Lors d'un tremblement de terre, les transformations physiques et chimiques qui surviennent le long d'une zone de glissement vont conduire à l'altération et à la formation de minéraux. La gouge contient des minéraux magnétiques, qui peuvent être formés sous l'action combinée de la chaleur frictionnelle et par l'action chimique en relation avec les fluides. Ainsi, la gouge a la capacité de se comporter comme un enregistreur magnétique pendant un tremblement de terre. Il s'agit là d'une nouvelle méthode pour identifier les zones de tremblements de terre de glissement. En outre,les minéraux magnétiques initiaux, altérés, et néoformés peuvent être utilisés comme traceurs de certains processus physico chimique.Dans cette étude, nous étudions le magnétisme des roches et l'enregistrement paléomagnétique de la gouge de faille active de Chelungpu qui héberge, entre autres,la zone de glissement principale du tremblement de terre de Chi-Chi (Mw 7.6, 1999,Taiwan). Nous avons bénéficié pour cette étude d'échantillons non altérés provenant des carottes du forage B Taiwan Chelungpu-fault Drilling Project (TCDP). Nous avons également échantillonné la faille de Chelungpu à l'affleurement pour une caractérisation des nanoparticules. Cette caractérisation vise à estimer l'énergie de fracture dans la gouge de faille.

L'existence de glissements lents a été observé pour la première fois en Californie, sur une portion de la faille de San Andreas (Steinbrugge et al., 1960,Tocher 1960). Ils ont ensuite été détéctés dans les années 90s avec l'avènement des GPS. Les interactions entre glissement lents, ou glissements asismiques (qui n'émettent pas d'ondes élastiques) et les glissements sismiques est cependant mal connue.Pourtant, cette question est fondamentale puisque des glissements lents ont été observés avant plusieurs séismes.Par exemple, l’installation d’un glissement lent avant le séisme d’Izmit de 1999 en Turquie a été mise en évidence grâce à l’analyse de signaux répétitifs (Bouchon et al., 2011). De même, en étudiant le comportement des séismes répétitifs avant le méga-séisme de Tohoku de 2011, deux séquences de glissement lent en direction du point d’initiation ont été observées (Kato et al., 2012). D’autres glissements lents précédents des séismes de grandes ampleurs ont été reportés, notamment au Mexique, avant le séisme de Papanoa (Radiguet et al., 2016) de magnitude 7.3 et au Chili, avant le séisme d’Iquique de 2014 de magnitude 8.2 (Ruiz et al., 2014).L'objectif de ce travail de thèse est de mieux caractériser les interactions qui existent entre glissements sismiques et asismiques dans une zone de subduction très largement instrumentée: le Japon.La très grande densité des réseaux Japonais (sismique courte et longue période, GPS) autorise des seuils de détection des glissements sismiques ou lents très bas, et permet d'utiliser des méthodes de réseaux afin de maximiser le rapport signal sur bruit. La recherche d'épisodes de déformation lente est basée sur plusieurs types d'observables et de méthodes, et est complétée par l'analyse des changements de taux de sismicité accompagnant ces épisodes. Cette thèse vise ainsi à mieux comprendre comment du glissement lent peut -ou non- accélérer l'occurrence de grands séismes, et les conditions requises pour se faire. / Transient aseismic slip events (that do not emit elastic waves) were first discovered on the San Andreas fault in central California in 1960 (Steinbrugge et al., 1960, Tocher 1960) and were later confirmed by the development and installation of GPS stations. Aseismic slip can occur on continental faults as well as on subduction zones. However, the interactions between aseismic and seismic slips are not fully captured yet. Understanding the mechanisms at stake on fault planes is fundamental since several large earthquakes were preceded by aseismic slip episodes.For example, the setting of a slow slip event before the 1999 Izmit earthquake in Turkey was evidenced by the observation of repeating signals at one station (Bouchon et al., 2011). Also, by studying repeating earthquakes before the 2011 Tohoku earthquake, two slow slip episodes that migrated towards the rupture intitiation were observed (Kato et al., 2012). Other transient slips preceding large earthquakes occurred, including in Mexico, before the M7.3 Papanoa earthquake (Radiguet et al., 2016) and in Chile, before the 2014 Iquique earthquake (Ruiz et al., 2014).The aim of this thesis is to better characterize the interactions between seismic and aseismic slip that can occur in a subduction zone largely instrumented: Japan.The very high density of the japanese monitoring networks(seismic networks, both at short and long periods, and GPS network), allows the detection ofseismic and aseismic slip events with low intensity / size, and is amenable to the use of arraymethods to improve the signal-to-noise ratio. The search for episodes of transient deformation will be based on several observables andtechniques, and is complemented by the analysis of the changes in earthquake rates concomittent to these episodes. This work thus gives new clues on how aseismic deformation can -or not- accelerate the occurrence of strong earthquakes, and on what are the conditions (tectonic, dynamic) for this to happen.

