Cette thèse traite de l'étude de la profondeur des séismes modérés (4 < M < 5.5), à travers l'utilisation de données telesismiques, c'est à dire à partir d'enregistrements de sismographes situes a des distances de 3000 jusqu'à 9000 km de la source. L'estimation de la profondeur d'un séisme s'obtient en comparant les temps d'arrivée de l'onde directe (P) générée par ce séisme, avec ceux des ondes réfléchies sur la surface de la Terre, au-dessus du foyer du séisme (les phases de profondeur pP, sP). Nous utilisons le réseau du CTBTO (Comprehensive Test-Ban-Treaty-Organization, composé de mini-réseaux (10-20 sismographes), nous permettant de développer deux nouvelles méthodes d'estimation de la profondeur. La première est une inversion complète du mécanisme au foyer, simultanément a la profondeur. La seconde est une méthode d'analyse spectrale : le cepstre. A l'aide d'exemples de séismes en zone intracontinentale, nous montrons que ces deux méthodes sont complémentaires et qu'elles apportent une information nouvelle sur l'estimation de la profondeur pour les séismes de régions peu instrumentées. Dans un second temps, une optimisation de la méthode cepstrale a permis d'étendre l'estimation de la profondeur a l'utilisation de stations isolées provenant du réseau mondial IRIS. Cette nouvelle méthode, complètement automatique, a permis de localiser en profondeur les séismes de magnitude supérieure à 4.5 pour la zone de subduction de Guerrero (Mexique). Nous avons ainsi mis en évidence une répartition homogène des profondeurs des séismes dans la zone du gap de Guerrero. En combinant ces estimations de la profondeur de l'interface avec celles obtenues a l'aide d'une relocalisation de l'ensemble de la sismicité (par la méthode de l'ISC-Locator), nous proposons une imagerie de la géométrie de la subduction. Nous avons ensuite étudié l'influence de la profondeur sur les propriétés sismiques des séismes. En particulier, nous avons évalué la relation entre la profondeur et la chute de contrainte pour les séismes récents et modérés de la plaine du Pô, en Italie. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur le réseau accéléromètrique régional de l'INGV Milan pour estimer les spectres sources de ces séismes, puis en déduire les fréquences coins et les chutes de contraintes associées. Ces spectres sources s'obtiennent à l'aide d'une méthode d'inversion qui sépare simultanément l'effet de l'atténuation, les effets de sites et l'effet de la source sur les spectres des ondes S, générées par les séismes et enregistrées en surface par les accéléromètres. Après inversion, nous trouvons une faible augmentation de la chute de contrainte avec la profondeur. / This thesis deals with depth estimations of moderate earthquakes (4 < M < 5.5), observed through the use of teleseismic data. At teleseismic distances (from 3000 to 9000 km), estimations of earthquake depths come from the estimation of the delays between the arrival time of the direct P-wave and the arrival times of the waves which have been reflected on the surface above the source (known as : depth phases pP and sP). The CTBTO (Comprehensive Test-Ban- Treaty-Organization) monitoring system allows the detection of these teleseismic phases for weak events, with magnitudes below 5, since this global network is composed by arrays (10-20 close single stations, in the same location). Using this network, two methods were developed for teleseismic depth estimation. First, a depth-phase recognition method is applied, based on a new improved cepstral analysis. In addition, we have developed a focal mechanism genetic algorithm inversion. We have applied these two methods for earthquakes occurring in intracontinental areas and we have proved that these new depth determinations provide new and complementary information about the source for barely instrumented areas. We have also developed another method, completely blind and automatic, which consists in an improvement of the cepstral analysis. The reliability of this method to improve depth estimation has been proved by relocating the recent moderate seismicity of the Guerrero subduction area (Mexico). In the Guerrero area, this cepstral analysis efficiently clusters event locations. We then use teleseismic waves reflected on the subduction interface to evaluate the depth of the interface above the focal hypocenter, which allows to specify the subduction interface geometry. We have finally conducted an exhaustive analysis of the depth distributions, based on a relocalization of the ISC catalogue using the new ISC-Locator algorithm and we provide an improved image of the subduction. Finally, we have conducted a study of the relationship between earthquake depths and seismic properties. In particular, we have focused on the burning issue about the links between stress drops and focal depths. We have found an interesting case study with the Po Plain recent seismicity (Northern Italy). Brune's stress drops and magnitudes have been estimated from a generalized parametric inversion using the regional accelerometric network from INGV Milano. We have shown that there is only a slight dependency between stress drops and earthquake depths in the Po Plain.

