Le présent mémoire de thèse propose de nouvelles méthodes de simulation pour la prédiction du comportement dynamique des bâtiments sous séisme. En s'appuyant sur la similitude architecturale des étages d'un immeuble, une méthode d'homogénéisation des milieux à périodicité unidirectionnelle est élaborée afin de réduire son modèle structural tridimensionnel à un modèle simplifié (poutre équivalente). La structure simplifiée est ensuite étudiée en interaction avec le sol. La dispersion significative observée sur les propriétés du sol est introduite sous la forme d'une matrice d'impédance aléatoire construite à l'aide du maximum d'entropie. L'ensemble est soumis à un signal sismique naturel et la réponse dynamique est calculée dans le domaine linéaire (cas déterministe et stochastique) et dans le domaine non-linéaire (décollement de fondation). Dans le cas non-linéaire, une sous structuration de type Craig-Bampton permet de déterminer la réponse de la structure par analyse modale / This PhD thesis presents new numerical methods of simulation dedicated to the prediction of the dynamic response of buildings under seismic loads. Assuming the architectural similarity of stories of a building, a homogenization method for media with one-dimensional periodicity is created in order to reduce its three-dimensional structural modeling to a homogeneous beam model. The simplified structure is then studied by taking into account soil-structure interaction represented by an impedance matrix. The usually significant uncertainties of soil properties are taken into account by using random matrices whose probability density function is built by using the maximal entropy principle. The dynamic response of the structure is then obtained under seismic loading in linear case and in nonlinear case when the uplifting of the foundation is taken into account. A modal analysis of the structure is possible even in the non-linear case by using a Craig-Bampton sub-structuration

Les études sédimentologiques et biostratigraphiques menées au Liban couplés avec données sismiques 2D de réflexion en mer ont permis de proposer un nouveau cadre tectono-stratigraphique pour la région Levantine a partir du Mésozoïque. L'interprétation sismique soutenue par une analyse détaillée des faciès à permis de représenter les environnements de dépôt au large du Liban où aucun puits n'a été foré. Le rifting dans le bassin du Levant prend fin au Jurassique moyen. L'initiation de subduction de la plaque Afro-Arabe sous l'Eurasie au Crétacé supérieur est suivie par des mouvements décrochants à partir du Miocène. L'interaction entre ces événements géodynamiques ainsi que les fluctuations du niveau marin affecte le remplissage sédimentaire du bassin. Au cours du Jurassique et du Crétacé, la marge Levantine est dominée par l'évolution de plate-forme carbonatée tandis qu'un système mixte (silicoclastic et carbonaté) en eau profonde ont prévalu dans le bassin au cours de l'Oligo-Miocène. Trois grandes voies sédimentaires sont attendus à conduire d'importantes quantités de matériel clastiques dans le bassin: (1) les canyons incisant la marge, (2) la région de Lattaquié (Syrie) et (3) le fan profond du Nil. L'analyse régionale des systèmes de drainage a été réalisée pour estimer la contribution au remplissage du bassin des différentes sources de sédiments. Un modèle stratigraphique, Dionisos, a été utilisé pour tester les scénarios du remplissage du bassin pendant le Miocène Moyen et Supérieur. Une comparaison avec les systèmes de drainage actuels a permis une meilleure évaluation de la plausibilité des volumes sédimentaires attendus pour chaque source. / Sedimentological and biostratigraphic investigations onshore Lebanon coupled with 2D offshore reflection seismic data allowed proposing a new Mesozoic-Present tectono-stratigraphic framework for the northern Levant Margin and Basin. The seismic interpretation supported by in-depth facies analysis permitted to depict the potential depositional environments offshore Lebanon as no well has yet been drilled. The Levant region has been affected by successive geodynamic events that modified the architecture of its margin and basin from a Late Triassic to Middle Jurassic rift into a Late Cretaceous subduction followed by collision and Miocene-Present strike slip motion. The