Le travail de thèse s’appuie sur un recueil exhaustif des travaux effectués dans le domaine du contrôle des vibrations auxquels sont soumis les ouvrages génie civil. Une contribution innovante et originale est apportée et permet de classifier, de généraliser et d’optimiser certains critères dans le but d’assurer une conception optimale de divers dispositifs d’atténuation des vibrations, et ce, selon leur application. L’un des objectifs de la thèse a donc consisté à traiter ces critères de manière originale. Après avoir résolu le problème dit « direct » s’appuyant sur la modélisation des systèmes dotés d’un ou de plusieurs AMAs, nous nous sommes intéressés au problème dit « indirect » en envisageant divers critères d’optimisation. Ainsi, plusieurs critères d’optimisation des paramètres mécaniques de plusieurs AMAs appliqués à un système principal comportant 1 ou plusieurs degrés de liberté peuvent être utilisés. L’excitation du système principal est envisagée de deux manières, soit à sa base (en vue d’une application à la sismique), soit au niveau de la structure (en vue d’une application aux effets du vent).Des simulations numériques sont réalisées dans le but d’étudier la performance de chaque modèle optimisé en se fondant sur des approches fréquentielles et temporelles. La robustesse de chaque critère d’optimisation face aux incertitudes liées au changement des paramètres physiques de la structure principale a été examinée. Nous avons également étudié la sensibilité des critères par rapport aux incertitudes des paramètres optimisés des AMAs. La conception et l’optimisation de p AMAs placés en parallèle pour un système principal à Nddl, a constitué une nouvelle contribution originale dans le cadre de cette thèse. Dans ce contexte, lors d’une sollicitation sismique, nous estimons la contribution de chaque mode dans la structure principale et nous conservons seulement les modes de vibrations qui ont un rapport de masses modales cumulées supérieur à 90%. Le choix du critère d’optimisation s’appuie seulement sur les étages les plus sensibles aux modes conservés et permet ainsi de tenir compte des modes élevés de la structure principale. Dans le but de limiter les dommages subis par les constructions du génie civil lors de sollicitations sismiques, nous cherchons à évaluer l’efficacité des AMAs afin d’atténuer les réponses temporelles sismiques. Ainsi une étude comparative est réalisée en appliquant quatre séismes réels sur les modèles optimisés. Afin d’illustrer les résultats obtenus, des tests de caractérisation d’un AMA utilisant un amortissement par courants de Foucault et un ajustement de la rigidité, ont été menés. Ils ont permis d’obtenir une validation expérimentale du modèle et du critère d’optimisation adopté / The architectural demand and the desire to reduce costs permit the construction of light structures with innovating shapes. The great flexibility of these structures makes them increasingly sensitive to the external dynamic loads such as traffic, wind and earthquakes. Vibration control techniques allow to construct modern buildings increasingly slender, and, whether they are economic or architecturally audacious. Instead of modifying the geometrical and mechanical characteristics of a structure, vibration control consists in producing reaction forces which are opposed to the negative effects of the external excitations when they appear. This technological advance has the great advantage to not influencing planners and architects’ work and it provides them with additional creative options in both geometrical and mechanical characteristics of buildings. We restrict our focus to passive vibration control. Among available passive vibration absorber systems, Tuned Mass Dampers (TMDs) were selected for their simplicity and reliability. A TMD consists of a mass, a dashpot, and a spring, and is commonly attached to a vibrating primary system to suppress undesirable vibrations. The performance of TMDs is strongly affected by the adjustment of their parameters. The problem is the optimization of the mechanical parameters of TMD and their location in order to attenuate vibrations of the main structure. This thesis is based on understanding the dynamic