D’importantes découvertes de gaz ont été faites récemment en Méditerranée orientale (www.nobleenergyinc.com), incitant les compagnies pétrolières à s’intéresser de plus près au bassin du Levant, considéré aujourd’hui comme une véritable province pétrolière. Par conséquent, une quantité considérable de données géophysiques a été produite et une série d'études académiques et industrielles ont été réalisées. La compréhension de l’architecture crustale et sédimentaire associée à celle de la thermicité actuelle et passée des marges de ce bassin, notamment la marge continentale du Liban, présente des enjeux industriels et scientifiques majeurs. Cette question a des implications majeures pour l'évolution tectonique, les prévisions des tremblements de terre ainsi que celle des systèmes pétroliers. Malgré les différents travaux géophysiques menés sur la Méditerranée orientale ces dernières années, la configuration crustale profonde du bassin du Levant, connu pour avoir été le siège d’un rifting à la fin du Paléozoïque et au début du Mésozoïque, reste imprécise. La transition d’une croûte continentale épaisse vers une croûte atténuée en mer (peut-être même une croûte océanique) a été invoquée, mais pas encore prouvée. Des approches géophysiques intégrées ainsi qu’un travail de modélisation ont été utilisés dans cette thèse pour étudier la structure profonde de la lithosphère sous la région Est de la Méditerranée.Une modélisation crustale 2D à l’échelle régionale (du delta du Nil au sud à la Turquie au nord, et du bassin Hérodote à l’ouest à la plaque arabe à l’est) a été effectuée dans le but d’étudier l’architecture de la croûte dans cette partie de la méditerranée orientale. L’algorithme utilisé est une méthode d’essai-erreur qui fournit l’épaisseur crustale et la profondeur de la limite lithosphère- asthénosphère (LAB) ainsi que la distribution de la densité crustale par l’intégration du flux de chaleur surfacique, l’anomalie gravimétrique à l’air libre, les données du géoïde et la topographie. La profondeur du Moho et l’épaisseur de la croûte ont été contraintes localement par des données de sismique réfraction là où elles sont disponibles. Les résultats montrent une croûte cristalline progressivement atténuée dans une direction EW. Dans le bassin du Levant, la croûte est interprétée comme continentale et composée de deux croûtes distinctes, une supérieure et une inférieure, contrairement au bassin Hérodote qui repose sur une croûte mince, probablement océanique.Une inversion 3D jointe des données de gravité, du géoïde et de la topographie appliquée sur la même région a confirmé les résultats de la modélisation crustale 2D. A total of 168 simulations ont été réalisées, parmi lesquelles, la simulation avec les erreurs les moins grandes sur les données correspond à l’inversion d’un modèle dans lequel la profondeur du Moho varie entre 23 et 26 km dans le bassin du Levant et devient plus profond dans le bassin Hérodote et aux larges des côtes africaines. La profondeur de la LAB est située entre 100 et 150 km dans le bassin du Levant et atteint plus de 180 km dans le bassin Hérodotes. L’interprétation de cinq lignes de sismique réflexion 2D PSTM à 14 s TWT couvrant la partie nord du bassin du Levant a révélé un total de 10 horizons, dont le plus profond pourrait être une interface croûte-manteau. L’interprétation des paquets sismiques, leurs surfaces de raccord ainsi que l’analyse des facies ont été contraints par les interprétations sismiques 2D publiées de la partie nord de l’offshore Libanais (Hawie et al., 2013b), dans lesquelles les connaissances stratigraphiques et sédimentologiques récentes de la marge libanaise ont été extrapolées jusqu’au bassin. Un total de huit paquets sédimentaires a été identifié dans le bassin aux âges variant du Jurassique Moyen au Quaternaire. / Significant gas discoveries have been made recently in the Eastern Mediterranean (www.nobleenergyinc.com), which turned the attention of oil companies towards the Levant Basin. This region is considered today as a typical hydrocarbon frontier province. Hence, a considerable amount of geophysical data has been produced and a series of academic and industry-based studies have been performed. Understanding the crustal and sedimentary architecture, the actual and past thermicity of this basin, in particular on the Lebanese continental margin, has major academic and economic interests. This has important implications on understanding tectonic evolution and earthquakes generation and on assessing petroleum systems. Despite numerous old and recent geophysical studies in this region, the deep crustal configuration of the Levant Basin, known to be the site of rifting in the Late Paleozoic and Early Mesozoic, remains enigmatic. The transition from a typical thick continental crust to thinner attenuated crust offshore (possibly even oceanic crust) has been invoked, but not yet proven. Integrated geophysical approaches and modeling techniques are used in this thesis to study the deep structure of the lithosphere underlying the easternmost Mediterranean region.A 2D modeling approach was accomplished at a regional scale (1000x1000 km2) extending from