Le rift de Corinthe (Grèce) a été depuis longtemps identifié comme un site d'importance majeure en Europe en raison de son activité tectonique intense. Il est l'une des régions continentales s'étendant plus rapidement dans le monde et il a l'un des taux les plus élevés de sismicité dans la région euro-méditerranéenne. Les études menées par GPS depuis 1990 indiquent un taux d'extension nord-sud à travers le rift d'environ 1,5 cm/an à son extrémité occidentale. Les observations géologiques montrent que la côte sud du rift connaît un mouvement de surrection alors que la côte nord est en subsidence. A la terminaison occidentale du rift, plusieurs failles actives se situent au voisinage ou à l'intérieur même de la ville de Patras qui se trouve exposée à un aléa sismique important. Le séisme de Movri (Achaïa) en juin 2008 et l'essaim sismique d'Efpalion (Fokida) en janvier 2010, survenus à quelques dizaines de kilomètres de Patras, ont attiré l'attention scientifique et sociétal sur cette région et apporté des éléments nouveaux à la connaissance géophysique de la région. La présence d'une pluralité de phénomènes géophysiques et les caractéristiques morphologiques font de cette région de Patras, et plus généralement du rift de Corinthe, un laboratoire naturel exceptionnel qui est devenu depuis vingt ans le lieu d'initiatives internationales coordonnées dans le Laboratoire du Rift de Corinthe et reconnu comme un Supersite par les agences spatiales. Sur le terrain des campagnes de mesures géodésiques et sismologiques ont eu lieu depuis 1990 et des réseaux permanents ont été déployés à partir de 2000. Dans le domaine de la télédétection, des données SAR sont disponibles depuis 1992 et la mission ERS1. Motivé par l'absence d'une cartographie précise et étendue de la déformation verticale de la zone et par les limitations du réseau GPS (en termes de densité de points) nous étudions, modélisons et interprétons un nombre important de données d'interférométrie SAR complétées par les données du réseau GPS. Les données d'interférométrie SAR sont très puissantes pour mesurer les mouvements verticaux, pour cartographier les déformations localisées sur des discontinuités, failles ou autres, pour cartographier et modéliser la déformation co-sismique produite par les tremblements de terre. Nous avons traité des données ascendantes et descendantes du capteur ASAR embarqué sur ENVISAT dans la période 2002-2010, et produit des cartes de vitesses (et séries temporelles) de points persistants (Permanent Scatterers) d'une part, de régions cohérentes (SBAS, Small Baseline Subsets) d'autre part. Ces deux types de cartes ont été combinés ainsi que contraint par les observations GPS afin d'en extraire les composantes verticales et est-ouest du champ de vitesses. Dans l'ensemble la chaîne de calcul fonctionne convenablement sur la région pourtant affectée par de nombreuses zones couvertes de végétation et par un relief important. Les résultats paraissent précis et robustes dans de nombreuses zones dans lesquelles le mouvement du sol était auparavant inconnu ou mal connu. Nous avons vérifié l'accord entre le GPS et les vitesses déduites de l'interférométrie radar, et comparés nos résultats avec ceux d'études indépendantes. Nous nous sommes concentrés sur des études de cas spécifiques et nous présentons les taux de déformation le long des sections transversales dans les zones de la ville de Patras, des abords du pont de Rion-Antirion, des centres urbains de Psathopyrgos, Aigion, Sellianitika, Nafpaktos, Akrata, de l'île de Trizonia ainsi que des deltas de Psathopyrgos, Sellianitika, Aigion, Mornos, Marathias et Akrata. Des déformations du sol apparaissent à l'intérieur même de la ville de Patras. Il s'agit non seulement de subsidences urbaines souvent observées ailleurs, mais aussi de mouvements de blocs superficiels vraisemblablement induits par les mouvements tectoniques profonds à la jonction entre une zone de faille décrochante, provenant de la zone de Movri et entrant à terre entre Rio et Patras (faille en trans-tension de Rio-Patras), et la faille normale de Psathopirgos à l'entrée du rift de Corinthe. La faille de Rio-Patras apparaît comme une structure de transition, oblique, entre le décrochement au sud et l'extension à l'est. La faille d'Aigion apparaît très active avec un taux de soulèvement d'environ 2mm/an, le taux le plus élevé observé dans l'ensemble du rift de Corinthe dans la période échantillonnée, ce soulèvement s'amortissant dans les trois kilomètres séparant cette faille de celle d'Hélike ouest. Les discontinuités observées dans le champ de déformation ne sont pas toujours corrélées avec une activité sismique enregistrée dans la même zone au cours de la période d'investigation. Le delta de Temeni-Valimitika, à l'est d'Aigion, est le seul delta de la zone