interplay between major geodynamic events as well as sea level fluctuations impacted on the sedimentary infill of the basin. During Jurassic and Cretaceous, the Levant Margin is dominated by the aggradation of a carbonate platform while deepwater mixed-systems prevailed in the basin during the Oligo-Miocene, three major sedimentary pathways are expected to drive important quantities of clastic material into the Levant Basin: (1) canyons along the Levant Margin, (2) the Latakia region (coastlal Syria) and (3) the Nile Deep sea cone. Regional drainage system analysis was performed to estimate the contribution of the different sediment sources to the infill of the basin. A numerical stratigraphic forward model, Dionisos, was used to test the Middle-Late Miocene source-to-sink scenarios permitting to better assess the plausibility of the expected sedimentary volumes for each source through a comparison with actual drainage systems

L’interprétation structurale de sections de Sismique Réflexion Multitrace-2D acquises pendant la campagne SISTEUR sur la marge de l’Équateur Central et migrées en profondeur avant sommation (PSDM) a été combinée avec la bathymétrie multifaisceaux, des modèles tomographiques de sismique grand-angle OBS, un modèle d’inversion GPS, et 13 années de sismicité relocalisée, afin de déchiffrer les causes de la variabilité de la sismicité et du Couplage Inter Sismique (CIS) le long de la subduction. La partie marine de cette marge est étroite et érosive. Elle chevauche vers l’Ouest, à 4.7 cm/an, la Ride de Carnégie. Le segment nord de la zone d’étude est bloqué, et aucun chenal de subduction n’est identifié. Ce segment révèle la présence d’un important (50 X 40+ km) massif océanique (MO) subduit, haut de ~2.5 km, et dont le flanc arrière plonge vers le continent de 2-4°, et coïncide avec la zone de CIS bloquée, et avec le socle océanique résistant (Vp= 5 km/s) de la marge. Le flanc avant du MO déduit de notre étude coïncide avec une zone de CIS partiel et des essaims de séismes chevauchant déformant le socle de la marge. A l’inverse, le segment sud est découplé, et affiche une pente sous-marine très perturbée avec des escarpements abrupts. Le contact interplaque plonge de 6-7° sous le continent et porte des monts sous-marins isolés séparés par un chenal de subduction de ~1km d’épaisseur qui agit comme lubrifiant. Un scénario en 3 étapes est proposé pour la subduction d’un MO de forme émoussée sous la marge résistante de l’Ile La Plata. Un modèle cinématique est proposé pour rendre compte de la surrection de l’île de La Plata en réponse au MO au cours des derniers 1.3-1.4 Ma. / The structural interpretation of 2D-Pre-stack Depth Migrated Multichannel Seismic Reflection sections collected during the SISTEUR cruise across the Ecuadorian margin was combined with multibeam bathymetry, OBS wide-angle tomographic models, a GPS inversion model, and 13 years of relocated seismicity to decipher the causes of the along-trench variability of the seismicity and Inter-Seismic Coupling (ISC). The margin submarine part is narrow and dominated by subduction erosion. It is underthrust eastward at 4.7 cm/yr by Carnegie Ridge, and figures a decoupled subduction centered over La Plata Island region. Our study shows that the Central Ecuador margin divides in two contrasting segments with dissimilar long-lived physical properties that may account for their specific ISC and seismicity patterns. The locked northern segment shows a smooth outer-wedge slope scalloped by a gentle re-entrant. No subduction channel is detected across this segment that reveals a broad 50 X 40+ km, ~2.5-km-high subducted Oceanic Massif (OM), which dips landward 2-4°, which coincides with the strong (Vp= 5 km/s) oceanic margin basement. In contrast, the decoupled southern segment shows a highly disrupted outer-wedge seafloor. The plate interface dips landward ~6-7°, and is spotted by isolated seamounts separated by a ~1 km-thick subduction channel that may act as a lubricant favoring inter-plate decoupling. A 3-step scenario is put forward for the subduction of a low-drag shaped OM beneath the resistant margin wedge of La Plata Island. Moreover, a kinematic model accounting for the uplift history of La Plata Island is proposed as a result of the OM subduction over the last 1.3-1.4 Myr.

