L'objectif de ce mémoire de thèse est l'étude de la tectonique récente et l'évaluation de l'aléa sismique pour trois villes importante, Téhéran, Tabriz et Zandjan, situées dans le nord-ouest de l'Iran. Dans la capitale de l'Iran, Téhéran, nous nous sommes concentrés sur le système de faille active de Mosha-Nord Téhéran. Nos travaux démontrent que ce système est essentiellement décrochant sénestre. Nos analyses paléosismologiques sur la portion est de ce système (dans la vallée de Tar) montrent au minimum les évidences de sept grands événements sismiques (M>7) pendant les derniers 10000 ans (l'intervalle de récurrence est de 1100 à 1400 ans). Les études que nous avons mené dans la partie centrale de ce système (région d'Abali) révèlent qu'il pourrait être la source du dernier événement sismique ayant affecté la ville de Téhéran en 1830 AD. Dans la région de Tabriz, nous nous sommes intéressés au segment SE de la faille décrochante dextre de Nord Tabriz où nous avons trouvé les évidences de trois grands séismes pendant les derniers 33500 ans. Nos études montrent que la faille Nord Tabriz qui est la portion centrale d'un système de faille (TFS) est constituée par deux segments NW et SE dextres. Notre étude paléosismologique suggère une variation de la vitesse qui diminue du NW vers SE le long de ces segments. Les extrémités ouest (Mishu) et est (Bozghush) de ce système correspondent à des zones compressives qui absorbent les déplacements horizontaux sur les segments NW et SE. D'un point de vue général la TFS est une partie d'un système de failles régionales (GSKT) qui relie une zone d'extension active dans la partie centrale de la collision Arabie-Eurasie et une zone de compression active à l'Est. Enfin, à Zandjan qui est une ville située dans une région de lacune sismique, nous avons découvert un important réseau de failles actives. Le tracé sud-est de ce réseau de failles passe par la ville de Zandjan. En conclusion, les localisations et les cinématiques des systèmes de faille étudiés sont discutées dans le cadre géodynamique général de la collision Arabie-Eurasie. On remarquera que la faille majeure de Nord Tabriz qui correspond essentiellement à un décrochement dextre a la même direction NW-SE que les décrochements sénestres présents dans la chaîne de l'Alborz (les failles de : Mosha, Talaghan et Manjil). Cette observation nécessite une variation de la direction de compression entre ces deux régions.

L'objectif de ce travail est de réaliser une nouvelle plateforme d'interprétation sismique 3D semi-automatique basée sur la connaissance géologique employée aujourd'hui par les experts du domaine. A l'heure actuelle, la majeure partie des solutions sont basées sur les traitements d'image et l'utilisation de quantités d'attributs sismiques. Elles fournissent un résultat interprétable par un expert qui réalise alors une correspondance informelle entre la nouvelle image obtenue et des objets géologiques. Nous désirons explorer une nouvelle méthodologie mettant en avant la formalisation de la connaissance utilisée dans l'interprétation sismique comme la vision cognitive le permet et le conseille. Ainsi, nous caractérisons le résultat des traitements d'images opérés sur le bloc sismique grâce à des concepts et à relations visuelles provenant d'une ontologie dédiée. Ces caractéristiques nous permettent alors de formaliser l'interprétation d'objets géologiques à partir de ces instances et ainsi de proposer de manière automatique des solutions d'interprétation d'un bloc sismique, que l'expert pourra choisir de valider. Dans ce travail, nous avons à coeur de nous concentrer sur l'identification de deux premiers objets géologiques à identifier dans une image sismique : les horizons et les failles. Une ontologie de ce domaine d'étude est proposée afin de servir de base pour la création de la plateforme.