characteristics of TMD. It aims to make an innovative and original contribution to classify, generalize and optimize some criteria in order to ensure an optimal design of TMDs, depending on their application. Our work consisted to treat these criteria in an original way. After solving the direct problem based on the modelling of systems with one or several TMD, we tackled the indirect problem by considering various optimization criteria. Thus, several optimization criteria of the mechanical parameters of TMDs applied to a main system (single (SDOF) or multiple degrees of freedom (MDOF)) are used. The excitation of the main system can be done in two different ways; either on the base (for seismic application) or on the structure (for wind effects).Numerical simulations based on a time and frequency approach are used to examine the performance of each optimized model. The robustness of each optimization criterion is assessed by taken into account the uncertainties related to the change of the physical parameters of the main structure. Such problems can be discussed by considering sensitivity analysis for criteria under uncertainty of the optimum TMD parameters. A new and original contribution of this thesis is the design and optimization of multiple TMDs in parallel with a MDOF main structure. In this context, during seismic loads, modes in the main structure with relatively high effective masses can be readily excited by base excitation. Afterwards, optimization criterion can be developed based on the most sensitive storeys to vibration modes which are a cumulative modal effective mass fraction exceeding 90%. To protect structures under earthquake loads, we seek to assess the effectiveness of TMDs in mitigating the response of structure under different real earthquakes. A comparative study is then achieved with four real earthquakes applied on systems with TMD optimized parameters. To illustrate the results obtained, characterization tests are conducted on a TMD with damping by eddy currents effect and adjustable stiffness. They allow the validation of the model and optimization criterion adopted

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.

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

L’étude des séismes géants de subduction présente un intérêt de premier ordre, car ils sontsuffisamment puissants pour exciter le manteau et déclencher sa relaxation visco-élastique. Cephénomène est caractérisé par des déformations à grande échelle spatiale (plusieurs milliers dekilomètres) et temporelle (plusieurs décennies). L’étude des déformations post-sismiques en surfacepar géodésie spatiale permet de contraindre les caractéristiques géométriques et rhéologiques del’interface de subduction, ouvrant ainsi la voie à l’étude du cycle sismique dans sa globalité.Le 27 février 2010 se produit le séisme de Mw 8.8, dans la région du Maule, au large du Chili. Lasubduction de la plaque Nazca sous la plaque continentale Sud-Américaine offre, pour la premièrefois, la possibilité de mesurer de manière continue et dense les déformations post-sismiques sur plusde 1500 km. Par ailleurs, plus de 10 ans de campagnes de mesures GPS, ont permis d’imager uncouplage très hétérogène tout au long de l’interface de subduction. L’imbrication alors visible entreles déformations post-sismiques et inter-sismiques, appuyée par l’étude de la sismicité historique,met ainsi en évidence les interactions inter-segments que seuls les modèles visco-élastiques de cyclesismique permettront de mieux comprendre.Cette thèse a été centrée autour de deux axes principaux, qui conduisent vers l’objectif finaldes modèles visco-élastiques de cycle sismique. Le premier et principal objectif est l’étude desdéformations post-sismiques du Maule. J’ai ainsi traité et analysé les cinq ans de données aprèsle séisme afin d’extraire le champ de déformation post-sismique. Ces données ont alors permis decontraindre les modèles visco-élastiques, grâce à la méthode des éléments finis. Un modèle combinéd’afterslip et de relaxation visco-élastique dans l’asthénosphère et dans un chenal à faible viscositétrès profond, permet ainsi d’expliquer le champ de déformation horizontal mais aussi verticalobservé. L’amplitude