Les structures d’échappement de fluides et leurs mécanismes de migration à travers la pile sédimentaire sont un phénomène connu sur les marges continentales. Elles ont été largement étudiées depuis une vingtaine d’années, notamment en raison de l’amélioration de la résolution des données sismiques, et de l’abondance des données dans ces zones, du fait de la prospection pétrolière. Le bassin du Bas Congo, au large de l'Afrique de l’ouest, est une province pétrolière prolifique qui a été largement étudiée et qui est exploitée depuis plus de 30 ans. La zone d’intérêt est située au-dessus d'un champ pétrolier producteur (la zone de Moho), dans laquelle les hydrocarbures sont piégés dans des chenaux turbiditiques. Le travail est principalement basé sur l'analyse de données géophysiques comprenant de la sismique 3D et 2D-THR, de la bathymétrie multifaisceaux et la rétrodiffusion correspondante, ainsi que des données de fond (échantillons prélevés, photos ROV, analyses géochimiques). L'analyse de cet important jeu de données sismiques a révélé de nombreuses évidences de migration de fluides dans la pile sédimentaire mio-pliocène. Ces dernières correspondent principalement à des indices de migration focalisée de fluides, incluant des structures actuelles d’expulsion de fluides sur le fond de l’eau et des structures enfouies, interprétées comme fossiles, et indiquant une activité ancienne du système d’expulsion de fluides. Les indices de migrations de fluides étudiés correspondent principalement à des pockmarks (dépressions) et à des cimentations carbonatées. Ces deux types d’indices peuvent s’empiler sur plusieurs centaines de mètres, mettant en évidence la pérennité des échappements et suggérant le développement de véritables conduits.Un nouveau type de pockmarks a été mis en évidence, les structures en araignée, qui sont localisées au-dessus d'un réservoir turbiditique, et qui résultent d'une migration focalisée des hydrocarbures thermogéniques. Leur fonctionnement est lié aux hydrates de gaz dans le contexte d’un BSR penté (Bottom Simulating Reflector), du fait de la présence du biseau des hydrates. Un modèle dynamique de leur fonctionnement est développé, montrant que ces structures se développent vers l'amont de la pente, du fait de la migration du gaz sous le BSR penté. Une étude du BSR, dans le contexte particulier du biseau des hydrates, permet de proposer un modèle des échappements de gaz liés à la dissociation des hydrates, lors d'une baisse du niveau marin. Ce modèle met en scène une dissociation des hydrates de gaz d'échelle régionale (associée à du gaz biogénique), localisée au niveau du biseau des hydrates du dernier bas niveau marin. Enfin, le réseau de structures d’échappements de fluides de l’intervalle Mio-Pliocène a été investigué dans le but de comprendre son architecture et les mécanismes de migration de fluides dans la zone d’étude. Les hydrocarbures semblent migrer principalement le long de certaines portions de failles et verticalement à travers la pile sédimentaire sous forme de « pipes » ou de cheminées. La base du Pliocène, associée à une baisse du niveau marin, marque la formation des premières paléo-araignées ainsi que d'un niveau contenant de nombreux indices de présence de gaz. Un modèle de ce réseau de migrations de fluides est proposé, intégrant les chemins de migrations des hydrocarbures à travers la pile sédimentaire, et l’événement majeur de la base Pliocène. Cette étude semble indiquer que les phases de baisse du niveau marin constituent des déclencheurs pour la migrations des fluides dans les bassins.Ce travail marque ainsi le point de départ d'une investigation à plus grande échelle qui consiste d'une part à rechercher des structures similaires (araignées et bandes de pockmarks) dans d'autres bassins et d'autres part à comparer les événements d'échappement de fluides à la courbe eustatique. / Evidence of fluid flow features and their mechanisms of migration through the sedimentary pile are a known phenomenon on continental margins. It has been widely studied over the past twenty years, notably due to the improved resolution of seismic data and the abundance of data in these areas due to oil and gas exploration.The Lower Congo basin, offshore West Africa, is a prolific petroleum province that has been extensively studied, and has been in operation for over 30 years. The area of interest is located above a producing oil field (the Moho license), in which hydrocarbons are trapped in turbidite channels. The work is primarily based on the analysis of geophysical data including 3D and 2D-THR seismic, multibeam bathymetry and corresponding backscatter, as