Ce rapport résume mes travaux de recherche et montre un plan de perspective. Le titre devra être intitulé "Processus Dynamique de la Génération de Tremblement de Terre et son Implication vers l'Aléa Sismique" (Dynamic Earthquake Generation Process and its Implication towards to Seismic Hazard). Les travaux sont réalisés essentiellement à l'Université de Tokyo, Japon (1995 —- 2000), à l'Ecole Normale Supérieure de Paris, France (2000 –- 2003), à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, (2003 –- 2004) et au BRGM (French Geological Survey, 2004 –- présent) au travers de différents collaborations. Les centres d'intérêt se trouvent ; Comment se passe-t-il, le tremblement de terre, notamment en niveau de la source ? Que faut-il faire afin de contribuer au besoin du risque sismique ? Pour ce but, j'ai pris l'approche numérique et théorique qui fait partie de recherches importantes ainsi que la compréhension de la physique des phénomènes et l'application vers l'aléa sismique. Le résultat principal est la modélisation numérique de la rupture dynamique dans un système complexe de faille lors d'un séisme, par exemple le séisme de Landers en 1992, le séisme d'Izmit en 1999 etc. Il est montré que ce processus dynamique contrôlé par la contrainte et le comportement de faille affecte le rayonnement des ondes sismique par conséquence. L'effet de cette source dynamique est donc essentiel lors on discute de mouvement sismique en champ proche de source. Cela dit que certains aspects de tremblements de terre pourront être physiquement reproduits, c'est-à-dire, prédictibles. Cette prédictibilité ou non-prédictibilité serait une clé de recherche.

Nous modélisons les processus de glissement instable, en tenant compte de la géométrie souvent complexe des systèmes de failles et des lois de frottement observées en laboratoire. Nous assimilons les failles à des interfaces de discontinuité dans un milieu élastique parfait, la croûte, et utilisons une loi de frottement dépendant du glissement déduite d'expériences qui montrent que la résistance du matériau diminue du seuil statique au seuil dynamique, proportionnellement au glissement.Nous proposons deux méthodes numériques. La première a pour but de simuler l'évolution temporelle spontanée d'un réseau de faille, soumis initialement à un champ de contraintes donné et auquel nous appliquons une perturbation initiale en vitesse. Elle utilise un schéma de type Newmark en temps, et une discrétisation spatiale en éléments finis avec décomposition de domaines. Elle se révèle capable de capturer efficacement les instabilités du glissement, et en particulier la phase d'initiation, qui précède la propagation de la rupture dynamique et qui se caractérise par une forme auto-similaire et une croissance exponentielle du glissement au cours du temps. Des expériences numériques montrent que l'interaction, sur des segments de faille présentant un recouvrement significatif, se manifeste par l'existence de " zones d'ombre " dans lesquelles les contraintes sont déchargées et le glissement inhibé. En cas de recouvrement important de deux segments de faille, on observe une dissymétrie des profils de glissement, correspondant à la disparition de la singularité de contraintes à l'une des pointes de faille.Le deuxième schéma numérique réalise l'analyse spectrale non linéaire du problème de l'initiation " pseudo-linearisé " autour de la position d'équilibre dans laquelle le système de failles est initialement au seuil de résistance statique. La non-linéarité du problème provient de la prise en compte des zones d'ombre dont on ne connaît pas la géométrie a priori. Cette analyse permet de trouver le mode qui porte la signature de l'initiation, c'est-à-dire la forme auto-similaire remarquée plus haut. La version statique de cette analyse modale fournit un critère de stabilité des réseaux de failles, c'est-à-dire la valeur limite du taux d'affaiblissement au-delà de laquelle un épisode de glissement donnera lieu à un évènement sismique.Nous faisons l'hypothèse que le mode non linéaire statique, qui caractérise un comportement en affaiblissement à la limite de la stabilité, peut être utilisé pour décrire le glissement cumulé à l'échelle tectonique sur un réseau de failles normales particulier en Afar, dont nous connaissons les glissements mesurés en surface. Nous montrons qu'un choix judicieux du profil d'affaiblissement " équivalent " à l'échelle tectonique permet un bon accord entre le glissement observé et le mode statique. Nous en tirons des conclusions en termes d'interaction, mais aussi depropagation et/ou branchement des segments de failles. Enfin, nous décrivons deux autres applications :l'influence de la fracturation secondaire (endommagement) sur la forme du glissement les paramètres géométriques favorables à l'apparition d'une zone de relai entre deux segments de faille se propageant l'un vers l'autre.