the Nile delta in the south, to Turkey in the north, from the Herodotus Basin in the west to the Arabian plate in the east. The algorithm used is a trial and error method that delivers the crustal thickness and the depth of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) as well as the crustal density distribution by integrating top basement heat flow data, free-air gravity anomaly, Geoid and topography data. Moho depth and crustal thickness were locally constrained by refraction data where available. Three models are presented, two in EW direction (580 and 650 km long) and one in SN direction (570 km long). The models in EW sections show a progressively attenuated crystalline crust from E to W (35 to 8 km). The SN section presents a 12 km thick crust to the south, thinning to 9-7 km towards the Lebanese offshore and reaching 20 km in the north. The crystalline crust is best interpreted as a strongly thinned continental crust under the Levant Basin, represented by two distinct components, an upper and a lower crust. The Herodotus Basin, however, shows a very thin crystalline crust, likely oceanic, with a thickness between 6 and 10 km. The Moho under the Arabian plate is 35-40 km deep and becomes shallower towards the Mediterranean coast. Within the Levant Basin, the Moho appears to be situated between 20 and 23 km, reaching 26 km in the Herodotus Basin. While depth to LAB is around 110 km under the Arabian and the Eurasian plates, it is about 150 km under the Levant Basin and plunges finally to 180 km under the Herodotus Basin.A 3D joint inversion of gravity, geoid and topography data applied on the same region confirmed the results of the 2D modeling. A total of 168 of simulations were run, among which the simulation with the minimal data misfits corresponds to a model where the Moho depth varies between 23 and 26 km in the Levant Basin and becomes deeper in the Herodotus Basin and off the African coast. The LAB is 100 to 150 km deep in the Levant Basin and deepens to more than 180 km in the Herodotus Basin.

Les mesures microtectoniques, les coupes et les logs lithostratigraphiques, les données de forages pétroliers et les profils sismiques, en Tunisie nord-orientale onshore et offshore, montrent: (i) une variation latérale et en profondeur des séries lithostratigraphiques, (ii) une série de structures faillées en subsurface, caractérisées par des plis de direction N45°, des failles inverses et des décrochements N90-110° dextres et N160-180° sénestres auxquels sont associés des bassins. Les déformations tectoniques reconnues par les données sismiques n'affectent que des zones étroites, allongées et orientées selon trois directions majeures: N45°, N100-120° et N160-180°. Les données microtectoniques ont dévoilé une dominance de fractures NW-SE, NNE-SSW et NE-SW à ENE-WSW respectivement sur les formations du Valenginien-Tortonien, Aptien et Yprésien, et Aptien, Yprésien et Langhien. L'association de toutes les données a permis de mettre en évidence: (a) une phase extensive au Crétacé de direction moyenne N110° matérialisée par des failles normales subméridiennes, NW-SE à WNW-ESE dextres, ENE-WSW à NE-SW senestres, (b) une compression de direction NW-SE pendant l'Eocène, (c) une extension de direction NE-SW à l'Oligocène, (d) une compression de direction NW-SE au Tortonien suivie par (e) une distension NE-SW au Messinien et enfin (f) une compression au Pliocène de direction NW-SE. Ces phases alpine et atlasique s'amortissent vers l'Est lors de la transition onshore-offshore et leur ampleur diminue d'Ouest et Nord-Ouest vers l'Est. On y observe des zones fortement faillées et plissées, alors que vers l'Est elles sont faillées et structurées en horsts et en grabens. Les réservoirs sont bien développés et sont de deux types : (i) carbonatés et fracturés (formations Abiod, Métlaoui, Souar et Chérahil, et Aïn Grab) et (ii) siliciclastiques (formations Birsa et Saouaf). Les roches mères qui constituent les formations Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous et El Gueria, ont alimenté ces réservoirs. Des pièges tantôt structuraux, associés à des structures plissées et fermées par failles, tantôt stratigraphiques, induits par changement de faciès, se sont développés suite à ces phases de compression. Les séries argileuses épaisses des formations El Haria, Souar et Chérahil, et Oum Dhouil constituent de bonnes couvertures continues qui scellent les structures des réservoirs. Les inversions structurales et la tectonique tangentielle en Tunisie orientale jouent un rôle important dans la structuration de la couverture et de l'évolution du système pétrolier. / Microtectonic measurements, the lithostratigraphic cross-sections and logs, the data of oil drillings and the seismic profiles, in north-eastern Tunisia onshore and offshore, show: (i) a side and in-depth variation of the lithostratigraphic series, (ii) a series of faulted structures at subsurface, characterized by folds oriented N45°, reverse faults and N90-110° dextral and N160-180° sinistral strike-slips associated with basins. The tectonic deformations recognized by the seismic data affect only narrow zones, lengthened and oriented