Ce projet de recherche vise à accroître les connaissances sur les mécanismes contrôlant la déformation des glissements de terrain argileux grâce à la combinaison de la surveillance sismique passive et de la surveillance géodésique. Des études récentes ont démontré que la surveillance sismique peut fournir des informations intéressantes sur la mécanique des glissements de terrain et, dans certains cas, fournir des précurseurs utiles pour la prévision des défaillances. L’installation récente de sismomètres sur les glissements de terrain a révélé une variété de signaux sismiques de magnitude (ML $<$ 1) soupçonnée d'être générée par la déformation de la pente (chute, basculement, glissement, écoulement). Cette sismicité endogène doit être catégorisée. Une classification standard des sources sismiques endogènes est ainsi proposée ; l'objectif de cette norme est de pouvoir comparer l'activité sismique de plusieurs glissements de terrain et d'identifier les mécanismes générant ces signaux sismiques ainsi que leur corrélation avec les forçages externes. Plusieurs propriétés de signal (durée, contenu spectral et forme de spectrogramme) sont prises en compte pour décrire les différentes classes de signaux et permettre une comparaison générique. Les observations montrent que des signaux similaires enregistrés sur différents sites présentent les mêmes propriétés et les sources sismiques possibles sont discutées compte tenu du type de déformation observé sur les pentes étudiées. [...] / This research project aims at increasing knowledge on the mechanisms controlling the deformation of clayey landslides through the combination of passive seismic and geodetic monitoring. Recent studies have demonstrated that seismic monitoring is able to give interesting information on landslide mechanics and in some case to provide precursory patterns useful for failure forecasting. The recent installation of seismometers on landslides revealed a variety of seismic signals of law magnitude (ML $<$ 1) suspected to be generated by slope deformation (falling, toppling, sliding, flowing), weathering of the slope material or fluid circulation. This endogenous seismicity needs to be categorized. We thus proposed a standard classification of the endogenous seismic sources; the objective of this standard is to be able to compare the seismic activity of several landslides and identify the mechanisms generating these seismic signals as well as their correlation with external forcing. Several signal properties (i.e. duration, spectral content and spectrogram shape) are taken into account to describe the different class of signals and allow generic comparison. We observe that similar signals recorded at different sites present the same properties and discussed the possible seismic sources considering the type of deformation observed on the studied slopes. [...]