well as background data (samples taken from ROV photos, geochemical analyses).The analysis of this important seismic dataset revealed abundant evidence of fluid migration in the Mio-Pliocene sedimentary pile. They mainly correspond to indications of vertically focused migration, including current fluid expulsion structures on the seafloor, and buried structures, interpreted as fossile and indicating former activity of the fluid expulsion system. The studied fluid migration features mainly consist of pockmarks (depressions) and carbonate cementations. These two types of indicators can build vertical stacks, over several hundred meters, highlighting the durability of the fluid escapes and suggesting the development of real pipes.A new type of pockmarks has been discovered, the spider structures, which are located above a turbiditic reservoir, and which result from a focused migration of thermogenic hydrocarbons. They are related to gas hydrates, in the context of a sloping BSR (Bottom Simulating Reflector), due to the presence of the hydrate wedge. A dynamic model of their functioning is proposed, showing that these structures develop upslope, due to the gas migration under the sloping BSR. A study of the BSR, in the particular context of the hydrates wedge, allows to propose a model of gas escapes, linked to the dissociation of the hydrates, during a sea level fall. This model presents a dissociation of gas hydrates of regional scale (associated with biogenic gas), localized at the gas hydrate wedge zone of the last lowstand. Finally, the network of fluid escape structures of the Mio-Pliocene interval was investigated in order to understand its architecture and the mechanisms of fluid migration in the study area. Hydrocarbons appear to migrate mainly along certain portions of faults and vertically crosscutting the sedimentary pile through pipes or chimneys. The base of the Pliocene, associated with a sea level fall, marks the formation of the first paleo-spiders, as well as a level containing numerous evidence of gas. A model of this network of fluid migrations is proposed, integrating the indicators of hydrocarbon migrations through the sedimentary pile, and the major event of the Pliocene base. This study seems to indicate that a the sea level fall constitute a trigger for the fluids migrations, in the basin.This work thus marks the starting point of a larger-scale investigation which consists in, on the one hand, searching for similar structures (spiders and bands of pockmarks) in other basins ; and, on the other hand, by comparing fluid flow events with the eustatic curve.

Les progrès de l'imagerie sismique ces trente dernières années ont permis de révéler la structure complexe de la graine : une anisotropie cylindrique de quelques pourcents dont la structure fine présente des variations radiales et latérales. Ce travail de thèse s’est concentré sur les différentes dynamiques susceptibles de provoquer une telle structure. [Il y a autre chose dans cette structure]Nous avons revisité la dynamique induite par la force de Lorentz, discutant les conditions aux limites, la croissance de la graine et la stratification en densité. La déformation n’est raisonnablement suffisante que pour des viscosités inférieures à 1012 Pa.s, dans la fourchette basse des estimations. Les modèles d'écoulements globaux dans la graine peuvent se classer en deux grandes catégories. Pour un profil de densité stable, seul un forçage extérieur, tel que la force de Lorentz, peut induire un écoulement. Dans le cas instable, la dynamique est contrôlée principalement par des instabilités de convection. Les nouvelles estimations de la diffusion thermique limitent les instabilités thermiques à des âges de graine de l'ordre de la centaine de millions d'années. En se focalisant sur deux paramètres, la viscosité et l'âge de la graine, nous avons construit un diagramme de régime qui compare quantitativement les différents modèles proposés dans la littérature. En croisant amplitude du taux de déformation et géométrie attendues, on peut raisonnablement restreindre les domaines qui pourraient engendrer la structure observée. Pourtant, aucun modèle n'est pour l'instant capable d'expliquer à la fois l'amplitude et la géométrie de l'anisotropie sismique et encore moins la dichotomie Est-Ouest. La couche F est une anomalie dans le noyau externe : d’une épaisseur de 200 km environ, à la base du noyau externe, elle présente des vitesses d’ondes sismiques plus faibles que celles prédites pour un noyau liquide parfaitement mélangé. Elle est interprétée comme une zone chimiquement appauvrie, en contradiction avec la cristallisation