Nous analysons en détail le traitement des données vibrosismiques du profil ECORS ALPI acquises et traitées en 1986 par C.G.G. Ce travail concerne tout particulièrement les deux bandes de réflecteurs à pendage est bien visibles sur la section sismique. Dans un premier temps, cette étude porte sur la déterminatîon et l'interprétation des corrections statiques et dynamiques. L'utilisation d'une migration partielle avant sommation nous a conduits à estimer le plus soigneusement possible le modèle de vitesse. Celui-ci, de même que celui déterminé par une autre méthode sous la zone altérée, ne font pas apparaître de zone à forte vitesse. Les réflecteurs du chevauchement pennique ne peuvent donc pas être associés à la présence de matériaux d'origine profonde. Nous présentons en fin de cette première partie une migration géométrique du pointé obtenu. Le manque de contraintes sur le modèle de vitesse et l'absence de réflexions près de la surface ne permettent pas de corréler sans ambiguïté les différentes bandes de réflecteurs avec les contacts majeurs visibles en surface. Dans un second temps, nous proposons différents traitements concernant le choix de la ligne moyenne (slalom line) et la position réelle des points de réflexion. Il ressort de cette étude que les événements pentés visibles sur les sections correspondent plus vraisemblablement à des diffractions sur des zones de chevauchement hétérogènes qu'à des rétlexions sur des plans inclinés. Nous présentons, pour conclure et à titre de comparaison, la migration du pointé de la section du profil ECORS PYRENEES, où apparaissent de nombreuses zones diffractantes dans la partie supérieure de la croûte ibérique et à l'aplomb de la faille nord pyrénéenne.

Cette thèse étudie la différenciation des lithologies et fluides à partir de données sismique et de puits dans le réservoir gréseux peu consolidé à huile lourde Morichal (ceinture de l'Orénoque, Venezuela). Dans ces réservoirs, cette discrimination est complexe parce que les lithologies ont des propriétés élastiques similaires et qu'il en est de même pour les sables saturés en eau et ceux saturés en huile lourde (mêmes densités). Dans une première partie, cette problématique de discrimination est analysée au niveau des puits par la détermination d'électrofaciès puis en étudiant la relation entre propriétés pétrophysiques et élastiques. De petites variations de la taille des grains de la roche ou du pourcentage de ciment génèrent des changements de vitesses qui pourraient être utilisés pour discriminer lithologies et fluides. Afin de mieux comprendre pourquoi un premier calage puits-sismique a échoué, une deuxième partie de la thèse a été dédiée à la construction d'un modèle 3D du réservoir, habillé en faciès, propriétés pétrophysiques et élastiques. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour réaliser des tests de modélisations sismiques 1D et 2D, afin d'étudier les effets de l'anisotropie et de l'atténuation sur le signal sismique. En effet, l'anisotropie peut entraîner des changements de phase pour les grands angles d'incidence, et l'atténuation due à la présence d'huile lourde peut causer un retard de phase et un affaiblissement de l'amplitude. Ces deux phénomènes peuvent donc perturber le calage puits-sismique. Après analyse de ces tests, des pistes d'amélioration du calage puits-sismique dans ce contexte géologique sont proposées pour le futur.

