Les observations récentes ont mis en évidence la diversité des régimes de glissement des failles, et particulièrement l'existence de glissements asismiques transitoires, les séismes lents. Ce travail a pour objectif la compréhension de l'impact de ces séismes lents sur le cycle sismique. La zone étudiée correspond à la zone de subduction du sud du Mexique, au niveau de la lacune sismique de Guerrero. A partir de mesures de déplacement de surface, principalement par GPS, le glissement sur l'interface de subduction est modélisé par des dislocations dans un milieu élastique. Cette analyse nous permet de contraindre l'évolution spatio-temporelle de deux épisodes de glissements lent (2006 et 2009-2010), ainsi que le couplage de l'interface de subduction. Nos résultats montrent une certaine variabilité dans l'évolution spatio-tempororelle des deux glissements étudiés : le séisme lent de 2006 présente clairement une propagation du glissement, à une vitesse d'environ 1 km/jour ; le séisme lent de 2009-2010 présente deux sous-évènements, l'occurrence du deuxième sous-évènement étant liée au déclenchement par le séisme de Maule au Chili. Nos résultats mettent également en évidence les variations latérales dans le couplage intersismique de l'interface de subduction : le couplage dans la lacune sismique de Guerrero étant 4 fois plus faible que le couplage de part et d'autre de la lacune. Ainsi la majeure partie du glissement est accommodée par les séismes lents dans la lacune sismique de Guerrero.

Ces dernières années ont vu le développement d'une nouvelle méthode d'imagerie des structures géologiques basée sur l'utilisation du bruit sismique continu. Dans ce travail nous avons utilisé cette approche dans deux problématiques différentes. La première consiste à réaliser le suivi temporel des vitesses des ondes sismiques dans la croûte lors de séismes lents qui ont eu lieu dans la région de Guerrero au Mexique. Les séismes lents sont des glissements asismiques et transitoires qui ont été découverts récemment dans la lacune sismique de Guerrero. Ils sont considérés comme une part importante de la relaxation des déformations dans le cycle sismique. Les séismes lents affectent le processus de chargement et déchargement de l'interface, il est donc important de comprendre le comportement mécanique de la subduction dans cette région pour mieux évaluer le risque sismique. Dans notre étude, nous avons mesuré les perturbations de vitesse des ondes associées à deux séismes lents en 2006 et 2009-2010 à partir des enregistrements continus du bruit sismique. Pour chacun des deux séismes lents on observe une chute de vitesse : elle s'élève à 0.2% pour celui de 2006 et à 0.8 % pour celui de 2009-2010. Au cours de ces séismes lents, les ondes de longues périodes (>10 s) sont perturbées. A courtes périodes, aucune variation de vitesse n'est observée ce qui suggère qu'un endommagement des couches superficielles de la croûte ne peut pas être à l'origine du changement de vitesse. Par ailleurs, la perturbation de vitesse est reliée au taux de dé- formation plutôt qu'à la déformation elle-même. Cette observation suggère que pendant de forts séismes lents, la croûte chevauchante présente un comportement mécanique non linéaire. Nous pouvons donc utiliser les variations de vitesse comme des marqueurs du taux de déformation du milieu. Enfin, une corrélation entre les trémors non volcaniques et les variations de vitesse suggère qu'une part importante de la déformation résultant des séismes lents est accommodée par la croute chevauchante. La deuxième problématique abordée dans cette thèse est l'imagerie de structures à fort contraste de vitesse et dans lesquelles la propagation des ondes de surface est complexe. Imager et comprendre la propagation des ondes dans la vallée de Mexico est crucial pour l'estimation du risque sismique à la capitale. Nous mesurons la dispersion des ondes de Rayleigh reconstruites à partir d'intercorrélations de bruit de fond sismique. Pour identifier les modes nous utilisons une mesure du rapport spectral des composantes horizontales sur la composante vertical (H/V) sur la coda des séismes que l'on compare avec le rapport H/V théorique. Grâce à cette identification des modes, nous pouvons retrouver le modèle de vitesse de la structure.