according to three major directions: N45°, N100-120° and N160-180°. The microtectonic data revealed a predominance of fractures NW-SE, NNE-SSW and NE-SW to ENE-WSW on the formations of Valenginian-Tortonian and Ypresian Aptian and Aptian, Ypresian and Langhian, respectively. The associations of all data helped to identify: (a) an extensive phase Cretaceous in age, ~N110° oriented and materialized by NS normal faults, NW-SE to WNW-ESE dextral and ENE-WSW to NE-SW sinistral faults, (b) a NW-SE compression during the Eocene, (c) a NE-SW Oligocene extension, (d) a NW-SE Tortonian compression followed by (e) a NE-SW Messinian distension and (f) a NW-SE Pliocene compression. These Alpine and Atlassic phases decrease eastwards at the onshore-offshore transition and their magnitude decreases from the West and Northwest to the East, where strongly folded and faulted zones can be observed, whereas Eastwards they are faulted and structured in folds and troughs. The reservoirs are well developed and are of two types: (i) carbonated and fractured (Abiod, Métlaoui, Souar and Chérahil, and Aïn Grab formations) and (ii) siliciclastic (Birsa and Saouaf formations). Sometimes structural traps, associated with structures folded and closed by faults, sometimes stratigraphic, induced by change of facies, developed following these compression stages. The bed rocks which constitute the Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous and El Gueria formations, supplied these reservoirs. The thick argillaceous series of the El Haria, Souar and Chérahil, and Oum Dhouil formations constitute good continuous covers which seal the structures of the reservoirs. The structural inversions and thrusting in Eastern Tunisia play a significant role in the structuring of the cover and the evolution of the oil system.

L'objectif principal de cette thèse est la reconstruction de l'évolution tectonique et stratigraphique de la marge nord du bassin de l'Amou-Daria et du nord-ouest du bassin Afghan-Tadjik dans le sud-ouest de l'Ouzbékistan (régions de Boukhara-Khiva et SW Ghissar).Nous avons utilisé des données géologiques-géophysiques pour construire 8 coupes géologiques-géophysiques. Deux de ces coupes sont parallèles à la région de Boukhara-Khiva, les six autres la recoupent du nord au sud. Les caractères principaux des surfaces pré-Mésozoïque et Mésozoiques ont été observés ainsi que les failles principales, hauts et dépressions.Une autre partie de la thèse est consacrée à l'analyse de la subsidence, réalisée à partir de 18 puits choisis dans la région. La comparaison des taux de subsidence montre une subsidence tectonique active de la fin du Jurassique inférieur au Jurassique moyen et des événements mineurs au cours du Crétacé inférieur et du Turonien.Une analyse de tectonique cassante, comprenant des travaux de terrain, a été menée dans la chaîne du SW Ghissar. Des populations de failles ont été mesurées dans les carbonates du Jurassique moyen-supérieur. Les résultats indiquent que les failles normales sont associées à une extension de direction NE qui s'est développée dans la marge nord du bassin de l'Amou-Daria au cours du Jurassique moyen supérieur.Nos résultats montrent que l'évolution du bassin de l'Amou-Daria est liée au développement de la marge nord de l'océan néo-téthysien au Mésozoïque. La subduction vers le nord de la Néo-Téthys sous l'Eurasie durant le Jurassique a induit un régime extensif dans la plaque Touran chevauchante et l'ouverture du bassin de l'Amou-Daria. / The main aim of this thesis is reconstructing the tectono-stratigraphic evolution of the northern margin of the Amu-Darya basin and northwestern part of the Afghan-Tajik basin in southwestern Uzbekistan (Bukhara-Khiva and Southwestern Gissar regions). We have used a complex of geological-geophysical data for the construction of 8 geological-geophysical sections. Two lines are parallel to the Bukhara-Khiva region, while other six cross it from the north to the south. The principal features of the pre-Mesozoic and Mesozoic surfaces were observed. The main faults, highs and lows were also determined.Another part of the study is the tectonic subsidence analysis, performed through 18 wells, chosen for the area. The comparison of the tectonic subsidence rates shows an active tectonic subsidence during the late Early Jurassic to Middle Jurassic, and minor events during the Early Cretaceous and the Turonian.The fault tectonic analysis, including fieldworks, has been performed in the Southwestern Gissar Mountains. We mainly analysed the faults population in the Middle-Late Jurassic carbonates. The results indicate that normal faulting developed during the Middle-Late Jurassic associated with the NE-trending extension that developed in the northern margin of the Amu-Darya basin.All of the results show that the Amu-Darya basin evolution is strongly connected to the Mesozoic development of the northward subduction of the Tethys Oceanic domain beneath the Central Asia margin. During the Jurassic, the northward subduction of the Neo-Tethys beneath Eurasia generated extensional stress fields in the overriding Turan platform which originated the Amu-Darya basin.