et la complexité des déformations en champ proche résulte de "l’afterslip",tandis que la relaxation dans le chenal permet de reproduire le très fort soulèvement de la Cordillèredes Andes. Enfin, la relaxation dans l’asthénosphère est responsable de l’extension sur plusieursmilliers de kilomètres des déformations post-sismiques. De plus, la continuité de l’effort de terrainet le traitement des données recueillies a permis de combler l’ultime gap de données. Il a ainsiété possible de déterminer un champ de vitesse inter-sismique continu sur la quasi totalité del’interface. Finalement, même si un modèle de cycle sismique à l’échelle de la subduction Chiliennen’a pas encore pu être réalisé, le modèle de post-sismique apporte déjà de nouveaux indices sur lesinteractions entre les différents segments de l’interface Chilienne, suite au dernier séisme. / The study of giant earthquakes on subduction zone represents a main interest. They are indeedsufficiently powerful to excite the mantle and trigger its viscoelastic relaxation, over a very largespatial (thousands of kilometers) and temporal (several decades) scale. Postseismic deformation,monitored by spatial geodesy, are a proxy to the geometrical and rheological characteristics of thesubduction interface, that will allow us to study the whole seismic cycle.On February 27th 2010 in the region of Maule, Chile, occurs the Mw 8.8 megathrust earthquake.Yet, the subduction of the Nazca plate beneath the continental South-American plate offers, forthe first time, the opportunity to measure continuously and densely the postseismic deformationfollowing the earthquake, over more than 1500 km. Otherwise, more than a decade of GPS repeatedmeasurements allowed to image a very heterogeneous coupling all along the Chilean interface. Thevisible imbrication between postseismic deformation and interseismic loading, supported by historicaland instrumental seismicity, highlights interactions between the segments. Viscoelastic modelsof seismic cycle appears to be the only way to understand these interactions.This PhD focused on two main axes, that will lead to the development of viscoelastic modelsof seismic cycle. The first part was dedicated to the study of postseismic deformation followingthe Maule earthquake. Therefore, we processed and analyzed very precisely GPS data in orderto extract the postseismic pattern and modeled it using the finite elements method. A combinedmodel of afterslip and viscoelastic relaxation in the asthenosphere and in a low viscosity channel,extending deep along the slab, can reproduce the complex deformation pattern, horizontaly and inverticaly. The amplitude and complexity of the near-field deformation result from aseismic slip onthe fault plane, while the great uplift of the Cordillera is reproduced by relaxation in the channel.The far field extension, up to 1600 km, entirely results from relaxation in the asthenosphere. Onthe other hand, the continuity of campaign measurements was the occasion to fill the ultimate gapof data, and thus estimate a continuous interseismic velocity field from the North of the Maulerupture zone up to North Chile. Finally, even if the final viscoelastic models of seismic cycle couldnot be processed yet, the present postseismic model already brings new insights on interactionsbetween the different segments of the Chilean interface, following the last Chilean earthquake.

Les séismes intermédiaires (30-300 km) ont été largement documentés dans les plaques océaniques en subduction mais leur mécanisme physique reste énigmatique. Des séismes se produisent dans les plans de Wadati-Bénioff supérieur et inférieur. Ce dernier se situe dans le manteau lithosphérique plongeant, 15 à 40 km sous l’interface de subduction, et est considéré dû à la déshydratation de l’antigorite, serpentine de haute température.Pour tester cette hypothèse et comprendre quel mécanisme est en jeu dans le plan inférieur, des expérimentations (Griggs et D-DIA) et une étude de terrain (Balmuccia, Italie) ont été effectuées.Des péridotites artificielles ont été déshydratées pendant leur déformation dans des conditions typiques du manteau supérieur (1 à 3.5 GPa). Des émissions acoustiques sont enregistrées