de la graine qui libère des éléments légers à la surface même de la graine. Nous étudions la possibilité d’une cristallisation en volume dans cette couche. Les particules de fer solides sédimentent en croissant dans un liquide de plus en plus appauvri en éléments légers. Cette neige de fer est stable sous certaines conditions, étudiées ici. / In the past thirty years, our understanding of the inner core structure has increased with the number of seismic studies. Observations reveal a global anisotropy with a cylindrical symmetry and radial and lateral heterogeneities. In this work, I have studied different hypothesis on the dynamics of the inner core to explain these observations. Revisiting the dynamics induced by the Lorentz force, we studied the effect of new boundary conditions, the effect of stratification and growth rate. However, the obtained flow is not strong enough to deform the media for viscosities larger than 1012 Pa.s, in the lower bound of the published inner core estimates. Deformation mechanisms can be subdivided between natural convection (arising from unstable thermal or compositional gradients) and externally forced flows, like the one induced by the Lorentz force. Recent estimates of the thermal diffusivity of iron at high pressure limit the possibility of thermal convection to an age of the inner core lower than a hundred of millions years. Two key parameters emerge for the inner core dynamics: the sign and strength of the density stratification and the viscosity of the inner core. We construct a regime diagram for the Earth’s inner core dynamics that compares the different published models in term of maximum instantaneous deformation rate. This diagram allows us to compare both expected strain rate and deformation geometry with the seismic observations. However, we find that no published model can explain all the seismic observations. The inner core anisotropy and the hemispherical dichotomy are especially difficult to reconcile with these models. The F-Layer is a 200km anomalous layer at the bottom of the outer that presents low P-Wave velocities compared to well-Mixed model. It has been interpreted as a layer depleted in light elements, whereas we usually consider that light elements are expelled at the surface of the inner core by freezing of the outer core alloy. We study the hypothesis of freezing in the bulk of the layer, with iron particles growing and settling in an increasingly depleted liquid.

La dynamique de la rupture sismique peut être fortement dépendante des hétérogénéités des failles, qui se traduisent par des hétérogénéités de ses propriétés de friction. Nous abordons cette problématique de manière numérique et expérimentale. Dans l'étude numérique, nous étudions l'effet des hétérogénéités de petite échelle sur des modèles 3D de rupture dynamique. Nous proposons une méthode d'homogénéisation par l'utilisation de lois de friction effectives qui permettent de reproduire les effets dynamiques des hétérogénéités de petite échelle sur la phase d'initiation de la rupture mais aussi, dans des modèles simples, sur la phase de propagation. Nous proposons ensuite une technique expérimentale innovante pour l'étude de la dynamique des ruptures en laboratoire: un dispositif d'imagerie par interférométrie des tavelures ultrasonores est couplé à une expérience de friction classique et permet de visualiser la propagation des ruptures sur l'interface de friction, ainsi que le champ d'onde émis à l'intérieur du matériau. Nous présentons les premiers résultats expérimentaux puis nous utilisons cette expérience pour étudier l'effet des hétérogénéités de la surface de friction sur la dynamique des ruptures. / Seismic rupture dynamics can be highly dependent on the heterogeneity of faults, modelised by heterogeneity of the friction properties. We address this issue both numericaly and experimentaly. In the numerical study, we study the effects of small scale heterogeneity in 3D dynamic rupture modeling. We develop an homogenizing technique that allows to reproduce the effects of small scale hetereogeneity during the initiation phase, and for simple examples, during the propagation phase of the rupture. We then present a new experimental technique for laboratory study of rupture propagation. By coupling a classical friction experiment with an imaging technique by ultrafast ultrasonic speckle interferometry, we can observe the propagation of the rupture at the friction interface and the full-wave field emited in the bulk. We present the first experimental results and then use this apparatus to study the effect of heterogeneity on dynamic rupture propagation.