Ces dernières années ont vu le développement d'une nouvelle méthode d'imagerie des structures géologiques basée sur l'utilisation du bruit sismique continu. Dans ce travail nous avons utilisé cette approche dans deux problématiques différentes. La première consiste à réaliser le suivi temporel des vitesses des ondes sismiques dans la croûte lors de séismes lents qui ont eu lieu dans la région de Guerrero au Mexique. Les séismes lents sont des glissements asismiques et transitoires qui ont été découverts récemment dans la lacune sismique de Guerrero. Ils sont considérés comme une part importante de la relaxation des déformations dans le cycle sismique. Les séismes lents affectent le processus de chargement et déchargement de l'interface, il est donc important de comprendre le comportement mécanique de la subduction dans cette région pour mieux évaluer le risque sismique. Dans notre étude, nous avons mesuré les perturbations de vitesse des ondes associées à deux séismes lents en 2006 et 2009-2010 à partir des enregistrements continus du bruit sismique. Pour chacun des deux séismes lents on observe une chute de vitesse : elle s'élève à 0.2% pour celui de 2006 et à 0.8 % pour celui de 2009-2010. Au cours de ces séismes lents, les ondes de longues périodes (>10 s) sont perturbées. A courtes périodes, aucune variation de vitesse n'est observée ce qui suggère qu'un endommagement des couches superficielles de la croûte ne peut pas être à l'origine du changement de vitesse. Par ailleurs, la perturbation de vitesse est reliée au taux de dé- formation plutôt qu'à la déformation elle-même. Cette observation suggère que pendant de forts séismes lents, la croûte chevauchante présente un comportement mécanique non linéaire. Nous pouvons donc utiliser les variations de vitesse comme des marqueurs du taux de déformation du milieu. Enfin, une corrélation entre les trémors non volcaniques et les variations de vitesse suggère qu'une part importante de la déformation résultant des séismes lents est accommodée par la croute chevauchante. La deuxième problématique abordée dans cette thèse est l'imagerie de structures à fort contraste de vitesse et dans lesquelles la propagation des ondes de surface est complexe. Imager et comprendre la propagation des ondes dans la vallée de Mexico est crucial pour l'estimation du risque sismique à la capitale. Nous mesurons la dispersion des ondes de Rayleigh reconstruites à partir d'intercorrélations de bruit de fond sismique. Pour identifier les modes nous utilisons une mesure du rapport spectral des composantes horizontales sur la composante vertical (H/V) sur la coda des séismes que l'on compare avec le rapport H/V théorique. Grâce à cette identification des modes, nous pouvons retrouver le modèle de vitesse de la structure. / Recent years have seen the development of a new method for imaging geological structures based on continuous seismic noise. In this work we used this approach in two different problems. The first is to monitor seismic waves velocity in the crust during slow slip events that occurred in the region of Guerrero in Mexico. These slow slip events are aseismic transients that were observed recently in the seismic gap of Guerrero. They are considered an important part of the strain relaxation in the seismic cycle. Since slow slip events affect the process of loading and unloading of the interface, it is important to understand the mechanical behavior of the subduction in this region to better assess the seismic risk. In our study, we measured wave velocity perturbations associated with two slow slip events in 2006 and 2009-2010 from continuous recordings of seismic noise. For both events we observed a drop in wave speed : it reaches 0.2 % in 2006 and 0.8 % in 2009-2010. During these slow slip events waves of long periods (> 10 s) are disturbed. At short period, no velocity variation is observed suggesting that damage of the superficial layers of the crust cannot produce such velocity perturbation. Moreover, the wave speed change is related to the strain rate rather than the deformation itself. This observation suggests that during strong slow slip events the overriding crust presents a nonlinear mechanical behavior. We can therefore use the velocity variations as a proxy of the strain rate of the medium. Finally, a correlation between non-volcanic tremor and changes in waves speed suggests that part of the deformation resulting from the slow slip events is accommodated by the overriding crust. The second issue addressed in this thesis is imaging geological structures with high velocity contrast in which the propagation of surface waves is complex. Charac- terizing and understanding wave propagation in the Valley of Mexico is crucial for the estimation of seismic risk in Mexico City. We measure the dispersion of Rayleigh waves reconstructed from cross-correlations of seismic noise. To identify the modes of Rayleigh waves we use a measure of the spectral ratio of the horizontal components to the vertical component (H / V) in the coda of earthquakes which are compared with the theoretical H / V. With this identification method, we can find the velocity model of the structure.