dans des échantillons comportant 5 %vol. d’antigorite. Les microfailles associées sont scellées par des pseudotachylites contenant des fluides, montrant que la déstabilisation de l’antigorite a déclenché une rupture dynamique et la fusion de l’olivine sur la surface de faille. Ces résultats mènent à l’établissement d’un model dans lequel un transfert de contrainte induit par déshydratation, et non par surpression de fluides, est le déclencheur de la fragilisation des roches du manteau.Parallèlement, une pseudotachylite de la péridotite de Balmuccia révèle l’enregistrement de l’histoire du glissement d’un séisme fossile de magnitude Mw > 6. La lubrification co-sismique est complète et transitoire, car le magma peut rapidement s’écouler dans les fentes en tension lors du passage du front de rupture, peut-être plus vite qu’il n’est produit. L’aspiration du magma mènerait à un refroidissement permettant le rétablissement de la résistance et l’arrêt du glissement.Cette pseudotachylite naturelle, un million de fois plus grande que son analogue expérimental, s’est formée dans les mêmes conditions de pression et de température. La grande similitude entre ces failles sur le terrain et au laboratoire indique un mécanisme similaire, et donc que les expériences montrent un mécanisme de rupture représentatif de ce qui se passe dans la nature. D’autre part, de l’H2O, trouvée fossilisée dans la pseudotachylite, était présente pendant la rupture sismique.Ce travail réconcilie des décennies d’études semblant contradictoires sur le lien entre séismes mantelliques et déshydratation de l’antigorite. À une certain échelle, une fraction d’antigorite de seulement 5 %vol. suffit à déclencher une sismicité, qui pourrait finalement être vue comme un indicateur du degré d’hydratation dans le manteau lithosphérique. / Intermediate-depth earthquakes (30-300 km) have been extensively documented within subducting oceanic slabs but their physical mechanisms remain enigmatic. Earthquakes occur both in the upper and lower Wadati-Benioff planes. The latter is located in the mantle of the subducted oceanic lithosphere, 15-40 km below the plate interface, and is thought to be due to the dehydration of antigorite, the high-temperature serpentine.To test this hypothesis and understand which mechanism is at play in the lower plane, both experiments (Griggs and D-DIA) and field work (Balmuccia, Italy) have been performed.Artificial peridotites were dehydrated during deformation at upper mantle conditions. Between 1 and 3.5 GPa, acoustic emissions are recorded in samples with only 5 vol.% antigorite. Associated microfaults are sealed by fluid-bearing pseudotachylytes, showing that antigorite destabilization triggered dynamic shear failure and frictional melting of olivine. These results lead to a model in which dehydration-induced stress transfer, rather than fluid overpressure, is the trigger of mantle rocks embrittlement.Simultaneously, a pseudotachylyte from the Balmuccia peridotite reveals the recorded sliding history of an ancient Mw > 6 earthquake. The co-seismic fault lubrication is complete and transient, as the melt could rapidly flow into tensile fractures generated by the rupture front pass through, possibly faster than it is produced. Melt suction within the fractures led to rapid cooling and may have promoted strength recovery and sliding arrest.This natural pseudotachylyte, one million times larger than the experimental ones, has formed at the same pressure and temperature. The high similarity between those experimental and natural faults indicates a similar mechanism at both scales, and thus that the experiments show a rupture mechanism representative of what happens in nature. Furthermore, H2O, found fossilized in the pseudotachylyte, was somehow present during the seismic rupture.This work reconciles decades of apparently contradictory studies on the possible link between mantle earthquakes and serpentine dehydration. At a certain scale, an antigorite fraction as low as 5 vol.% is sufficient to trigger seismicity, which could therefore ultimately be seen as an indicator for the degree of hydration in the lithospheric mantle.

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.