Le bassin de Levant, localisé à l’extrémité la plus orientale de la Méditerranée, se situe à jonction de trois plaques tectoniques majeures (Afrique, Arabie, Eurasie ainsi que la microplaque Anatolienne). Il est bordé à l’Est par la faille du Levant (frontière Arabie/Afrique), qui représente un système transformant de 1000 km de long, reliant le rift dans la Mer Rouge au sud avec la zone de convergence le long du Taurus au nord (frontière Arabie/Eurasie). Son extrémité nord est marquée par la frontière convergente Afrique/Anatolie soulignée par l’arc de Chypre. Le bassin Levantin a enregistré l’interaction entre ces différentes plaques au cours du Cénozoïque et sa bordure Est a été en particulier déformée par la mise en place de la faille du Levant. Cette limite de plaque majeure est marquée au Liban par un relais compressif qui a été actif depuis la fin du Miocène. Jusque récemment, l’absence de données sismiques dans la partie centrale du bassin levantin (offshore Liban) a constitué un handicap important dans la caractérisation de ce basin. Dans ce secteur, la géométrie, cinématique, l’âge des structures tectoniques ne sont pas connus. Plusieurs questions en découlent. Quel est impact de la frontière transformante du Levant sur la structure du bassin? Le bassin a-t-il enregistré d’autres déformations au cours du Cénozoïque ? Quel est l’effet de la structuration ancienne et profonde de la marge sur la déformation actuelle ? Ce travail s’est appuyé sur l’interprétation des données sismiques 2D et 3D de haute qualité dont deux cubes 3D de 4290 m3 et sept lignes 2D de 830 km de long. Cette étude a permis d’identifier les structures tectoniques affectant le secteur offshore Libanais et de caractériser leurs origines. Plusieurs familles de failles tout au long de la marge Est du bassin ont été identifiées et témoigne d’une histoire tectonique méso-cénozoïque longue et complexe. Les structures reconnues sont tout d’abord (1) des failles chevauchantes NNE-SSW actives depuis le début du Tertiaire jusqu’à la fin Miocène, (2) des anticlinaux NNE-SSW formés durant le Miocène supérieur et se localisant sur des structures préexistantes et (3) des failles décrochantes dextres, héritées des structures mésozoïques et réactivées durant le Miocène supérieur. Seules les failles décrochantes dextres montrent des preuves d’une activité actuelle, liée à la transpression au long de la faille du Levant. Ces structures constituent le prolongement vers l’ouest de la frontière de plaque du Levant sous un régime transpressif et une compression NW-SE. Nous mettons en évidence que cette frontière de plaque montre une évolution au cours du Néogène avec une forte décroissance de la composante de raccourcissement à partir du Pliocène. La mise en évidence de jeux plus anciens témoigne d’une structuration profonde E-W de la marge, vraisemblablement héritée des tectoniques mésozoïques. L’impact de cette structuration a été évalué à travers une modélisation analogique. Les résultats démontrent le rôle considérable de cet héritage sur l’évolution du relais compressif de la faille du Levant au Liban, entre autre en localisant la déformation le long de couloirs E-W et en segmentant les structures transpressives NNE-SSW. Ces résultats nous conduisent à interpréter les structures E-W comme majeures et traduisant la prolongation vers l’ouest du bassin mésozoïque des Palmyrides. Nous mettons ici en évidence le rôle majeure d’une marge sur la structure d’une frontière de plaques transformante. Le développement de failles antithétiques (failles dextres dans une frontière transformante senestre), connus dans d’autres frontières de ce type, est ici clairement associé à une anisotropie profonde forçant la localisation de la déformation. / The Levant Basin is located at the easternmost Mediterranean at the intersection of three major tectonic plates (Africa, Arabia, Eurasia and the smaller Anatolian microplate). The Levant Fracture System (Arabia-Africa plate boundary) borders the basin to its east and represents a 1000 km long left-lateral transform system linking rifting in the Red Sea with plate convergence along the Taurus Mountains (Arabia-Eurasia plate boundary). The Levant Basin is bordered to the north by the Cyprus Arc (Africa-Eurasia plate boundary). The interaction between these tectonic plates had important consequences on the evolution of the Levant Basin whereby its eastern boundary has been affected by deformation along the Levant Fracture System. This major plate boundary is associated with a restraining bend in Lebanon and has been active since the Late