Ce travail de thèse a pour objectif la reproduction et l'analyse du comportement invariant d'échelle, tel que l'on peut le trouver dans la nature et en particulier au niveau d'une faille tectonique. Pour cela, une expérience reproduisant la structure locale d'une faille par le cisaillement d'un milieu granulaire 2D a été montée et exploitée. L'utilisation de conditions aux limites périodiques dans cette expérience permet l'acquisition d'une statistique très riche, principal défaut des expériences présentes dans la littérature. Le suivi du système est effectué à la fois par des moyens optiques, mécaniques et acoustiques, ces derniers fournissant les informations les plus nombreuses et les plus précises. La dynamique a montré une invariance d'échelle compatible avec les lois statistiques existantes pour les tremblements de terre réels. Les corrélations entre les avalanches et entre les différents moyens de mesure sont analysées. Des expériences complémentaires ont été réalisées pour mieux comprendre les mécanismes à l'œuvre lors du déclenchement d'une avalanche et pendant son déroulement. La principale concerne la propagation d'une onde acoustique au sein d'un milieu granulaire, et a montré qu'une simple mesure de la vitesse de l'onde permet d'obtenir des informations sur la structure interne de l'empilement. L'utilisation d'un matériau photoélastique a permis, suite à une calibration adaptée, de sonder les forces locales au niveau des contacts entre grains et de voir l'évolution des réseaux de force dans le milieu au cours du cisaillement / The aim of this thesis is to reproduce and analyze the scale invariant behavior, as one can find in nature and in particular for a tectonic fault. Thus we set an experiment which reproduces the local structure of a fault thanks to a sheared 2D granular medium. The use of periodic boundaries in the experiment allows us to gain a very rich statistics, which was lacking in previous experiments presented in the literature. The system is monitored by three different methods: optical, mechanical and acoustics, which gives the most numerous and most precise informations. We observed scale invariant dynamics, consistent with statistical laws derived for real earthquakes. We also analyzed the correlations between avalanches and between the three monitoring methods. Additional experiments have been performed to better understand the mecanisms that take place at the triggering and during an avalanche. The main one focuses on sound wave propagation inside a granular pile, and we have shown that a mere velocity measure can give information about the internal structure of the pile. The use of a photoelastic material allows us (with appropriate calibration) to probe local forces at the edges and contacts of the grains and to see the evolution of force chains during the shear

Dans les chaînes de montagnes, les séismes de magnitudes intermédiaires à fortes (Mw>6) déclenchent systématiquement un grand nombre de glissements de terrain responsables de l'introduction de volumes massifs de sédiments dans le réseau fluviatile. L'évacuation progressive de ces sédiments hors de la zone épicentrale affecte la dynamique des rivières et provoque des aléas hydro-sédimentaires dans les plaines alluviales (avulsion des rivières, crues...). La quantification des transferts sédimentaires est essentielle pour mieux comprendre l'évolution des paysages à court et moyen terme (de l'heure au siècle) et permettre une gestion efficace des risques dans les zones d'accumulation. Cependant, les flux de sédiments grossiers étant difficiles à mesurer, les facteurs contrôlant l'évacuation des glissements de terrain restent à ce jour mal compris. Cette thèse a donc porté sur l'étude, via la modélisation, des paramètres influençant la mobilisation des glissements de terrain, la préservation de la capacité de transport la transition entre gorge et plaine alluviale et la dynamique court terme des cônes alluviaux soumis à de forts apports sédimentaires. Les approches développées sont appliquées au contexte de la côte Ouest de la Nouvelle Zélande où la probabilité d'occurrence d'un séisme de magnitude 8 est de 50% dans les 50 ans à venir. Cette problématique à été abordée analytiquement et via une approche numérique avec le modèle 2D d'évolution des paysages et des rivières, Eros. Avec l'approche analytique, nous démontrons que la conservation de la capacité de transport long terme à la transition entre gorges et plaines alluviales est généralement réalisée par le passage à un système en tresse. Nous identifions aussi la variabilité des débits comme facteur dominant de la capacité de transport long terme comparé à l'effet de la végétation riparienne. Avec l'approche numérique, nous utilisons Eros qui est composé 1. d'un modèle hydrodynamique 2D, 2. d'un modèle de transport/dépôt de sédiments et 3. de modèles gérant les flux latéraux d'érosion et de dépôt. La combinaison de ces éléments permet l'émergence de diverses géométries de rivières alluviales (droites/sinueuses ou en tresses) en fonction des forçages externes qu'elles subissent (débit d'eau, flux sédimentaires). L'application d'Eros à des cas naturels a