Le Golfe du Lion et le Bassin Provençal sont l'objet de recherche intensive à toute échelle de temps et d'espace. Cependant, les budgets sédimentaires et les mouvements verticaux depuis la formation de la marge étaient restés inconnus ou sources de controverses. Ce travail se propose d'aborder leur quantification à partir de l'interprétation de nombreux profils sismiques, d'après les concepts de stratigraphie sismique et séquentielle [Vail et al., 1977], complétée par des données de forages et de sismique réfraction, et validée par des modélisations stratigraphiques avec Dionisos [Granjeon and Joseph, 1999]. L'établissement d'une continuité stratigraphique entre le domaine de plate-forme et le bassin profond offre une vision complète du remplissage sédimentaire de la marge. Les repères stratigraphiques du Plio-Pléistocène (2.6 Ma, 1.6 Ma, 0.9 Ma et 0.45 Ma) ont en effet été corrélés jusqu'au pied de pente. Les jalons messiniens, établis lors des travaux précédents [Bache, 2008] ont également été étendus et précisés localement. La mise en évidence d'une nouvelle unité, interprétée comme les résidus de l'abrasion lors de la transgression mettant fin à la célèbre crise, permet d'apporter des arguments pour l'établissement d'un nouveau scénario de l'évènement [Bache et al., 2012a](soumis). Des lois de conversion en profondeurs (métriques) des différentes unités chronostratigraphiques ont ensuite été établies en 3D à partir de l'ensemble des données de forage et de réfraction (ESP) et appliquées pour chacune de nos unités. Les profondeurs de l'ensemble des jalons plio-pléistocènes et messiniens ont ainsi pu être cartographiées, ainsi que les épaisseurs de chacune des unités définies depuis le substratum jusqu'à l'actuel (1 au Miocène, 6 au Messinien, 5 au Plio-Pléistocène). Les épaisseurs et volumes sédimentaires déposés ont alors pu être quantifiés sur chaque intervalle stratigraphique. Les séries sédimentaires ont été par la suite décompactées et les volumes "vrais" de dépôts et flux sédimentaires recalculés. Il en résulte une augmentation très forte (X2) des apports détritiques autour de 1 Ma en liaison avec les changements climatiques de la révolution Mi-Pléistocène, et le changement de fréquence et d'amplitude des cycles eustatiques. L'accélération mondiale (par 3) des flux terrigènes il y a 5 Ma, défendue par de nombreux auteurs et corrélée avec un soulèvement des grandes orogènes (ici en liaison avec les Alpes), est également observée dans notre bassin, même si la célèbre crise de salinité messinienne tend à perturber le signal. On suggère qu'elle soit en partie responsable de ce pic détritique à 5 Ma. La chute du niveau marin (estimée à 1500 m par [Clauzon, 1982]) et l'érosion qui lui est associée entraînent en effet un transfert considérable de sédiments d'amont en aval. Les flux détritiques sont ainsi multipliés par 15 pendant le Messinien par rapport au Miocène. Nos modélisations stratigraphiques de la crise messinienne ont par ailleurs permis de démontrer la validité de l'hypothèse de [Bache, 2008], [Bache et al., 2012b] quant à l'ampleur des dépôts détritiques issus de l'érosion et du démantellement de la marge. La géométrie des dépôts nous a également fourni de précieux indicateurs des mouvements verticaux ayant affectés les sédiments depuis le rifting. Trois domaines différents de subsidence sont distingués : les domaines de plate-forme, de pente (où la subsidence prend la forme d'un basculement) et le bassin profond (qui s'affaisse de façon purement verticale). Trois lignes charnières ou hinge-line sont ainsi définies : - la première située entre 15 à 20 km en amont du trait de côte actuelle, au début de l'amincissement de la croûte (première remontée du Moho) - la deuxième au niveau de la rupture de pente de l'actuel plateau au-dessus à la transition avec un domaine de croûte continentale plus fortement amincie au sein duquel un sous domaine anomalique à fortes vitesses sismiques est observé, - la troisième à l'aplomb de la transition entre le domaine à croûte continentale fortement amincie et le domaine à croûte atypique. Sur la plate-forme, le basculement plio-pléistocène quantifié par [Rabineau, 2001], [Rabineau et al., soumis), est démontré constant dans le temps et globalement dans l'espace et estimé à 0,16°/Ma et validée par des simulations en 2D. La subsidence post-rift moyenne (depuis 20 Ma) du plateau, quant à elle, apparaît inférieure et variable dans le temps et l'espace. Elle est estimée à 0,11°/Ma sur la plate-forme occidentale, à 0,06°/Ma sur la plate-forme orientale, impliquant une subsidence miocène quasi-nulle sur la plate-forme rhodanienne. La subsidence post-rift moyenne est cependant mesurée sur des réflecteurs qui ont probablement subi des réajustements isostatiques liés à l'événement messinien. Quantifier l'ampleur de ces réajustements isostatiques s'avère donc essentiel pour mieux contraindre la subsidence. L'ordre de grandeur de ces réajustements a été mesuré à 1300 m