De par leurs magnitudes élevées et leur potentiel tsunamigénique, les séismes qui se produisent en contexte de subduction présentent un risque majeur pour les villes côtières souvent densément peuplées. La compréhension de la géométrie et du fonctionnement des zones de failles associées à ces ruptures sismiques a donc fait l'objet de nombreuses recherches sismologiques et géologiques.L’objectif de cette thèse est centré sur la caractérisation des zones de failles paléo-sismiques traversant des formations ophiolitiques subductées puis exhumées en surface des continent et sur leur comparaison avec les zones sismogéniques actuelles. Elle s’appuie sur une approche multi-échelle faisant intervenir les outils de la géologie structurale, de la pétrographie microstructurale, de la minéralogie, de la géochimie ainsi que les données de la géophysique. Le cas de la Corse alpine, de par la présence de nombreuses pseudotachylytes (étant considérées comme des fossiles de séismes) mafiques et ultramafiques constitue un cas d’étude idéal.La rupture sismique dans la nappe du Cima di Gratera est matérialisée par des réseaux de pseudotachylytes parallèles ou à fort pendages situées de part et d’autre de la discontinuité tectonique séparant les unités ultramafiques et mafiques formant la nappe. Le système de faille est caractérisé par une cinématique vers l’ouest associée à la subduction de la plaque océanique liguro-piémontaise sous la plaque adriatique. Les analyses minéralogiques des microlites présentes dans les pseudotachylytes mafiques indiquent une formation des veines en contexte de pression et température du facies eclogite, correspondant à une profondeur comprise entre 60 et 70 km, soit le début de la zone de sismicité dite de profondeur intermédiaire. La géométrie du système de faille a également pu être comparée à des géométries observées via la géophysique au large du nord-est Japon et à des profondeurs similaires.A également été mis en lumière l’impact de la serpentinisation sur le caractère sismique / asismique des discontinuités tectoniques faisant intervenir des formations mafiques et ultramafiques. En effet, la fusion frictionnelle issue des ruptures sismiques et responsable de la formation des veines de pseudotachylytes n’a été observée que dans le cas où était mis en contact la péridotite fraiche ou faiblement serpentinisée et le métagabbro. Les contacts impliquant la serpentinite et le métagabbro n’en présentent jamais et peuvent donc être considérés comme asismiques. Au regard de l’épaisseur des réseaux de pseudotachylytes dans les masses de péridotite et de leur absence dans les serpentinites, les masses de péridotites peuvent donc être assimilées à des aspérités au sein même de la plaque plongeante. / By their high magnitude and their ability to generate tsunami, subduction earthquakes present a major risk for the high population density coastal cities. The understanding of the geometry and the functioning of these seismogenic fault zones was the subject of numerous seismogenic and geologic studies.The objective of this thesis is focus on the characterization of paleo-seismic fault zones cross-cutting subducted ophiolitic formation and exhumed on the continent surface, and their comparison with current seismogenic zones. This study is based on a multi-scale approach and involves structural geology, microstructural petrography, mineralogy, geochemistry and geophysics tools. The Alpine Corsica, by the presence of numerous mafic and ultramafic pseudotachylytes (considered as fossils of past earthquakes) can be considered as an ideal study case.The seismic rupture in the Cima di Gratera Nappe is materialized by pseudotachylyte networks parallel or with a steep dipping to the fault separating the mafic and ultramafic units. The fault system is characterized by a top-to-the-west kinematic associated to the Piemonte-Liguria oceanic plate subduction under the Adriatic plate. The mineralogical analyses of the mafic pseudotachylyte microlites indicate a formation under a pressure and temperature conditions of the eclogite metamorphic facies. These conditions are consistent with a depth between 60 and 70 km which correspond to the upper part of the intermediate-depth seismicity zone. The geometry of the fault system was also compared to some geometry observed by the geophysics in the NE Japan subduction zone and at similar depth.It was also highlighted the role of the serpentinization on the seismic / aseismic character of the fault involving the mafic and ultramafic formations. Indeed, frictional melting resulting from the seismic rupture responsible to the pseudotachylyte veins formation was only observed in the case where the fresh peridotite or weakly serpentinized peridotite is in contact with the metagabbro. By opposition, the deformed zones involving the serpentinite and the metagabbro never show any pseudotachylyte and can be considered as aseismic. Considering the thickness and the polyphaser character of the pseudotachylyte networks and their absence in the serpentinite, the peridotite masses can be considered as asperities within the plate itself.

Le développement et l'exploitation de réservoirs géothermiques profonds s'accompagnent généralement d'une sismicité induite - un effet secondaire indésirable. Cette recherche est axées sur l'utilisation de simulations numériques pour étudier la propagation des fractures hydrauliques et la réactivation de failles préexistantes lors de la stimulation hydraulique des réservoirs afin de mieux comprendre le comportement du réservoir fracturé et de réduire le risque potentiel de sismicité induite.La sismicité induite est d'abord étudiée du point de vue de l'utilisation de la loi de conservation de l'énergie afin d'expliquer le mécanisme de génération d'ondes élastiques à partir d'une rupture de roche. Ensuite, une approche approximative est proposée pour calculer les accélérations de pointe (PGA) induites par le glissement de faille. Les PGA calculés à la surface du sol servent à évaluer la perception humaine des ondes sismiques et le potentiel de dégradation des structures. / The development and the exploitation of deep geothermal reservoirs are usually accompanied with induced seismicity - an unwanted side effect. This research is focused on using numerical simulations to investigate the propagation of hydraulic fractures and the reactivation of pre-existing faults during the hydraulic stimulation of the reservoirs in an effort to better understand the fractured reservoir behavior and to reduce the potential risk of induced seismicity.The induced seismicity is studied first from the standpoint of using the law of energy conservation in order to explain the mechanism of generating elastic waves from rock failure. Then an approximate approach is proposed to calculate the peak ground accelerations (PGAs) that are induced by the fault slip. The computed PGAs on ground surface are used to assess the human perception of the seismic waves and the damage potential to structures.

