 2004, dernière rupture en date de ce segment, sur la période 2005-2010. Nous utilisons l’interférométrie radar différentiel satellitaire (DINSAR), complété de données GPS, pour estimer les faibles déformations (centimétriques) générées en surface par ces types de déformations. À l’issue de ce travail, dans le cas de la lacune sismique de Guerrero, nos mesures semblent montrer que le séisme lent de 2009-2010 affecte la partie sismogène de la lacune tout en affectant une portion de la subduction qui dépasse les limites géographiques de celle-ci. Dans le cas de Parkfield, nous parvenons à mettre en avant une prolongation temporelle jusqu’en 2010 du glissement post-sismique en plus d’une extension spatiale de ce glissement qui dépasse les limites de la rupture de 2004. Ces nouveaux éléments permettent de discuter plus en avant l’impact de ces déformations transitoires sur le comportement de ces systèmes de failles situés tout deux, sur des sites d’intérêts scientifiques majeurs. / Characterizing the spacio-temporal evolution of transient deformations along active faults is, by now, one of the most promising ways to better understand the mechanisms that drive the seismic cycle. In this context, we focused our attention on two areas that exhibit different characteristic behaviour types: the Guerrero seismic gap, a location of 4 consecutive slow slip events since 1997 (subduction zone, 100 km long westward from Acapulco, Mexico, last ruptured in 1911, repeating time ~4 years) and the Parkfield segment (20-30 km long segment, San Andreas fault, California, 7 successive breaks -Mw6- since 1857, repeating time ~22 years). In the case of Mexico, we particularly focused our attention on the 2009-2010 slow slip event that occurred at the gap location. In the case of Parkfield, we described the post-seismic deformation related to the 28th September 2004 Mw6 event (last recorded break) from 2005 to 2010. We used space-based differential radar interferometry (DINSAR) in addition to GPS data, to assess surface displacements at centimeter scale that are in relation with those two phenomena. As an outcome of the work, in the Guerrero seismic gap case, our measurements indicate that the 2009-2010 slow slip event has affected the seismogenic part of the gap and extents outside the spatial limits of it. In the case of Parkfield, our measurements indicate that the Parkfield segment has a post-seismic behaviour that lasts until 2010 at least and spatially extends outside the edge the 2004 coseismic trace along the fault line. These elements allow us to discuss the implication of such transient deformations in the two particular cases of the Guerrero seismic gap and the Parkfield segment, both of first scientific interest.

My work focused on the development of improved methodologies for the evaluation of seismic hazard and its related uncertainties, based on the study of active faults systems and dynamic modelling of the seismic cycle. I worked in particular on the probabilistic estimate of a fault's maximum magnitude earthquake and of its return period. Those parameters are indeed crucial to estimate seismic hazard. Seismicity can be viewed as a stochastic process which is constrained by the principle of moment conservation: seismic ruptures must in principle rupture fault portions which had accumulated a deficit of slip, in view of their long term slip rate, during the interseismic period. In Chapter 1, I explain how we implemented those constraints in the evaluation of the probability distribution describing the magnitude and return period of the largest earthquake, propagating the geodetic uncertainties up to the hazard calculation. We applied this methodology to the Parkfield Segment of the San Andreas Fault, where the seismic cycle is particularly well documented. Our study implies potential maximum magnitude between 6.5 and 7.5, with a return period of 140 to 300 years. In Chapter 2, we applied the same methodology to the Cascadia subduction zone, known to have produced a M~9 earthquake in 1700 but where the seismic hazard remains poorly constrained. As part of this study we determined a model of interseismic coupling and of fault slip due to Slow Slip Events using an Independent Component Analysis-based inversion method. Finally, in Chapter 3, I use dynamic modelling to tackle the problem of partial ruptures. Large earthquakes tend to be confined to fault areas locked in the interseismic period but they often rupture them only partially. For example, during the 2015 M7.8 Gorkha earthquake, Nepal, a slip pulse propagating along-strike unzipped the bottom edge of the locked portion of the Main Himalayan Thrust. The lower edge of the rupture produced dominant high-frequency (>1 Hz) radiation of seismic waves. We showed that similar partial ruptures occur spontaneously in a simple dynamic model of earthquake sequences on a planar fault without mechanical, frictional and geometrical heterogeneities.

L'évolution des contraintes en profondeur, sur les systèmes actifs, est de nos jours mal connue. Il est cependant important de comprendre et d'identifier ces phénomènes de transfert de contrainte car ils sont à la base du déclenchement des séismes et des éruptions volcaniques. Diverses approches permettant de retrouver la variation de contrainte dans différents contextes sont abordées. La sismicité est utilisée comme observable dans chacun de ces problèmes.<br>Après avoir exposé les mécanismes générateurs de sismicité dans un contexte général, une méthode d'inversion de contrainte basée sur les équations du modèle de frottement rate-and-state est présentée.<br>Dans un deuxième temps, la variation de contrainte produite par une rupture pluri-décakilométrique est analysée. Cette analyse a permis de caractériser les changements de contrainte co- et post-sismique produits par le séisme de 2004 à Parkfield (Mw = 6.0), sur des aspérités sismiques avec une résolution encore jamais atteinte (de l'ordre de la dizaine de mètres). Il ressort en particulier que la variation de contrainte produite par ce séisme sur son plan de rupture est très hétérogène. En outre, il résulte de cette hétérogénéité que la loi d'Omori décrivant l'évolution temporelle des répliques ne correspond qu'à un comportement moyen de l'ensemble des aspérités sur une faille, chaque aspérité suivant quant à elle une dynamique quasi-déterministe.<br>L'étude de la variation de contrainte produite par le remplissage d'un réservoir magmatique a également été réalisée. Sur trois volcans basaltiques (Kilauea et Mauna Loa, à Hawaii et Piton de la Fournaise sur l'île de la Réunion), l'évolution de la sismicité et de la déformation résultant d'une accumulation de magma en profondeur est décrite. Cette description permet alors l'identification d'un processus magmatique à partir des signaux induits en surface, en particulier à partir du taux de sismicité.<br>Dans un dernier temps, le rôle de la sismicité dans son propre déclenchement est évalué. Une méthodologie ne reposant que sur deux hypothèses simples (linéarité et approche champ moyen) est proposée. Cette méthode est capable de recouvrir la part de la sismicité qui ne résulte pas d'interactions entre séismes. Finalement, plusieurs extensions de cette méthode, dans le cas où le chargement est non-stationnaire, sont décrites pour retrouver la signature de transitoires asismiques.

La nucléation et la propagation dynamique d'une rupture est modélisée par une méthode d'équations intégrales aux frontières où les fonctions de Green sont calculées par la méthode des nombres d'ondes discrets. Pour cela, un modèle de crack en mode plan clans un milieu homogène, linéaire et élastique est considéré. Pour caractériser la propagation, les conditions de rupture proviennent du critère numériquement défini par Hamano. L'étude de la propagation suivant une faille unique montre que la vitesse de rupture dépend de la résistance du milieu, caractérisée par le coefficient S. Suivant la valeur dé S, cette vitesse est sub-Rayleigh ou super-cisaillantes. Nous avons alors montré que lors du séisme d'Imperial Valley, la vitesse de rupture pouvait atteindre des valeurs proches de la vitesse des ondes P dans le milieu. L'étude de la propagation de la rupture sur différents segments de faille a été effectuée dans le cas du séisme de Parkfield. Après avoir déterminé les zones de nucléation possible pour un second segment, la propagation dynamique a été modélisée sur deux segments de faille. Nous avons alors observé que la nucléation et la propagation sur le second segment dépendent de la valeur du coefficient S.