Le cycle sismique s'étend de la centaine à quelques milliers d'années mais les mesures géodésiques et sismologiques s'étendent sur moins d'un siècle. Cette courte échelle de temps d'observation rend difficile la mise en évidence du rôle des paramètres sismotectoniques clefs qui contrôlent la dynamique des failles actives. Pour pallier ce problème d'échelle temporelle, j'ai développé un nouveau modèle expérimental qui reproduit des microséismes le long d'une faille décrochante sur plusieurs centaines de cycles sismiques. Il est constitué de deux plaques de polyuréthane latéralement en contact, reposant sur une couche basale de silicone, simulant le comportement mécanique d'une croûte supérieure élastoplastique couplée avec une croûte inférieure ductile, respectivement. Pour chaque expérience, environ 4000 mesures du champ de vitesses horizontales sont enregistrées. L'analyse des déplacements de surface au cours des phases intersismiques, cosismiques et postsismiques et leur comparaison aux failles sismogéniques montrent que le modèle reproduit correctement les déformations proches de la faille et en champ lointain. J'ai aussi effectué des inversions du champ de vitesses en surface pour évaluer la distribution spatiale du glissement en profondeur le long du plan de faille. Pour comparer les expériences, j'ai développé plusieurs algorithmes permettant d'étudier l'évolution spatio-temporelle des principaux paramètres physiques et les processus de déformation de surface qui caractérisent le cycle sismique. Mes premiers résultats suggèrent que la vitesse de chargement tectonique imposée en champ lointain joue un rôle sur le cycle sismique en influençant la magnitude des séismes, leur temps de récurrence, ainsi que la capacité de la faille à générer des séismes caractéristiques. Une vitesse de chargement lente favorise l'occurrence de forts évènements caractéristiques et une vitesse rapide de nombreux microséismes de magnitude faible à modérée plus distribués le long de la faille. Ma première hypothèse est que ce comportement est contrôlé par le couplage fragile/ductile à la base des plaques de polyuréthane. Pour une vitesse rapide, les forces visqueuses dans la couche basale augmentent de même que ce couplage. Ce processus contraint la base de la faille à glisser à une vitesse proche de sa vitesse long-terme et induit un champ de contrainte plus hétérogène le long de son plan qui favorise les microséismes de magnitude faible à modérée. Pour une vitesse lente, le silicone se comporte comme un fluide newtonien et les forces visqueuses diminuent considérablement, permettant à la faille de rester bloquée sur une plus longue période et d'accumuler plus de déformation élastique. Les contraintes sont ensuite relaxées par de plus larges évènements sismiques. Enfin, j'ai étudié le rôle joué par les variations de contrainte normale le long de la faille sur le glissement cosismique et le comportement long terme du système. Les résultats montrent que la distribution spatiale du glissement cosismique est fortement contrôlée par les variations de résistance de la faille et de l'accumulation des contraintes cisaillantes qui en résultent. Les évènements majeurs se produisent préférentiellement dans les zones d'aspérité de contrainte cisaillante et leur distribution spatiale du glissement suit une tendance similaire à celle de la variation de contrainte normale le long de la faille. L'analyse révèle aussi que l'hétérogénéité de l'état de contrainte initial influence la régularité du cycle sismique et le comportement long terme du modèle. Les résultats de cette étude paramétrique conforte ainsi l'hypothèse selon laquelle la distribution du glissement cosismique le long des ruptures peut fournir des informations pertinentes sur l'état de contrainte initial et pourrait améliorer notre compréhension de l'aléa sismique. Notre approche expérimentale apparaît donc, comme une méthode complémentaire et efficace pour étudier la dynamique des séismes. / Average seismic cycle duration extends from hundred to a few thousands years but available geodetic measurements, including trilateration, GPS, Insar and seismological data extend over less than one century. This short time observation scale renders difficult, then, to constrain the role of key parameters such as fault friction and geometry, crust rheology, stress and strain rate that control the kinematics and mechanics of active faults.To solve this time scale issue, I have developed a new experimental set-up that reproduces scaled micro-earthquakes along a strike-slip fault during several hundreds of seismic cycles. The model is constituted by two polyurethane foam plates laterally in contact, lying on a basal silicone layer, which simulate the mechanical behaviour of an elastoplastic upper crust coupled with a ductile lower crust, respectively. For each experience about 4000 horizontal-velocity field measurements are recorded. The analysis of model-interseismic, coseismic and postseismic surface displacements and their comparison to seismogenic natural faults demonstrate that our analog model reproduces correctly both near and far-field surface strains. I also performed surface-velocity field inversions to assess the spatial distribution of slip and stress at depth along the fault plane. To compare the experiences, we have developed several algorithms that allow