nécessité la validation et la calibration de ses paramètres principaux à l'aide: 1. de solutions analytiques et 2. de la reproduction morphodynamique de systèmes naturels, tel que l'évolution de la rivière Poerua en Nouvelle Zélande suite au glissement de terrain du Mont Adams. Dans la partie aval du bassin, les simulations numériques démontrent les capacités du modèle 1) à prédire efficacement l'évolution de plaines alluviales soumises à plusieurs scénario d'apports sédimentaires massifs et 2) à générer des cartes de risques probabilistes. Dans la partie amont du bassin, les résultats mettent en évidence le rôle clef de la réduction dynamique de largeur des rivières par rapport à la largeur de la gorge fluviatile, sur l'accélération de l'évacuation des sédiments issus des glissements de terrain. Une loi unique caractérisant les temps d'export d'une distribution de glissements de terrain peut être définie en fonction du rapport entre volume de sédiment et capacité de transport initiale de la rivière, permettant ainsi d'estimer leur temps de résidence moyen à 5-30 ans pour un scénario de séisme de Mw=8 beaucoup plus faibles que ceux estimés précédemment (~100 ans). L'approche numérique développée dans ce travail suggère que l'étude de la réponse des chaînes de montagnes à un forçage sismique fort ne peut être effectuée efficacement qu'avec un modèle 2D capable de prendre en compte les non-linéarités entre écoulements des rivières, leurs géométries et le transport sédimentaire. Les résultats obtenus permettent une meilleure caractérisation de la dynamique des paysages à l'échelle du cycle sismique et des aléas à court terme. / In mountainous areas, intermediate to large earthquakes (Mw > 6) systematically trigger a large number of landslides supplying the fluvial network with massive volumes of sediment. The progressive evacuation of the sediment out of the epicentral area alters river dynamics and may cause hydro-sedimentary hazards in alluvial plains (river avulsion, inundations, bank erosion, ...). The quantification of sediment transfers is critical to better understand landscape evolution on short timescales (i.e. hours to centuries) and improve hazard management in deposition areas. However, the factors controlling the coarse sediment transfers are still poorly known due to a lack of field measurements and adequate numerical models. The aim of this work is thus to study, via numerical modeling, the parameters influencing landslides evacuation, the transport capacity variations at the gorge/alluvial plain transition and the short-term dynamics and hazards of alluvial fans. This work is set up in the context of the West Coast of New Zealand (NZ) which presents a 50% probability to experience a magnitude 8 earthquake in the next 50 years. This problematic has been addressed analytically and via a numerical approach. Using the analytical approach, we demonstrate that the conservation of long-term transport capacity at the bedrock gorge and alluvial plain transition usually implies the channel narrowing in the alluvial part that is generally realized by a transition to a braided system. We identify discharge variability as the dominant factor of alluvial river long term transport capacity compared to riparian vegetation. To explore the role of channel self-organization on coarse sediment transport, we use Eros, a 2D morphodynamic model able to simulate landscape evolution improved by a new 2D hydrodynamic model. Combined with a sediment transport/deposition model and lateral fluxes modeling (bank erosion and transverse deposition), Eros allows for the emergence of diverse alluvial river regimes and geometries (e.g. straight/sinuous and braided channels) as a function of the external forcing experienced by the river (water and sediment fluxes). The application of Eros on natural cases has required the validation and calibration of its principal parameters using analytical solutions and the morphodynamic reproduction of natural systems such as the evolution of the Poerua river in New Zealand following the Mount Adams landslide. In the downstream part of the catchment, the ensemble numerical simulations demonstrate Eros abilities to 1) efficiently predict the morphodynamic evolution of alluvial fans submitted to different scenarios of large sediment supplies and 2) generate probabilistic risk maps. In the upstream part, the results highlight the dominant role of dynamic river narrowing reducing export times of landslide-derived sediments. We define a new law characterizing export times as a function of landslide volume and pre-landslide transport capacity that predicts mean residence times for a M8 earthquake in a mountain range of 5-30 yr, much lower than previous estimations of ~ 100 yr. The numerical approach developed in this work suggests that the study of mountain ranges response to severe landslide disruption can only be addressed with a 2D model able to account for the non-linearities between river flow, channel geometry and sediment transport. The results allow for a better characterization of landscape dynamics at the scale of a seismic cycle and hydro-sedimentary hazards in the short term.