Nous construisons un modèle dépendant du temps, en géométrie tridimensionnelle sphérique, de la convection dans un manteau compressible et dissipatif qui est compatible avec la dynamique de l'écoulement mantellique instantané basé sur la tomographie sismique. Nous réalisons cet objectif à l'aide d'une méthode numérique pseudo-spectrale actualisée et révisée. En résolvant le problème direct de la convection thermique dans le manteau, nous obtenons une gamme réaliste de flux de chaleur à la surface de la Terre, variant de 37 TW pour une surface rigide à 44 TW pour une surface avec plaques tectoniques couplés à l'écoulement mantellique. De plus, nos modèles de convection prédisent des flux de chaleur à la frontière noyau-manteau (CMB) qui se trouvent à la limite supérieure des valeurs estimées précédemment, à savoir 13 TW et 20 TW, pour la surface rigide et la surface avec plaques, respectivement. Les deux conditions aux limites de surface, ainsi que les profils radiaux de viscosité inférés de la géodynamique, donnent des flux convectifs en état d'équilibre qui sont dominés par de longues longueurs d'onde tout à travers la partie inférieure du manteau. À savoir la condition de surface rigide donne un spectre d'hétérogénéité mantellique dominé par le degré 4 à 1 intérieur des couches limites thermiques (TBL), et la condition de surface avec plaques donne comme résultat un spectre dominé par le degré 1. Nous démontrons que la structure initiale thermique est fortement imprimée sur l'évolution future du manteau, et aussi que la mesure dans laquelle l'hétérogénéité initiale du manteau détermine la distribution de la température finale dépend de la condition à la limite de la surface. Notre exploration de la dépendance temporelle de l'hétérogénéité spatiale indique que, pour ces deux types de condition aux limites à la surface, les remontées de matière chaude provenant du manteau profond qui sont résolues dans le modèle tomographique sont des caractéristiques durables et stables de la convection dans le manteau terrestre. Ces panaches chauds profondément enracinées dans le manteau profond démontrent une longévité remarquable au cours de très longues des intervalles de temps géologiques. Cette stabilité des panaches profonds est principalement due à la forte viscosité dans le manteau inférieur inférée avec les données géodynamiques. Nous proposons également que les panaches mantelliques profondes sous les points chauds («hotspots») suivants : Pitcairn, Pâques, Galápagos, Crozet, Kerguelen, Caroline, et le Cap-Vert, sont les mieux résolus par l'imagerie tomographique du manteau à grand échelle. Afin de résoudre et évaluer la robustesse du problème inverse de la convection mantellique, nous considérons et comparons deux différentes techniques numériques actuellement utilisées dans la modélisation de la convection vers le passé : les méthodes de la quasi-réversibilité (QRV) et de l'advection vers l'arrière (BAD), sur un intervalle de temps de plus de 65 millions d'années. Nous définissons une nouvelle formulation du paramètre de régularisation pour la méthode QRV en terme d'une fonction dépendant du temps et nous quantifions la gamme des incertitudes suivantes, [7 à 29]% [11 à 37]% [8 à 33]%, et [6 à 9]% pour les champs de la divergence des plaques, les anomalies de gravité à l'air libre, la topographie dynamique de la surface, et la topographie de la CMB, respectivement. Les implications dominantes pour le problème inverse de la convection mantellique sont à la fois le choix d'un géotherme et le type de condition limite à la surface. Toutefois, l'impact critique sur la reconstruction de l'évolution thermique du manteau provient de l'intégration entre les hétérogénéités du manteau (structures décrites par degrés harmoniques l ≥ 1) et un géotherme «réaliste» (structure décrite par le degré harmonique l = 0), à l'intérieur des couches limites thermiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Flux de chaleur, tomographie sismique, tectonique planétaire, courants de convection, panaches mantelliques, points chauds, rhéologie du manteau, méthodes d'inversion, Cénozoïque.