Un des problèmes non résolus en sismologie concerne l'occurrence de séismes de forte intensité dans des régions intra plaques à faible déformation. Ce paradoxe (forte magnitude, faible déformation) a été l'objet de nombreux travaux qui intéressaient surtout la zone de New Madrid et le Canada. Cette thèse présente un même type d'étude pour la France et particulièrement pour le centre et l'Ouest où nous bénéficions de bons catalogues de sismicité, de connaissances géologiques précises et de récents résultats de géophysique. Le travail effectué concerne tout d'abord une révision de la sismotectonique dans une région englobant la Normandie, la Bretagne, la Charente et le Massif Central. L'augmentation du nombre de stations sismologiques permet en effet une ré-évaluation de la connaissance sismotectonique régionale, par une relocalisation des séismes, le calcul de nouveaux mécanismes au foyer et par une meilleure définition des champs de contraintes obtenus par inversion des mécanismes au foyer. Ce travail met en évidence un champ décrochant à compression NW-SE de signification régionale, mais aussi trois perturbations extensives au niveau du sud de la Bretagne, du seuil du Poitou et de l'est du Massif Central. L'échelle des perturbations, argumentent en faveur de processus d'ampleur crustale à lithosphérique. Nous proposons d'associer ces perturbations (Bretagne, Poitou) à l'influence d'une force de traction initiée dans Golfe de Gascogne, au niveau de la marge de Galice et pour le Massif Central, à la surrection sous l'effet de la remontée d'un panache mantellique à la base de la lithosphère. L'étude de la répartition des failles, du flux de chaleur et des solutions d'Euler, calculées à partir de l'anomalie de Bouguer régionale, permet de mieux comprendre la distribution des séismes, la concentration des contraintes et l'occurrence de séismes de magnitude supérieure à 4 dans cette région à très faible déformation. Des modélisations thermomécaniques 2D et 3D tenant compte des facteurs à la fois structuraux, thermiques et rhéologiques permettent de valider ces hypothèses.

La sismicité de la terminaison Nord-Ouest de l'Arc égéen est analysée à partir de données microsismiques. Celles-ci ont été recueillies par 52 stations qui ont fonctionné, en été 1989, sur les îles Ioniennes, en Acarnanie et en Epire. 656 microséismes ont été localisés et 128 solutions focales construites. La région étudiée constitue la zone de transition entre subduction océanique égéenne (au Sud de Céphalonie) et subduction continentale adriatique (au Nord de Zante). L'activité microsismique y est superficielle (0-40 km). Les microséismes observés à l'Est de Zante (z = 30-40 km) sont associés à la subduction océanique égéenne. Au Nord de Zante, la subduction continentale adriatique est sismiquement peu marquée ; les microséismes profonds (15- 40 km) jalonnent. en particulier, les failles N160° sénestres du couloir étolien et l'accident N20° dextre de Lixourion-Leucade. Le jeu de cette structure se manifeste sur Céphalonie par la présence de microséismes le long de la faille d'Ano-Angon ; ce jeu est, par ailleurs, associé à l'activité microsismique de la faille de l'Ainos. L'analyse des mécanismes focaux microsismiques par la méthode des dièdres droits révèle l'existence d'un raccourcissement horizontal profond N65° - N80° affectant la zone étudiée. Dans les premiers kilomètres de la couverture sédimentaire, les solutions focales indiquent la présence d'étirements de nature et d'orientations variées. En profondeur, au raccourcissement ENE-WSW, s'ajoute un étirement horizontal perpendiculaire. Tout se passe comme si un bloc apparemment asismique limité par le décrochement de Lixourion-Leucade, le couloir étolien et les failles normales du golfe Ambracique, subissait un mouvement vers le Sud. Le raccourcissement se traduit par les jeux dextre inverse du décrochement de Lixourion-Leucade et sénestre des failles du couloir étolien. D'autre part, les solutions focales microsismiques indiquent l'ouverture N-S du fossé d'Agrinion (lac Trikhonis) qui est connectée, par le jeu sénestre des failles du couloir étolien, à celle (apparemment asismique) du golfe Ambracique.