Miocene. Until recent days, the absence of seismic data in the central Levant Basin was an obstacle against characterizing the tectonic setting of the basin. In this area, the geometry, kinematics and the age of the tectonic structures are poorly understood. A focal question thus remains on how the Levant Basin was affected by this adjacent plate boundary. Therefore, what is the impact of the deformation along the Levant Fracture System since the Late Miocene on this basin and how can we assess it? Has the latter been affected by other tectonic regimes prior to the onset of transpression? If so, how would the existing structures influence the style of modern deformation? In this study, high quality 2D and 3D seismic reflection data (with two 4290 m3 3D seismic cubes and seven 830 km long 2D seismic lines) were interpreted allowing identification and timing of the structures in the Levant Basin offshore Lebanon. Several fault families, mapped along the margin, are remnants of a lasting and complex tectonic history since Mesozoic times. These include NNE-SSW striking thrust faults active during the early Tertiary and inactive since the Pliocene; NNE-SSW striking anticlines folded during the Late Miocene and overlying pre-existing structuresd; and ENE-WSW striking dextral strike-slip faults inherited from Mesozoic times and reactivated during the Late Miocene. Only the dextral strike-slip faults show evidence of current activity and are interpreted to be linked to transpression along the Levant Fracture System. They constitute the westward extension of the plate boundary, formed under a transpressif regime and a NW-SE compression. We have showed how this plate boundary has evolved through the Neogene with a decrease in the shortening component during the Pliocene.The identification of pre-existing structures along the eastern Levant margin shed the light on the deep structuration affecting this area, inherited from Mesozoic tectonic events. The impact of these structures was tested through analogue modeling. Results indicated a considerable impact of pre-existing structures on the development of the restraining bend, localizing deformation at the onset of transpression and responsible of segmenting the restraining bend along an ENE direction. These ENE-WSW faults are thus major and are most likely associated with the deformation affecting the Palmyra basin since the Mesozoic, which is thus extending westward to Lebanon. This study has shown the important role of a margin on a strike-slip plate boundary. Namely, the development of antithetic faults (local dextral strike-slip faults in a regional sinistral strike-slip plate boundary) known in other similar plate boundaries is associated with a deep crustal anisotropy localizing the subsequent deformation.

Un modèle géologique tridimensionnel des Pyrénées et de leurs bassins d'avant-pays est construit avec le logiciel GeoModeller. Ce modèle tient compte de toutes les informations géologiques et géophysiques disponibles et couvre l'ensemble des Pyrénées, de l'Océan Atlantique à la Mer Méditerranée, et de la Chaîne Ibérique au Massif Central, jusqu'à 70 km de profondeur. Il est capable d'expliquer les principales caractéristiques des anomalies de Bouguer et des temps de trajet sismiques. Des inversions 3D sont réalisées pour affiner ce modèle. La modélisation et l'inversion géologiques et géophysiques révèlent des différences dans la structure crustal entre les Pyrénées occidentales et centrales et les Pyrénées orientales. Elles montrent en outre la présence de manteau exhumé et enfermé dans la croûte sous le Massif du Labourd et à Saint-Gaudens ainsi que la nécessité d'une anomalie de faible densité dans les Pyrénées orientales. / A three-dimensional geological model of the Pyrenees and their foreland basins is constructed with the GeoModeller software. This model accounts for all the geological and geophysical information available and covers the whole Pyrenees, from the Atlantic Ocean to the Mediterranean Sea, and from the Iberian Range to the Massif Central, down to 70 km depth. It is able to explain main features of Bouguer gravity anomalies and of seismic travel times. 3D inversion is performed to refine this model. Joint geological and geophysical modeling and inversion reveal differences in the crustal structure between the western and central Pyrenees and the eastern Pyrenees. They show furthermore the presence of exhumed mantle material enclosed in the crust beneath the Labourd Massif and Saint-Gaudens, as well as the necessity of a low density anomalie in the eastern Pyrenees.