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

Les doublets de séismes sont un outil puissant de mesure des variations très fines du milieu dans lequel les ondes se sont propagées ou des sources qui leur ont donné naissance. Ils permettent en particulier l'étude de l'évolution temporelle des paramètres de la croûte (vitesses, facteurs de qualité), objectif se situant dans un cadre de prévision sismique. La première partie est consacrée à la recherche de techniques optimales pour mesurer les différences entre les 2 séismes d'un doublet. Le filtre de Wiener permet de caractériser la relation existant entre les sismogrammes. Ce filtre présente des fluctuations, en temps et en fréquence, liées aux diverses phases (ondes P, ondes S, coda). La mesure d'écarts de temps entre nos signaux est réalisée à l'aide de plusieurs estimateurs temporels afin de déterminer l'estimateur le plus fiable. Les différences des temps de propagation des ondes sont obtenues avec une précision de 1 ms. La seconde partie s'intéresse aux variations temporelles de l'atténuation dans la croûte et aux effets de sources. Dans un premier temps, une étude des sources sismiques des doublets est présentée. Celle-ci permet de situer la taille des sources par rapport à la distance les séparant. Deux méthodes sont utilisées pour mesurer des changements du facteur de qualité ou des différences dans les sources sismiques: méthode du rapport spectral et méthode d'estimation de la forme d'onde. Les rapports spectraux observés, pour les ondes P et les ondes S, présentent des pentes qui peuvent s'interpréter comme des variations d'atténuation ou des mécanismes au foyer différents. Bien qu'il soit difficile de démêler les effets liés au trajet et ceux liés aux sources, il semble qu'une variation du facteur de qualité de quelques % se soit produite entre les 2 séismes des doublets étudiés. L'analyse d'un doublet spatial permet d'observer par ailleurs que la schématisation des spectres de déplacement du sol par un niveau plat. et une fréquence coin n'est pas très réaliste pour les séismes utilisés dans cette étude.

Les glissements de terrain constituent un risque naturel majeur à l’origine de dégâts matériels et humains considérables. Les séismes sont l’une des principales causes de leur déclenchement dans les orogènes actifs. Dans la zone épicentrale, le passage des ondes sismiques perturbe le champs de contraintes local ce qui peut provoquer le dépassement du seuil de stabilité des versants. La probabilité de déclenchement d’un glissement de terrain sismo-induit sur une pente donnée est donc fonction de facteurs liés au mouvement du sol et aux caractéristiques géologiques et topographiques de celle-ci. Très peu de données sismiques sont disponibles sur les versants et les modèles d’interpolation sont peu précis. Or le mouvement sismique peut s’avérer très variable à l’échelle d’un bassin du fait de la présence d’effets de site. L’étude de la réponse sismique d’un relief taïwanais nous permet de documenter ces effets et de prendre connaissance de la complexité du mouvement enregistré sur ce relief à la suite du passage de l’onde. Un réseau de six stations larges-bandes a été déployé, au travers de ce relief large d’environ 3km. Entre mars 2015 et juin 2016, ce réseau a permis d’enregistrer la réponse des sites à plus de 2200 séismes régionaux (magnitude Ml>3, distance hypocentrale<200km). Bien que distants de quelques centaines de mètres, les sites présentent tous une réponse qui leur est caractéristique résultant d’une combinaison complexe entre la topographie et la géologie du site. A fréquences modérées, correspondant à des longueurs d’ondes du mouvement pouvant contribuer au déclenchement de glissements de terrain, l’amplification du mouvement sismique est principalement due à la géologie locale et non à la topographie, comme montré par les indicateurs classiques (SSR, PGA, PGV et Arias) extraits des réponses des stations aux séismes. La topographie semble néanmoins jouer un rôle dans la durée du mouvement sismique fort aux stations situées sur les crêtes et en bordure de bassin sédimentaire, par effet de résonance et génération d’ondes de surface. La contribution prédominante de la géologie dans le déclenchement des glissements de terrain sismo-induits est également montrée par l’analyse de leur position sur les versants pour les glissements associés aux séismes de Northridge (Mw 6.7, 1994, Etats-Unis), de Chi-Chi (Mw 7.6, 1999, Taiwan), et de Wenchuan (Mw 7.9, 2008, Chine). En effet, bien que les glissements sismo-induits se localisent statistiquement plus haut sur les versants que les glissements d’origine climatique, on note que cette tendance est fortement modulée par la géologie des bassins. En fonction des « attracteurs », tels que des failles ou forts contrastes lithologiques, présents dans les bassins, les glissements tendent à se déclencher plus ou moins haut sur les versants, là où le potentiel de rupture est plus fort. Les propriétés mécaniques des pentes sont peu contraintes dans les zones montagneuses. Souvent leurs paramètres géotechniques sont estimés à partir des cartes géologiques régionales, or ils peuvent varier fortement pour une même lithologie d’un bassin à un autre. En considérant un modèle frictionnel simple de stabilité des pentes, on propose d’inverser des paramètres de type Coulomb à partir de la