studying the spatial and temporal evolution of the main physical parameters and surface deformation processes that characterise the seismic cycle (magnitudes, stress, strain, friction coefficients, interseismic locking depth, recurrence time, ...). My first results suggest that far-field boundary-velocity conditions play a key role on the seismic cycle by influencing earthquake magnitudes and recurrence time, as well as the capability of the fault to generate characteristic earthquakes. We observed that low loading rate favors rare but large strong characteristic events and high loading rate numerous low to moderate magnitude more distributed microquakes. My first hypothesis is that this behaviour may be controlled by the brittle/ductile coupling at the base of foam plates. For a high loading rate, viscous forces in the silicone layer increase as well as coupling at the base of the foam plates. These features force the base of the fault to slip at a velocity close to the far field velocity and induce a more heterogeneous stress field along the fault favoring low to moderate microquakes. For a low loading rate, silicone almost behaves as a newtonian fluid and viscous forces strongly decrease, allowing the fault to remain locked for a longer period and to accumulate more elastic strain. Stresses are then relaxed by larger seismic events.Finally, I investigate experimentally the role played by along fault initial normal stress variations on coseismic slip and long term fault behavior. Results show that coseismic slip patterns are strongly controlled by variations in fault strength and subsequent accumulated shear stress along fault strike. Major microquake events occur preferentially into zone of major shear stress asperities and coseismic slip distributions follow similar trends than initial normal stress variations along the fault. Moreover, our experiment suggest that the heterogeneity of initial stress state along the fault influence the regularity of the seismic cycle and, consequently, long term fault slip behavior. Results of this parametric study comfort, then, the hypothesis that coseismic slip distribution along earthquake ruptures may provide relevant informations on unknown initial stress state and could thus improve our understanding of seismic hazard.Our experimental approach appears then, as an efficient complementary method to investigate earthquake dynamics.

Le dimensionnement des ponts et viaducs au Canada se base sur la norme CAN/CSA S6-14. Pour le calcul de ces structures sous des charges extrêmes, des cartes d'aléa sismique sont produites par la Commission géologique du Canada selon un taux d'amortissement de 5 %. La norme propose des taux d'amortissement visqueux élastique de 2 % pour le béton et de 1 % pour l'acier. Un nouveau facteur de correction selon l'amortissement est mentionné dans cette norme pour modifier les spectres de réponse provenant des cartes sismiques. Plusieurs études sur des ouvrages d'art quantifient les taux d'amortissement visqueux élastique entre 1 % et 2 %, confirmant ainsi qu'il est nécessaire d'utiliser un facteur de correction des spectres pour éviter une sous-évaluation des déplacements au niveau du tablier. Le projet de recherche consiste à quantifier le taux d'amortissement visqueux élastique des ponts routiers grâce à des essais in situ sur des ouvrages du Québec. Les essais débutent avec l'acquisition de données à l'aide d'accéléromètres alors que le pont est sous vibrations ambiantes. Une fois les propriétés modales extraites, un essai sous vibrations forcées par balayage des fréquences est effectué, en ciblant les fréquences propres. L'interprétation de la réponse de la structure à ce dernier essai permet de trouver précisément l'amortissement. Une étude paramétrique sur le logiciel OpenSees est aussi effectuée pour évaluer l'impact de la variation du taux d'amortissement utilisé sur les déplacements du tablier lors d'un séisme. Les résultats démontrent que le taux d'amortissement visqueux élastique peut être aussi bas que 1 %, ce qui peut doubler la réponse en déplacements aux joints d'un pont par rapport à une analyse avec 5 % d'amortissement. Le mémoire cherche à clarifier l'utilisation de la norme S6-14, à démontrer l'importance d'utiliser un bon taux d'amortissement et à encourager l'utilisation d'un facteur de correction des spectres adéquat pour calculer la réponse sismique des ponts routiers québécois et canadiens. Des recommandations sont proposées dans ce sens.

Cette thèse s'intéresse au développement des méthodes d'auscultation sismique passive pour l'imagerie et la surveillance des mines profondes. Les résultats marquants sont 1/ la possibilité d'imager en profondeur les structures géologiques d'intérêt et 2/ la possibilité de suivre dans le temps les propriétés mécaniques des roches qui subissent les sollicitation associés à l'exploitation minière. Ce travail ouvre des perspectives quant à l'amélioration de la sécurité dans les mines profondes. / This work focus on using passive noise-based seismic methods to image and monitor the rock mass in underground mines. The main results show that it is possible to gain benefit from the diffuse ambient seismic field in mines to 1/ image the rock mass and 2/ monitor its mechanical property changes over time. This work opens a way to improve safety in deep underground mines.