sur la plate-forme externe occidentale au niveau des canyons de la zone Aude-Hérault, se rapprochant de l'estimation de [Mauffret et al., 2001]. Dans le bassin profond, la subsidence post-rift verticale (depuis 20 Ma) est, elle, estimée à 500 m/Ma. Une simulation préliminaire avec Dionisos, incluant les lignes charnières définies, et considérant un taux de basculement constant de 0,16°/Ma sur le plateau, une subsidence verticale de 500 m/Ma dans le bassin, et un basculement constant sur la pente accommodant les subsidences de part et d'autre, reproduit l'architecture sédimentaire de la marge à partir d'une topographie initiale plane. Elle montre donc que l'hypothèse d'une subsidence post-rift constante du bassin de 500 m/Ma depuis 20 Ma (similaire à celle indiquée par [Séranne, 1999]) est possible, même si un taux de subsidence miocène plus faible n'est pas à exclure. L'enregistrement sédimentaire permet donc de décrypter les lois de subsidence qui semblent corrélées aux diffé- rents grands domaines structuraux sous-jacents : (1) le domaine à croûte continentale, (2) celui à croûte continentale amincie et (3) le domaine à croûte intermédiaire. La position haute de la plate-forme pendant le rifting [Bache, 2008], [Bache et al., 2010], les taux de subsidence particulièrement forts calculés dans cette étude, ainsi que le mouvement subsidant purement vertical dans le bassin ne correspondent pas à l'évolution attendue d'après les modèles conservatifs d'extension des marges. De précédentes études menées sur les marges atlantiques [Moulin et al., 2005], [Aslanian et al., 2009], [Labails et al., 2010] avaient déjà mis l'accent sur ce point. Les résultats de nos travaux confirment donc la nécessité de considérer de nouveaux modèles d'évolution des marges dites passives [Aslanian et al., 2009], [Bache et al., 2010].

Les travaux que je présente ici concernent la dernière phase de mon parcours scientifique et en particulier les six dernières années, période au cours de laquelle une grande partie de mon activité de recherche a été dédiée à l'utilisation des Equations aux Dérivées Partielles pour le filtrage et le rehaussement d'images . Plus particulièrement, en nous intéressant à la classe des images texturées (2D et 3D), nous nous plaçons au cœur des thématiques académiques du Groupe Signal mais nous traitons également une problématique qui recouvre des domaines applicatifs principaux du Groupe Signal de l'UMR IMS : l'imagerie sismique et les matériaux composites.<br /><br />La présentation est organisée en trois chapitres :<br /><br />Dans le premier chapitre, je présente des méthodes non linéaires et adaptatives qui conduisent à de faibles modifications topologiques du signal utile. L'amélioration des images est obtenue par des approches originales permettant d'accentuer de manière uniforme et indépendante les variations locales de contraste et les structures unidimensionnelles avec ou sans rehaussement de contours. Nous présenterons en particulier deux types d'approches, l'une scalaire et l'autre tensorielle. <br />Ces travaux ont été initiés lors de la thèse de Romulus Terebes. Ils ont fait l'objet de deux publications en revue et de neuf communications.<br /><br />Dans le deuxième chapitre, nous adaptons ces méthodes aux spécificités de l'imagerie sismique en rapportant à la fois les travaux développés dans le cadre des thèses de Régis Dargent et de Sorin Pop. Outre l'extension au cas 3D, la problématique abordée a conduit à développer des approches structuralistes qui prennent en compte certaines informations a priori telles que la géométrie des failles. Là encore, nous présentons deux approches : la première relève tout autant du filtrage adaptatif que de la diffusion anisotrope, la seconde étant totalement inspirée d'une approche tensorielle.<br />Les travaux développés autour de la diffusion directionnelle pour la sismique ont fait l'objet de deux publications et de quatre communications. <br /><br />Enfin, la troisième partie présente une extension originale des EDP : dans le cadre des travaux de thèse de Sorin Pop, nous proposons l'utilisation d'une formulation à base d'Equations aux Dérivées Partielles pour mener conjointement une procédure de fusion d'image et une procédure de diffusion. Cette approche permet, à partir de plusieurs sources bruitées, l'obtention d'une sortie fusionnée et lissée. Ces travaux, qui sont encore à l'heure actuelle en cours de développement concernent à la fois des applications en fusion d'images rencontrées classiquement dans la littérature mais également une application 3D très particulière et assez nouvelle : la sismique azimutale. Nous en développerons les grands principes.<br />En 2007, ces travaux ont fait l'objet d'une communication dans 3 conférences internationales, d'un article accepté ; un article est en préparation.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3519. Résumé en français et en anglais. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 127-132.