Afin de fournir une meilleure prévision du mouvement du sol attendu dans la région de Port-au-Prince, ce travail de thèse propose de détecter et de quantifier les effets de site, d’analyser les caractéristiques des ondes sismiques piégées dans la couche meuble du bassin, et de simuler des accélérogrammes synthétiques réalistes que produirait un séisme futur. A cette fin, nous proposons d’analyser les signaux de 78 séismes qui ont eu lieu entre mars 2010 et février 2013 en appliquant les méthodes de rapports spectraux H/V séisme et SSR. Cette étude met en évidence une forte variabilité spatiale dans les amplifications mesurées, qui est tout à fait cohérente avec la géologie de surface très hétérogène de la zone. On note aussi des amplifications à basse fréquence sur les sédiments marins proches de la côte. Sur les contreforts du massif de la Selle, les réverbérations des ondes sismiques amplifient fortement le mouvement sismique au sommet de la colline. De plus, sur certaines stations nous mettons en évidence, un allongement du signal dû à la présence d’ondes de surface. Pour la génération des accélérogrammes synthétiques, nous utilisons d’abord la méthode des fonctions de Green empiriques. Les résultats obtenus montrent que les mouvements du sol les plus forts sont attendues dans les sédiments quaternaires près de la côte et sur les crêtes des collines du Sud de Port-au-Prince. Ensuite, une méthode hybride de simulation combinant fonctions de transfert complexes et simulations EGF au rocher a été mise en place, et validée à partir de test sur des sites instrumentés de la région métropolitaine de Port-au-Prince / In order to help estimating the seismic ground motion expected in the Port-au-Prince area (Haiti), we characterize local site effects, pointing out the seismic waves trapped in the loose layer of Cul-de-Sac basin, and provide realistic synthetic accelerograms for an hypothetical future earthquake.To this end, we propose to analyze signals from 78 earthquakes that occurred between March 2010and February 2013, by applying two methods of spectral ratios : The H/V earthquake method and the classical spectral ratio (SSR). A strong spatial variability was observed in the measured amplifications, which is quite consistent with the heterogeneous surface geology of the area. We notice in particular strong amplification on marine sediments close to the coast. In the foothills of the Massif de la Selle the reflection of the seismic waves lead to the concentration of the wave fields that strongly amplify seismic ground motion at the top of the hills. In addition, an increase of the signal duration due to the presence of surface waves was also highlighted on some stations of the plain. For the generation of synthetic accelerograms, we first use Empirical Green functions (EGF) method. The results show that the strongest acceleration is expected in Quaternary sediments near the coast and on the ridge of south hills of Port-au-Prince. Then, a hybrid simulation method combining complex transfer functions (amplitude and phase) and the EGF simulation on bedrock was set up and validated from testing on instrumented sites in the metropolitan area of Port-au-Prince

Ce travail est une étude détaillée des rapports spectraux de doublets de séismes.Ses objectifs sont l'étude des sources de petits séismes et la mise au point d'une technique de mesure des variations temporelles du facteur de qualité de la coda des séismes, une mesure clef pour les études de prédiction de séismes. La première partie du mémoire est consacrée à l'estimation des erreurs sur le rapport spectral. Cette analyse méthodologique permet de définir les limites d'application de la méthode du rapport spectral, en particulier pour évaluer les variations de Q dans la coda, dans la mesure où la cohérence à haute fréquence est mauvaise pour de grands temps de parcours. La deuxième partie traite de doublets spatiaux et met en évidence de très faibles changements du processus d'ouverture entre les deux séismes. Plusieurs doublets montrent une organisation azimutale des pentes de rapports spectraux des ondes de volume: celle-ci est expliquée par des décalages du point d'initiation de la rupture par rapport aux limites du plan de faille. Des changements de chute de contrainte et du déplacement moyen sont observés dans un autre cas. Il existe des variations du rapport spectral dans la coda de doublets spatiaux. Elles sont expliquées par la rétrodiffraction des ondes de la coda, et l'organisation azimutale des pentes du rapport spectral. Cette observation incite à la prudence en ce qui concerne l'interprétation de variations du rapport spectral dans la coda en terme de changements temporels de l'atténuation dans la croûte supérieure. La troisième partie est consacrée à ce problème de la mesure précise des changements d'atténuation en fonction du temps. De nombreux auteurs insistent sur l'intérêt de cette mesure pour suivre l'ouverture et la fermeture de microfissures dans la croute et pour prédire des séismes. Les doublets temporeIs sont en théorie un outil privilégié pour détecter de très petites variations de l'atténuation dans le milieu. Cependant, même des doublets localisés à quelques mètres de distance peuvent avoir des sources légèrement différentes, la difficulté étant de bien séparer ce qui est dû à la source de ce qui est dû au milieu. Les résultats de ce travail montrent qu'il n'y a pas eu de variations de l'atténuation supérieure à 1 % à l'échelle régionale, malgré l'occurence d'un séisme de magnitude 6. Par contre, les variations du rapport spectral à basse fréquence, localisée dans la région de Hollister où ont été détectée une variation de la vitesse des ondes 5, sont à relier à un Changement local des conditions de la propagation.