distribution des pentes des glissements de terrain sismo-induits à l’échelle des bassins dans les zones épicentrales des séismes de Northridge, Chi-Chi et Wenchuan. La variation spatiale de ces paramètres semble cohérente avec celle de la lithologie et la profondeur des sols. / Landslides are a major natural hazard that cause significant damages and casualties to people. Earthquakes are one of their main triggers in active mountain belts. In epicentral area, the passage of seismic-waves that disrupt the stress-field, leads the slope stability threshold to be exceeded. Co-seismic slope failure probability thus depends on complex interactions between the ground-motion and the slope geology and geometry. A few seismic data are available on mountain slopes and the resolution of ground-motion models is generally low. Yet strong variation of ground-motion from one ridge to another can be felt due to site effects. We document site effects across topography and show the complexity of slope responses to earthquakes using a seismic network set across a Taiwanese ridge. Six broadband seismometers were set along the profile of this 3km wide ridge. From March 2015 to June 2016, more than 2200 earthquakes (magnitude Ml>3 and hypocentral distance<200km) were recorded. Although the sites are within a distance of hundreds of meters they all show different characteristic responses that are related to a complex combination of the geology and topography of the sites. At medium frequency corresponding to groundmotion wavelength that could affect slope stability, the ground-motion amplification is mostly related to the local geology and the topographic effect seems relatively negligible as attested by current indicators measured at the stations (PGA, PGV, Arias, SSR). However the duration of strong ground-motion at the ridge crests and slope toe seems to be related to possible resonance effects and surface wave generation due to the geometry of the topography. The strong contribution of the geology to co-seismic landslide trigger is demonstrated by the analysis of their position along hillslopes for the co-seismic landslides triggered by the Northridge earthquake (Mw 6.7, 1994, USA), the Chi-Chi earthquake (Mw 7.6, 1999, Taiwan), and the Wenchuan earthquake (Mw 7.9, 2008, China). Indeed, although co-seismic landslides are statistically located higher on hillslopes than the rainfall-induced landslides, we show that this tendency is strongly modulated by the geology. According to the “potential landslides attractiveness” of geological structures, such as faults or lithological contrasts, present in the watershed, the slope failure would occur more or less upslope, where the failure probability is the highest.Slope mechanical properties are not well constrained in mountain area. Their geotechnical parameters are usually estimated using information provided by geological maps, but even for the same lithology they can strongly differ for one basin to another. Considering one simple friction model for seismic slope stability, we propose to invert Coulomb related parameters using the slope distributions of the landslides triggered by the Northridge, Chi-Chi and Wenchuan earthquakes. The spatial variation of these parameters seems to be in agreement with the lithology and soil depth at the first order.

La première partie de la thèse analyse les relations entre séismes et contraintes. Après un rappel sur la mécanique des milieux continus et son application aux contraintes dans le globe, on présente le calcul des déplacements engendrés par une faille rectangulaire de jeu et de pendage quelconques, dans un demi-espace élastique homogène. La deuxième partie est consacrée à l'étude des doublets sismiques, c'est-à-dire des paires de séismes ayant des formes d'onde identiques. On distingue des doublets temporels, situés au même endroit mais à des dates différentes, et des doublets spatiaux situés à quelque distance l'un de l'autre (au plus quelques centaines de mètres), mais à des dates très rapprochées. L'étude de ces données est fondée sur une analyse interspectrale par fenêtre mobile. Pour une fenêtre donnée, on mesure le délai (décalage en temps) entre les deux signaux en calculant la pente du déphasage en fonction de la fréquence. On calcule aussi la cohérence et le rapport spectral pour chaque fréquence. Le délai est mesuré avec une précision atteignant 1 ms, et ceci en tout point du sismogramme. L'étude porte sur 24 doublets et multiplets (67 séismes au total) situés en Californie centrale, à l'aide d'une soixantaine de stations du réseau CALNET. La relocalisation relative des séismes d'un multiplet est faite avec une précision atteignant 1 mètre. On a pu ainsi démontrer la simplicité et l'unicité locale des plans de faille en profondeur. Le délai mesuré dans la cauda permet de préciser l'origine de celle-ci, profonde pour les stations à l'écart des failles, superficielle pour les stations à l'aplomb des grandes failles. L'étude des doublets temporels permet de mesurer les variations de vitesse des ondes dans la croate avec une grande précision. Une variation régionale induit un " étirement de sismogramme ". La mesure de ce dernier permet une résolution de 0,01 % de variation de vitesse des ondes S. Les variations ainsi mesurées atteignent 0,4 % dans la région de Hollister et sont attribuées au séisme de Coyote Lake (M=5,6).