L'analyse sismique des structures de génie civil est une problématique majeure pour la sécurité des personnes et la pérennité des ouvrages. L'étude expérimentale permet de comprendre le comportement réel de la structure mais occasionne des problèmes de coût important et d'effet d'échelle souvent inévitable dû aux dimensions des structures. D'un autre côté, l'étude numérique propose une bonne approximation du comportement global mais la représentation précise des phénomènes locaux (fissuration, perte de matière, flambement, grands déplacements) dans les zones fortement endommagées est délicate et souvent insuffisante. Ce travail de thèse propose l'élaboration d'une technique de sous-structuration hybride pour coupler un modèle numérique à une plateforme expérimentale. Ainsi, la partie faiblement endommagée de la structure est modélisée numériquement tandis que la partie fortement endommagée est testée expérimentalement. Cette méthode permet de coupler le réalisme de l'expérimental avec le faible coût numérique sans toutefois perdre en précision. Après avoir élaboré une méthode de couplage hybride peu intrusive pour le code de calcul (Cast3m), un modèle d'endommagement anisotrope adapté aux chargement sismique (effet unilatéral, déformations permanentes) est développé dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus. Afin de valider la méthode hybride, une étude expérimentale est menée sur une structure type en béton armé. La fissuration de la partie expérimentale est étudiée grâce à la corrélation d'images. Ce travail expose donc une alternative intéressante aux analyses classiques des structures importantes soumises à des sollicitations complexes.

L'amélioration des images sismiques peut aider à mieux contraindre l'exploration deshydrocarbures. Les ondes élastiques qui se propagent dans la Terre peuvent être classifiéescomme ondes de volume et ondes de surface. Si ces dernières sont les plus énergétiques,seules les ondes de volume sont couramment considérées comme des signaux utiles.Cependant, les ondes de surface sont utiles pour caractériser la proche sub-surface.Classiquement, les ondes de surface sont analysées dans des contextes de propriétésélastiques localement 1D.Nous proposons une modification de l'inversion des formes d'onde classique pourreconstruire des profils de propriétés 2D (la windowed-Amplitude Waveform Inversion, w-AWI). La w-AWI est spécialement robuste en ce qui concerne le choix du modèle initial.Nous appliquons la w-AWI aux données synthétiques ainsi qu'aux données réelles, montrantque cette approche permet de récupérer des propriétés 2D.