Sur les dernières décennies, progresse sur la compréhension de la sismicité de clustering dans le temps, taille et l'espace ont été chassés par deux approches parallèles. De l'on étudie la main sur la mécanique des failles dans un milieu élastique soutiennent pour la contrainte statique de déclenchement à dominent dans le champ proche, c'est à dire à une distance de moins de 10 longueur de faute. De l'autre part, les propriétés de champ moyen du déclenchement sont reproduits en utilisant des effets en cascade dans modèles de processus point. Dans cette étude, nous essayons de concilier ces approches en soulignant l'importance de la faille de style sur les propriétés moyennes de la sismicité. En commençant par l'étude du taux de sismicité déclenchée par la Ville Muzaffarabad, au Cachemire, 2005 Mw = 7.6, Ms = 7,7 tremblement de terre, qui apparaît comme supérieure à la moyenne dans l'analyse des séquences répliques dans la ceinture de collision Inde-Asie, nous décidons de la productivité évènement grève de glissement sont en moyenne 4 fois plus petit que la poussée des failles de productivité. En utilisant le catalogue sismique global, nous étendre ce résultat comme tous les paramètres de la loi d'Omori (P, K, α, N (t)) étant dépendant failles styles. Dans le K ETAS modèle solide, N et de faibles valeurs de α sont entraînés par branchement ratio élevé (n). Comme conséquences de la relative n haute - La valeur la poussée des événements, il prédit aussi une faible p - La valeur pour l'événement de la poussée que comparer à bordereau de grève et des manifestations normales de la PN> PS S> PT que nous observons. Dans l'état de taux et cadre de la friction cela implique un changement dans les habitudes hétérogénéité stress. Nous ne résolvent pas tout changement dans le taux robustes foreshocks, p ' - La valeur, alors que notre analyse nous permettra d'étendre B ˚ droit aths dans le temps, d'espace et mécanisme focal. Pour des failles inverses, l'ampleur différence et la distance entre le choc principal de la plus grande réplique sont un peu moins que pour les défauts de glissement de grève. La distribution des intervalles de temps entre mainshocks et leurs le plus grand répliques est conforme au droit d'Omori, mais avec un taux un peu plus rapide de la carie que pour les répliques en général. Ceci implique que la plus grande réplique est plus susceptible de survient plus tôt que plus tard dans une séquence donnée de répliques. Par ailleurs, cette constatation plaide en faveur allant au-delà du modèle de point de branchement, avec des implications pour les prévisions à court terme. Aussi nous résoudre la dépendance univoque de p - La valeur du droit à l'ampleur Omori choc principal pour la réplique dans les 10 jours après la survenance choc principal, cette dépendance étant perdus lors de l'utilisation des séquences en cascade complète. Nous trouvons ce seuil correspond également le temps à un changement dans les schémas de diffusion, tous ces changements se synchroniser avec l'apparition de la plus grande réplique. En conséquence, nos résultats convergent vers le rôle clé du secondaire répliques sur la mécanique de la taille, le temps et l'espace modèle de processus en cascade. / On the last decades, progresses on the understanding of clustering seismicity in time, size and space have been driven by two parallel approaches. From the one hand studies on the mechanics of faulting in an elastic medium argue for the static stress triggering to dominate in the near field, i.e within distance less than 10 fault length. From the other hand, mean field properties of the triggering are reproduced using cascading effects in point process models. In this study we try to reconcile these approaches by emphasizing the importance of faulting style on average properties of seismicity. Starting with the study of the seismicity rate triggered by the Muzaffarabad, Kashmir, 2005 Mw = 7.6, Ms = 7.7 earthquake, which appears as above the average when analysing the aftershocks sequences in the India-Asia collision belt, we resolve the strike slip event productivity to be on average 4 times smaller than the thrust faulting productivity. Using global earthquake catalog, we further extend this result as all the parameters of the Omori law (p, K, α, N (t)) being dependent on faulting styles. Within the ETAS model strong K, N and low α values are driven by high branching ratio (n). As consequences of the relative high n − value of the thrust events, it also predicts a lower p − value for thrust event as compare to strike slip and normal events as the pN > pS S > pT we observe. Within rate and state friction framework it implies a change in stress heterogeneity patterns. We do not resolve any robust changes in foreshocks rate, p′ − value, whereas our analysis allow us to extend B˚aths law in time, space and focal mechanism. For reverse faults, both the magnitude difference and the distance from the mainshock to the largest aftershock are somewhat less than for strike slip faults. The distribution of time intervals between mainshocks and their largest aftershocks is consistent with Omori's law but with a somewhat faster rate of decay than for aftershocks in general. This implies that the largest aftershock is more likely to occurs earlier than later in a given sequence of aftershocks. Moreover, this finding argues for going beyond the branching point model, with implications for short term forecasts. Also we resolve unambiguous dependency of p − value of Omori law to mainshock magnitude for the aftershock within 10 days after the mainshock occurrence, this dependency being lost when using complete cascade sequences. We find this time threshold also corresponds to a change in diffusion patterns, all these changes synchronize with the occurrence of the largest aftershock. Accordingly, our results converge toward the key role of the secondary aftershocks on the mechanics of size, time and space pattern of cascading processes.