Le but de ce travail est de préciser la déformation en mer à l'est de Taïwan et de notamment caractériser les failles actives majeures en particulier au niveau de l'avant-arc des Ryukyus. Le problème majeur associé à l'étude de cette région est que les séismes sont localisés en dehors des réseaux permanents et que cela conduit à des localisations peu précises limitant les analyses statistiques, tectoniques et donc l'estimation correcte de l'aléa sismique. Ce travail est inclus dans le projet ANR ACTS (Active Tectonics and Seismic Hazard in Taiwan). Pour atteindre cet objectif, nous travaillons à trois échelles de temps différentes pour lesquelles une méthode de localisation différente a été proposée pour obtenir une image précise de la déformation sismique et mettre en évidence les failles majeures en mer à l'est de Taïwan. D'abord, à l'échelle du siècle (à partir de l'analyse d'un catalogue de sismicité homogène en magnitude), les séismes historiques instrumentaux (1897-2007) montrent que la marge des Ryukyus a été affectée par 6 séismes de magnitude supérieure à 7 dont 4 pour lesquels la faille responsable n'est pas connue. Nous proposons une méthode de localisation relative qui permet de relocaliser les évènements historiques à partir des différences de temps d'arrivées P et S (Ts-Tp) à chaque station. La localisation est obtenue en recherchant les séismes analogues dans le catalogue instrumental récent (1991-2008) pour lesquels Ts-Tp à chaque station est proche. Cette méthode a été appliquée au plus gros séisme (en terme de magnitude) jamais enregistré à Taïwan, le séisme du 5 juin 1920 (M7.7 $\pm$ 0.2). Ce séisme a certainement pour origine une rupture sur l'interplaque sismogène de la subduction des Ryukyus avec une possible nucléation à la base d'une faille hors-séquence. Ensuite, à l'échelle de la dizaine d'années, l'amélioration de la méthode de localisation absolue du MAXimum d'Intersection EDT (MAXI, EDT: Equal Differential Time) permet de mieux extraire les temps d'arrivées erronés et empêche les "trade-off" entre profondeur et temps d'origine et, entre profondeur et position épicentrale lorsque la couverture azimutale est faible (gap azimutal > 180°). Des tests synthétiques montrent l'efficacité de MAXI (en utilisant les ondes P uniquement) à déterminer les paramètres x, y et z même lorsque le gap azimutal est important. Dans ce dernier cas, la qualité des résultats reste dépendant du modèle de vitesse à représenter la structure 3D de la Terre. Nous proposons une démarche associant l'utilisation d'un modèle de vitesse des ondes P 3D a priori avec la méthode MAXI pour localiser les séismes qui sont latéraux et éloignés du réseau. Une application au cas de Taïwan et en Équateur valide cette approche. Enfin, à l'échelle de quelques mois, la campagne de géophysique marine RATS (Ryukyu Arc: Tectonics and Seismology) a été menée en deux temps. Une expérience de sismologie passive de juillet à octobre 2008 (RATS1) a été menée au-dessus de l'avant-arc des Ryukyus puis une expérience de sismique active (réfraction et réflexion) a été menée en mai 2009 sur une ligne NNE-SSW à travers la marge des Ryukyus. Ces deux expériences combinées permettent d'améliorer notre connaissance de la structure crustale de la marge. Au niveau de l'avant-arc, le socle de l'avant-arc est caractérisé par une extrémité formant un butoir vertical et une base très déformée certainement associée à une importante déformation hors-séquence. En profondeur, la plaque plongeante est certainement affectée par une déchirure qui contrôle la sismicité dans cette région de transition entre la subduction et la collision.