qui ne subside pas (au moins dans sa plus grande partie). Nous pensons que c'est parce qu'il est situé sur le 'footwall' de la faille d'Aigion et que le processus de compaction/subsidence y est compensé par le processus de soulèvement tectonique dû à la faille. Tous les autres deltas sont en subsidence, en raison vraisemblablement du tassement de leurs sédiments, et dans les plus grands d'entre eux, il est possible d'observer une augmentation linéaire du taux de subsidence entre le bord intérieur du delta et sa côte. Les séismes survenus en 2008 et 2010 dans la zone d'étude sont modélisés par inversion de leurs paramètres de sources en utilisant un modèle de dislocation dans un demi-espace élastique homogène contraint par les données sismologiques, les données GPS et les données d'interférométrie SAR. La plupart des objets tectoniques que nous avons étudiés sont des éléments d'un point triple (diffus) séparant trois micro-plaques situées à la frontière entre le rift de Corinthe à l'est et la terminaison de l'arc hellénique à l'ouest. Nous avons brièvement étudié et discutons les déformations observées par interférométrie radar au sud de lac Trichonis et dans le graben Aitolien au nord d'Etoliko, c'est-à-dire dans la partie nord-ouest du point triple Enfin, pour être complet, et afin d'évaluer les capacités de la géodésie spatiale, nous présentons des discontinuités probablement dues à des glissements de terrain et quelques unes d'origine incertaine et requérant des investigations plus approfondies.

Nous modelisons les processus de glissement instable, en tenant compte de la geometrie souvent complexe des systemes de failles et des lois de frottement observees en laboratoire. Nous assimilons les failles a des interfaces de discontinuite dans un milieu elastique parfait, la croute, et utilisons une loi de frottement dependant du glissement deduite d'experiences qui montrent que la resistance du materiau diminue du seuil statique au seuil dynamique, proportionnellement au glissement. <br /><br />Nous proposons deux methodes numeriques. La premiere a pour but de simuler l'evolution temporelle spontanee d'un reseau de faille, soumis initialement a un champ de contraintes donne et auquel nous appliquons une perturbation initiale en vitesse. Elle utilise un schema de type Newmark en temps, et une discretisation spatiale en elements finis avec decomposition de domaine. Elle se revele capable de capturer efficacement les instabilites du glissement, et en particulier la phase d'initiation, qui precede la propagation de la rupture dynamique et qui se caracterise par une forme auto-similaire et une croissance exponentielle du glissement au cours du temps. Des experiences numeriques montrent que l'interaction, sur des segments de faille presentant un recouvrement significatif, se manifeste par l'existence de « zones d'ombre » dans lesquelles les contraintes sont dechargees et le glissement inhibe. En cas de recouvrement important de deux segments de faille, on observe une dissymetrie des profils de glissement, correspondant a la disparition de la singularite de contraintes a l'une des pointes de faille.<br /><br />Le deuxieme schema numerique realise l'analyse spectrale non lineaire du probleme de l'initiation « pseudo-linearise » autour de la position d'équilibre dans laquelle le système de failles est initialement au seuil de resistance statique. La non-linearite du probleme provient de la prise en compte des zones d'ombre dont on ne connait pas la geometrie a priori. Cette analyse permet de trouver le mode qui porte la signature de l'initiation, c'est-a-dire la forme auto-similaire remarquee plus haut. La version statique de cette analyse modale fournit un critere de stabilite des reseaux de failles, c'est-a-dire la valeur limite du taux d'affaiblissement au-dela de laquelle un episode de glissement donnera lieu a un evenement sismique.<br /><br />Nous faisons l'hypothese que le mode non lineaire statique, qui caracterise un comportement en affaiblissement a la limite de la stabilite, peut etre utilise pour decrire le glissement cumule a l'echelle tectonique sur un reseau de failles normales particulier en Afar, dont nous connaissons les glissements mesures en surface. Nous montrons qu'un choix judicieux du profil d'affaiblissement « equivalent » a l'echelle tectonique permet un bon accord entre le glissement observe et le mode statique. Nous en tirons des conclusions en termes d'interaction, mais aussi de propagation et/ou branchement des segments de failles. Enfin, nous decrivons deux autres applications : <br /><br />1) l'influence de la fracturation secondaire (endommagement) sur la forme du glissement<br />2) les parametres geometriques favorables a l'apparition d'une zone de relai entre deux segments de faille se propageant l'un vers l'autre.