Sur la base des faibles variations de contraintes poroélastiques qui sont à l'origine de la séismicité déclenchée localement par la baisse de pression du gisement de Lacq, on tente dans le chapitre 3 d'évaluer les échelles spatiales des connections fluides dans la croûte supérieure à l'aide de la migration des fronts de pression induits. Les séismes associés à la mise en eau d'une retenue artificielle (M 4-5, Monteynard, Vercors, France) permettent par exemple de cartographier des failles sismiques potentielles au sud de l'agglomération grenobloise, les séismes induits jouant alors le rôle de jauges de contrainte. Dans la région de Lacq, à l'aide de modélisations analytiques des transferts de contraintes visco-élastiques et poro-élastiques, on montre qu'on ne peut rejeter a-priori des interactions entre l'extraction du champ de Lacq, les séismes majeurs de la faille Nord-Pyrénéenne distants d'une trentaine de kilomètres, et les séismes locaux à l'aplomb du champ d'hydrocarbure. Le chapitre 4 constitue une synthèse des mécanismes d'instabilités sismiques déclenchées par les exploitations d'hydrocarbures. On isole trois classes de mécanismes de déclenchements des séismes correspondant à des types d'exploitations et à des réponses sismiques (taille-temps-espaces) bien différenciés: augmentation de pression due à l'injection de fluide; baisse de pression due à extraction de fluide, déficit de masse lors d'extraction massive. Les mécanismes de ruptures sont en accord avec les lois de contraintes effectives, et s'expliquent soit par des transferts poroélastiques soit par des compensations isostasiques. Si la sismicité induite par les extractions de fluides reste marginale par rapport au nombre de gisements exploités, la surveillance sismique fine effectuée sur les gisements montre que de nombreux petits séismes (M < 3) sont présents et permettent un suivi in-situ du comportement des réservoirs au cours de l'exploitation. Notre approche de la séismicité à l'aide des séismes induits par des activités humaines montre les limites des lois de la mécanique classique qui, si elles permettent de comprendre et d'évaluer les seuils critiques qui déclenchent les instabilités sismiques, ne peuvent expliquer ni la durée des phénomènes d'instabilités qui sont entretenus durant de nombreuses années ni la taille des instabilités sismiques (Mmax 7). Sur la base des cas mondiaux de séismicité induite on propose la notion de Systèmes Critiques Auto Organisés Induits où l'on peut observer la genèse, la pérennité et la disparition de systèmes critiques dans un contexte, proposé par ailleurs, d'état critique auto-organisé pour l'ensemble de la croûte supérieure.

Ce travail consiste en une analyse des rapports entre la sismicité et les structures tectoniques en Syrie. Les structures ont été étudiées : 1/ Dans la région des Palmyrides où l'on a cherché à estimer l'ampleur du raccourcissement subi par la chaine ; 2/ Par l'analyse des structures cassantes du fossé d'Alghab. La réalisation de coupes équilibrées interprétatives de la chaine des Palmyrldes a permis de proposer un chemin cinématique entre l'état avant déformatlon et l'état actuel et d'estimer le raccourcissement de l'ensemble de la chaine des Palmyrides à une vingtaine de kilomètres. La mesure systématique de plans striés et leur traitement statistique par la méthode des dièdres droits permet de reconstituer des systèmes de paléocontralntes tant locaux que régionaux : extension NE-SW, compression décrochante N-S. L'état de contraintes calculé montre que le mécanisme dominant dans cette partie de la faille du Levant est en décrochement pur et responsable de la formation d'un bassin pull-apart d'Alghab. Ce fossé correspond à un déplacement sénestre d'environ 46 km, ce qui est compatible avec un âge pllo-quaternaire correspondant à une vitesse moyenne de déplacement de 8 à 9 mm/an, pour la plaque arabique. Les études de la sismologie, historique et Instrumentale, à partir de 3600 ans avant J.C. ont permis d'établir un catalogue de la sismicité, ainsi que deux cartes d'activité sismique liée à la tectonique (carte slsmotectonique) où apparaissent "les différentes zones d'activité de la Syrie: 1 - Zone de faille du Levant. 2 - Nord de la Syrie. 3 - Zone Palmyride. Il est possible d'évaluer le risque sismique potentiel pour chaque zone.