La construction du macro-modèle de vitesse est une étape cruciale de la chaîne d’imagerie sismique afin de produire un modèle adéquat pour la migration ou l'inversion de la formes d’onde complètes (Full Waveform Inversion). Parmi les approches possibles pour construire ce macro-modèle, la tomographie des pentes est fondée sur le pointé d’évènements localement cohérents caractérisés par leur temps de trajet et leurs pentes dans les collections de sismogrammes à source et réflecteur communs. Chaque évènement dans les observables est associé à un petit segment de réflecteur dans le sous-sol caractérisé par sa position et son pendage. Cette thèse propose une reformulation de la tomographie des pentes pour palier aux deux limitations sus-mentionnées. Les temps de trajet sont calculés à l’aide d’un solveur eikonal et la méthode de l’état adjoint est utilisée pour calculer efficacement le gradient de la fonction coût dans le contexte de méthodes d’optimisation locale. Le solveur eikonal est fondé sur une méthode aux différences finies pour la discrétisation des opérateurs différentiels. La méthode est implémentée pour des milieux 2D transverses isotropes avec un axe de symétrie dont l’orientation varie spatialement (milieux TTI). La méthode est évaluée avec différents examples synthétiques comme les cas du modèle isotrope complexe Marmousi et du modèle 2D TTI BP-salt. Dans le cas de milieux TTI, les couplages pouvant exister entre les paramètres de différente nature sont analysés avec un cas synthétique canonique. Cette thèse se conclut par une application à des données de sismique réflexion multitrace large bande (fournie par CGG) afin de reconstruire le modèle de vitesse vertical. / Velocity macro-model building is a crucial step in seismic imaging workflows as it provides the necessary background model for migration or full waveform inversion. Slope tomography, as a reliable alternative for conventional tomography, provides a tool to achieve this purpose where one picks the local coherent events rather than continuous events. These approaches are based on the slopes and traveltimes of the local coherent events which are tied to a reflecting/diffracting point (scatterer) in the subsurface. In this thesis, I introduce an anisotropic slope tomographic approach which aim at macro-model building for subsurface properties in 2D tilted transversely isotropic (TTI) media. In this method, I reformulate the stereotomography, as an slope tomographic tool, such that I replace the ray-based forward engine with a TTI eikonal solver and take advantage of the adjoint state method to calculate the gradients. In result, I can efficiently calculate the traveltimes for complex media and long offset acquisition on a regular grid of the subsurface and formulate a matrix-free framework for the inversion. Different synthetic examples including the isotropic Marmousi and 2D TTI BP-salt model are considered to assess the potential of the method in subsurface parameter estimations. Also, through a simple example, the footprint of parameter cross-talk is investigated for the Thomsen parametrization. As a real data application, the proposed method is applied on a 2D marine BroadSeis data set (provided by CGG) to retrieve the vertical velocity of the subsurface.

La zone de subduction centrale en Equateur est caractérisée par un patch fortement couplé, pas de grands séismes connus et de fréquents essaims sismiques, dont certains associés à des épisodes de glissements lents (SSE). Les hypocentres déterminés sur un réseau temporaire dense onshore-offshore image la sismicité de fond et plusieurs essaims (01/2013), synchrones d’un SSE (Mw´ 6.3). Une sismicité permanente se produit à 20-30 km de profondeur, proche et sous la zone de contact interplaque (ZCI), bordant la partie profonde de la zone couplée. Les essaims superficiels (10 km) ont lieu sur des zones de failles crustales de la plaque plongeante (ZFC-Nazca), inverses, sub-verticales et qui bordent un massif océanique en subduction. Le SSE 2012-2013 est un événement composite se développant sur 2 patchs distincts. Le premier patch (P1), plus petit, se localise sur une partie peu couplée de la ZCI et le second (P2), plus superficiel, sur une zone fortement bloquée (>70%). Depuis le 25/11 et durant ~1,5 mois, sans sismicité, P1 se déverrouille progressivement, indiqué par un glissement discontinu, lent et faible. Le 13/01, l'accélération soudaine du glissement sur P1 réactive une ZFC-Nazca (1er essaim), située immédiatement updip P1 et downdip P2, ce qui favorise le début d´un glissement rapide, fort et continu sur P2 (et sur P1). Nous proposons que les fluides, expulsés par l'activité sur la ZFC-Nazca et injectés au niveau de la ZCI, contribuent à modifier le comportement de stabilité des matériaux, favorisant ce SSE inattendu sur une zone fortement bloquée. Environ 80% du moment asismique total sont libérés sur P2 en une semaine, concomitant d´essaims sur différentes ZFC-Nazca / The central subduction zone of Ecuador is characterized by a highly coupled patch, no known large earthquakes and frequent seismic swarms, some of them associated to