L’atténuation sismique est un paramètre physique très utile pour décrire et imager les propriétés du sous-sol, et tout particulièrement les roches saturées et les nuages de gaz. Les approches classiques analysent l’amplitude du spectre des données ou bien la distorsion de ce spectre, avec des méthodes asymptotiques. L’inversion des formes d’onde (Full Waveform Inversion en anglais, FWI) est une approche alternative qui prend en compte les aspects de fréquences finies. En pratique, à la fois les vitesses et l’atténuation doivent être déterminées. Il est connu que l’inversion multi-paramètre ne conduit pas à un résultat unique.Ce travail se focalise sur la détermination des vitesses et de l’atténuation. La dispersion liée à l’atténuation produit des modèles de vitesse équivalents en termes de cinématique. Je propose une inversion hybride : la « relation cinématique » est un moyen de guider l’inversion des formes d’onde non-linéaire. Elle se décompose en deux étapes. Dans un premier temps, l’information cinématique est remise à jour, et ensuite les vitesses et l’atténuation sont modifiées, pour une cinématique donnée. Différentes approches sont proposées et discutées au travers d’applications sur des données synthétiques 2D, en particulier sur les modèles Midlle-East et Marmousi. / Seismic attenuation is a useful physical parameter to describe and to image the properties of specific geological bodies, e.g., saturated rocks and gas clouds. Classical approaches consist of analyzing seismic spectrum amplitudes or spectrum distortions based on ray methods. Full waveform inversion is an alternative approach that takes into account the finite frequency aspect of seismic waves. In practice, both seismic velocities and attenuation have to be determined. It is known that the multi-parameter inversion suffers from cross-talks.This thesis focuses on retrieving velocity and attenuation. Attenuation dispersion leads to equivalent kinematic velocity models, as different combinations of velocity and attenuation have the same kinematic effects. I propose a hybrid inversion strategy: the kinematic relationship is a way to guide the non-linear full waveform inversion. The hybrid inversion strategy includes two steps. It first updates the kinematic velocity, and then retrieves the velocity and attenuation models for a fixed kinematic velocity. The different approaches are discussed through applications on 2D synthetic data sets, including the Midlle-East and Marmousi models.

Cette thèse traite de la détection et de la localisation de sources autour de la faille de San Jacinto. Son but était de détecter des sources dans la croute superficielle, sur des profondeurs de l'ordre de quelques kilomètres. Ces sources ont une faible énergie et émettent principalement dans les hautes fréquences. Les sources à la surface autour et sur le réseau possèdent les mêmes caractéristiques et sont aussi étudiées afin de pouvoir les séparer des évènements en profondeur.Une méthode basée sur le traitement d'antenne, le Match Field Processing (MFP), est utilisée pour détecter et localiser de faibles évènements à faible profondeur et à la surface. Le MFP est appliqué a des données mesurées grâce a un réseau dense de capteurs une composante déployés sur une zone de 600mx600m sur la faille de San Jacinto. La méthode a d'abord été testée sur un ensemble d'évènements à la surface et en profondeur. Nous appliquons ensuite la technique sur 26 jours de données, afin de déterminer si des évènements sont présents en proche surface. Pour cela, seules la position en surface de la source et la vitesse apparente des ondes émises sont utilisés comme paramètres d'inversion. L'utilisation de ces trois paramètres permet de réaliser une première étude à moindre coût de calcul. Cependant cette première inversion ne permet pas de conclure sur la présence de sources en proche surface. L'information sur la position de la source en profondeur est nécessaire. Les résultats de localisations qui incluent la profondeur comme paramètre étant peu concluants lorsque le modèle classique de vitesse homogène est utilisé, nous étudions ensuite différentes stratégies pour améliorer la résolution en profondeur sans augmenter le coût de calcul. / The focus of this thesis is the detection and localization of weak sources on the San Jacinto Fault Zone. The primary targets of interest are sources in the shallow crust, with depth down to a few kilometers. For sources at these depths high frequency content and low energy are expected. Surface sources present on and around the array site are also studied in order to discriminate them from weak seismic sources at depth.We rely on a methodology based on array processing to detect and localize shallow and weak seismic events in the fault zone complex environment. We use Match field Processing on data recorded from a dense array of 1108 vertical component geophones in a 600m x 600m area on the Clark branch of the San Jacinto Fault. We first test the method on a set of chosen events at depth and at the surface. Source epicentral positions and associated apparent velocities are then inverted for surface and seismic sources for 26 days, with the intention of determining if shallow sources are present. Inverting only for these three parameters is less expensive in terms of computational cost and is suitable for a first approach. However, this first inversion leaves us unable to conclude on the presence of shallow sources. As the resolution at depth is insufficient when all three source coordinates are inverted with a classical homogeneous velocity model, we finally investigate strategies to improve resolution at depth without increasing computational cost.