Cette thèse propose une nouvelle méthodologie permettant d'une part d'identifier les paramètres clefs qui contrôlent l'estimation de l'aléa sismique probabiliste, et d'autre part de quantifier l'impact des incertitudes de ces paramètres sur les estimations d'aléa. La méthode de Cornell-McGuire est utilisée dans cette étude. Tout d'abord, les incertitudes sur les déterminations de magnitude et de localisation sont modélisées et quantifiées : la variabilité résultante sur les estimations d'aléa est comprise entre 5 et 25% (=COV), selon le site et la période de retour considérés. Une étude est ensuite menée afin de hiérarchiser les impacts sur l'aléa liés aux choix de quatre paramètres : corrélation intensité-magnitude, magnitudes minimales et maximales, troncature de la relation d'atténuation du mouvement du sol. Les résultats à 34 Hz (PGA) indiquent que la magnitude maximale est le paramètre le moins influent (de 100 à 10000 ans) ; tandis que la corrélation I-M et la troncature des prédictions du mouvement du sol (>2¾) jouent un rôle clef quelle que soit la période de retour considérée (diminution de l'aléa jusqu'à 30% à 10000 ans). Une augmentation de la magnitude minimale contribuant à l'aléa, de 3.5 à 4.5, peut également produire des impacts non négligeables à courtes périodes de retour (diminution des valeurs d'aléa jusqu'à 20% à 475 ans). Enfin, la variabilité totale des estimations d'aléa, due aux choix combinés des quatre paramètres, peut atteindre 30% (COV, à 34 Hz). Pour des fréquences plus faibles (<5Hz), la variabilité totale augmente et la magnitude maximale devient un paramètre important. Ainsi, la variabilité des estimations due aux incertitudes de catalogue et aux choix de ces quatre paramètres doit être prise en compte dans toute étude d'estimation de l'aléa sismique probabiliste en France. Cette variabilité pourra être réduite en élaborant une corrélation intensité-magnitude plus appropriée, et en recherchant une manière plus réaliste de prendre en compte la dispersion du mouvement du sol.

Le Golfe de Corinthe (Grèce) est un rift continental caractérisé par un taux élevé d'extension et une microsismicité intense. Actuellement, la connaissance de sa structure crustale représente une étape nécessaire pour la construction de modèles géodynamiques réalistes. L'ojectif de ce travail de thèse est la définition d'une image sismique haute résolution de la région occidentale du Golfe de Corinthe à partir des enregistrements de la sismicité locale. La construction de cette image est effectuée par le biais d'une étude tomographique des temps de première arrivée et d'une migration cinématique en profondeur des ondes converties. La tomographie des premières arrivées nous a fourni des modèles de vitesse tridimensionnels des ondes P et S ainsi qu' une localisation précise de la microsismicité dans les 10 premiers kilomètres de la croûte. Les modèles de vitesse ainsi obtenus constituent les modèles de référence utilisés dans la migration en profondeur des ondes converties. A cet effet , nous avons adapté les techniques propres à la sismique d'exploration afin d'analyser les enregistrements de tremblements de terre avec une configuration d'acquisition irrégulière. Les résultats révèlent une image tridimensionnelle complexe de la zone sismogène du rift (7-10 km de profondeur) dans laquelle deux structures majeures sont identifiées par des importantes énergies transmises PS. Du point de vueméthodologique, ce travail montre la possibilité d 'exploiter les ondes converties à partir des enregistrements de séismes locaux pour définir une image haute fréquence du milieu de propagation à l'échelle de la croute terrestre.

L'objectif principal de cette thèse est d'approfondir les connaissances en terme d'aléa tsunami en Méditerranée occidental et Atlantique nord. Elle se concentre sur des tsunamis d'origine sismique qui présentent l'avantage d'être précédés d'un précurseur utile pour déclencher l'alerte, car pouvant être ressenti par la population : le séisme. Deux types d'études sont présentés. Elles ont été effectuées sur la base de recherches de documents historiques et/ou de dépôts sédimentaires, en utilisant ensuite la modélisation numérique mettant en application une méthode de calcul de propagation de tsunami par différences finies. La modélisation permet de produire des cartes de hauteur de vagues maximum attendues pour chaque scénario, proposer des temps d'arrivée, des limites de zones d'inondation et l'étude des phénomènes de résonance. Les premières études concernent l'impact tsunami que peuvent avoir des sources sismiques paramètres de rupture) préalablement proposées par des études antérieures (le tsunami de 1755 aux Antilles, à Terre-Neuve et celui de Zemmouri de 2003 dans le sud de la France). Et les secondes correspondent à des études approfondies sur les sources, proposant des scénarios de rupture et donc de génération/propagation de tsunami calant au mieux les données observations d'ordre géologique (sismicité, mécanismes au foyer, données GPS, ruptures de surface, etc.) et les données marégraphiques disponibles (hauteur de vagues, temps d'arrivée, périodes) et observations de terrains (limites et hauteur d'inondation, dégâts). Sur ce point les études ont porté sur les tsunamis de Jijel (1856), El Asnam (1580) et du détroit de Douvres (1580).