slow slip events (SSE). The earthquakes recorded on a temporal onshore-offshore network show an unprecedented image of the background seismicity and of several intense swarms in early 2013, concomitant of a SSE (6.3 Mw). The 20-30 km deep permanent seismic clusters develop near and below the interface contact zone (ICZ), contouring the downdip limit of the locked area. The shallower swarms (10 km depth) occur on sub-vertical inverse crustal fault zones of the Nazca plate that seem to bound a known oceanic massive in subduction. The 2012-2013 SSE is a composite event developing on 2 distinct patches. The first and smaller patch (P1) is sited on an intermediate coupled portion of the ICZ than the shallower second patch (P2) that lies on a highly locked area (> 70%). Since 2012 Nov. 25 and during ~1.5 month, without seismicity, P1 progressively unlocks as revealed by the slow, low and intermittent slip. On 2013 Jan. 16, the sudden slip acceleration on P1 activates a Nazca crustal fault zone (first swarm) located immediately updip P1 and downdip P2, which in turn favors the onset of the faster, higher and continuous slip on P2 (and on P1). We propose that the fluids expelled by the fault activity and injected above, within the ICZ, contribute to modify the material stability behavior and favor the unexpected SSE on a highly locked area. About 80% of the total aseismic moment is released during one week on P2, at the same time than intense seismic swarms on distinct Nazca crustal fault zones

Cette thèse est motivée par diverses questions qui se posent quant à l’utilisation de l’isolation sismique dans l’industrie nucléaire. À la différence de la grande majorité des travaux antérieurs sur l’isolation sismique en générale et l’isolation mixte en particulier, qui portent principalement leur intérêt sur la réponse de la structure isolée (déplacements relatifs, accélérations maximales des étages, etc.), une grande partie de ce travail est consacrée au comportement des équipements, par le biais de l’étude des spectres de plancher. L’objectif principal est de diminuer la déformation des isolateurs sans amplification de la réponse des modes supérieurs, qui peut apparaître sous certaines conditions et qui peut être une source de sollicitation des équipements. Pour ce faire, des alternatives aux appuis parasismiques couramment utilisés sont explorées. Il s’agit des combinaisons d’un appui à faible amortissement avec un élément de Maxwell (isolateur de relaxation) ou avec un amortisseur hydraulique semi-actif (système d’isolation mixte). L’élément de Maxwell se comportant comme un amortisseur à basse fréquence et un ressort de faible rigidité à haute fréquence permet de satisfaire l’objectif souhaité. En ce qui concerne les systèmes d’isolation mixtes, trois techniques de contrôle semi-actif sont proposées. Afin d’améliorer la performance du contrôle, une attention particulière a été donné à la prise en compte de l’excitation sismique et des caractéristiques de l’amortisseur lors de la conception du contrôleur est focalisée. Les analyses numériques confirment l'efficacité de ces systèmes. En vue de l’utilisation de ces méthodes pour de structures réelles, certains aspects pratiques comme, par exemple, l’observation du système, les effets de la réduction du modèle utilisé par le contrôleur ou du temps de retard sur la performance du contrôle, ainsi que le contrôle d’un ensemble de plusieurs dispositifs semi-actifs redondant, sont, également, abordés. / This thesis is motivated by various questions that arise regarding the use of base isolation in the nuclear industry. Unlike the majority of previous work on base isolation in general and mixed isolation in particular, which focus mainly on the response of the isolated structure (interstorey drifts, maximum accelerations of floors, etc.), this work focuses on the behavior of equipment, through the study of floor response spectra. The main objective is to reduce the deformation of the isolators without amplification of the response of the higher modes, which may appear under certain conditions and which can be a source of equipment solicitation. To this end, alternatives to the commonly used base isolators are explored. These are combinations of a low damping rubber bearing with a Maxwell element (relaxation isolator) or a semi-active hydraulic damper (mixed base isolation system).Maxwell element behaves like a damper in low frequency and as a low stiffness spring in high frequency. Hence it meets the above objectives. . Regarding isolation systems, three semi-active control techniques are proposed. In order to improve the performance of the control, the seismic excitation and the characteristics of the damper are taken into account in the design of the controller. Numerical analyzes confirm the effectiveness of these systems. Having in mind implementation of these methods to real structures, some practical aspects such as, observation of the system, effects of model reduction, considered by the controller, or time delay on the control performance, as well as the control of a set of redundant semi-active devices, are also studied.