La Mongolie caractérise la transition entre les structures compressives liées à la collision Inde-Asie et extensives du rift du Baïkal. Elle a connu depuis 1905 quatre séismes de magnitude supérieure ou égale à 8, (Tsetserleg, Bolnaï, Fu Yun et Gobi-Altaï). Les ruptures associées à ces événements forment un parallélogramme composé par des failles décrochantes sénestres est-ouest et décrochantes dextres NNO-SSE. Au centre, le dôme du Hangaï est associé à des failles normales et à un volcanisme alcalin récent. <br /> L'étude de la source des deux séismes de 1905 indique une propagation dominante des ruptures vers l'est. Le séisme de Tsetserleg (Mw = 7,95 ± 0,02.) aurait continué au-delà des ruptures cartographiées. L'initiation du séisme de Bolnaï (Mw = 8,4 ± 0,1) s'est faite à l'intersection entre la faille principale et celle de Teregtiin. <br /> Les ruptures associées au séisme du Gobi-Altaï sont complexes et bordent le massif de Ikhe Bogdo qui subit une rotation antihoraire (24° ± 11° ) depuis le Miocène. L'intervalle de récurrence sur cette faille est d'environ 5000 ans avec une vitesse d'environ 1 mm/an. <br /> Le mouvement sur les failles décrochantes conjuguées de l'Altaï et du Gobi-Altaï est amorti sur des failles inverses, l'ensemble formant des coins en compression. La formation du dôme du Hangaï est le résultat d'une combinaison entre un panache mantélique et du front compressif lié à la collision Inde-Asie. Le massif subit une rotation horaire. <br /> La sismicité correspond à des répliques tardives des séismes récents plus nombreuses sur les segments à rejet vertical que décrochants. Une compression orientée N20 ± 10° permet d'expliquer toutes les déformations indiquant la prépondérance actuelle du front compressif associé à la collision Inde-Asie, précédée d'un épisode mantélique qui a préparé la région. Nous proposons un modèle de déformation pure combinée avec une rotation horaire pour la Mongolie.

La convergence lente entre plaques pose d'importants problèmes d'évaluation du risque sismique, moins faciles à résoudre que dans les subductions. Ainsi l'Afrique du Nord est un chantier majeur pour étudier la réactivation en compression d'une marge passive cénozoïque complexe. Cette étude basée sur les campagnes MARADJA'03 et MARADJA2/SAMRA'05 (bathymétrie multifaisceau, sismique-réflexion, réflectivité, CHIRP, gravimétrie, SAR) permet de caractériser pour la première fois la structure multiéchelle de la marge sous-marine algérienne. L'enregistrement sédimentaire (dont instabilités sédimentaires) et tectonique (géomorphologie, plis, failles) révèle de grandes structures récentes et actives, ainsi que l'héritage géologique de la marge. Deux grands styles tectoniques sont identifiés: décrochant à l'ouest, et inverse au centre et à l'est, où des failles aveugles néoformées (plio-quaternaires) à pendage sud (opposé aux structures préexistantes), sub-perpendiculaires à la direction de convergence et souvent en échelon, génèrent des plis asymétriques. Ces failles (à vitesse minimale long-terme de raccourcissement de 0.1-0.6 mm/an) peuvent générer des séismes de M=6-7.5 (dont la faille de Khayr al Din près d'Alger). Parmi elles, celle associée au séisme de Boumerdès (21/5/2003, Mw:6.8) se prolongerait à la surface par des replats et rampes, créant des bassins en piggy-back (jusqu'à 60 km au large) ou rollover (sur la pente). Une grande part de la déformation liée à la convergence Afrique-Europe NNO-SSE (~5 mm/an à la longitude d'Alger) est donc accommodée en pied de marge algérienne, ce qui indiquerait, avec la flexion en compression du bassin adjacent, une future initiation de subduction.

Le patrimoine architectural urbain exceptionnel des petites villes italiennes de Noto (Sicile), d'Assise (Ombrie), et de Gémone (Frioul), est soumis à un risque sismique majeur : la probabilité d'occurrence d'un tremblement de terre est forte, et la vulnérabilité des territoires est très grande. Toutefois, les politiques de conservation du patrimoine peuvent constituer des instruments efficaces de gestion du risque. Pour cela, il est essentiel que les communes définissent des priorités de gestion, en prenant en compte différentes échelles spatiales et temporelles, dans le cadre de politiques urbaines sélectives. La comparaison de trois communes permet de mettre en relief les similitudes et les contrastes entre les choix et les résultats de politiques urbaines différentes menées dans des contextes comparables.

Dissertation--Geophysics--Uppsala University, 2000. / Bibliogr. p. 111-118.

Thèse de doctorat--Sciences de la terre--Rennes 1, 2003. / Bibliogr. p. 185-202. Résumé en français et en anglais.