Un tremblement de terre est un phénomène difficilement prévisible et inévitable, il est donc important que les ponts sollicités soient capables d'y résister sans s’effondrer de façon fragile. La meilleure façon est d'augmenter la ductilité des poteaux en béton. Au cours des dernières années, les matériaux en polymères renforcés de fibres (PRF) ont connu un essor important particulièrement au niveau du confinement des poteaux de béton afin d'augmenter leur ductilité. Par contre, le confinement empêche l’inspection visuelle de l’endommagement de ces derniers. Il faut alors faire appel à des méthodes d'auscultation non destructives. L’émission acoustique est une méthode très intéressante permettant de connaître en temps réel le comportement et le niveau d'endommagement à l’intérieur de la section confinée. De plus, la vitesse ultrasonore est un procédé fort efficace quand vient le temps d'évaluer les dommages. Dernièrement, différentes méthodes de confinement ont été proposées. Mais, ce renforcement ne règle pas complètement le problème. En effet, il peut déplacer le problème vers une autre section du poteau qui est plus faible. L'objectif du projet est d'évaluer l’influence du confinement de PRF sur la résistance et surtout la ductilité d'un pilier de pont soumis à une charge cyclique et d'en faire l’auscultation en temps réel. L’objectif principal consiste à identifier, en temps réel, avec le plus de précision possible, le comportement et l’endommagement d'un pilier de pont renforcé de PRF. Les vitesses ultrasonores ont été utilisées dans le but de quantifier les dommages et de cibler les zones les plus endommagées. L’émission acoustique a servi également à quantifier l’endommagement et à localiser celui-ci en trois dimensions. La méthode de localisation en trois dimensions utilisée est la technique de détection de temps d'arrivée selon le seuil. Puisque l’endommagement d'un poteau correspondant à différents états limites, il pouvait donc être possible d'associer les événements acoustiques à différents états limites. D'ailleurs, il était impératif de bien connaître le comportement des ondes dans les différents matériaux et d'anticiper les régions qui seraient les plus endommagées. Ensuite, on a procédé à l’installation de capteurs piézoélectriques aux endroits stratégiques pour la cueillette de données durant le test. Par la suite, on a procédé à l’analyse des résultats permettant d'obtenir la hauteur de la rotule plastique puis les différentes ductilités correspondant aux principaux états limites pour chacun des poteaux. Une comparaison avec les résultats expérimentaux et un modèle numérique a également été réalisée. Il a donc été possible de comparer l’influence de deux paramètres variant, soit l’espacement des étriers et la charge axiale sur la rotule plastique. Les paramètres d'émission acoustique utilisés afin de quantifier l’endommagement et les états limites sont le nombre d'événements, l’énergie, l’amplitude et le nombre de comptes pour un événement. La quantification de l’endommagement vient du résultat du cumul de ces paramètres en fonction de chaque nouvelle ductilité atteinte. La variation des vitesses ultrasonores correspondant à ces mêmes ductilités a également été utilisée afin de quantifier les états limites d'endommagement. Les deux méthodes ont servi à démontrer l’influence positive du confinement de PRFC sur un poteau de béton armé. De plus, elles ont été utilisées afin de déterminer l’influence des deux paramètres variant (espacement des étriers et charge axiale) sur la rotule plastique ainsi que sur les différents états limites. On remarque ainsi que l’augmentation de la charge axiale a une plus grande influence que l’espacement des étriers en ce qui a trait à la ductilité d'un poteau. L’augmentation de la charge axiale et de l’espacement des étriers contribuent à la diminution de la ductilité. Le confinement de PRFC est une méthode de renforcement permettant d'améliorer le comportement sismique des poteaux et par le fait même diminuer les dommages structuraux et les pertes humaines. D'autre part, l’émission acoustique et les vitesses ultrasonores se sont avérées être des méthodes efficaces permettant de déterminer l’endommagement et le comportement de ces derniers de façon continue et ponctuelle.

Dans cette thèse, nous étudions le problème de la localisation de sources sismo-volcanique, à partir des données enregistrées par des réseaux de capteurs composés de nouveaux sismomètres à trois composantes (3C). Nous nous concentrerons sur le volcan Ubinas, l'un des plus actifs au Pérou. Nous développons une nouvelle approche (MUSIC-3C) basée sur la méthode MUSIC permetant de retourner les 3 paramètres utiles (lenteur, azimut et incidence). Pour valider notre méthodologie, nous analysons des sources synthétiques propagées en tenant compte de la topographie du volcan Ubinas. Dans cette expérience, les données synthétiques ont été générées pour plusieurs sources situées à différentes profondeurs sous le cratère Ubinas. Nous utilisons l'algorithme MUSIC-3C pour les relocaliser. Nous traitons également des données réelles provenant d'une expérience de terrain menée sur le volcan Ubinas (Pérou) en 2009 par les équipes de recherche de l'IRD-France (Institut de Recherche pour le Déveleppment), UCD l'Irlande (projet VOLUME) et l'Institut de Géophysique du Pérou (IGP). Nous utilisons l'algorithme MUSIC-3C pour localiser les événements explosifs (type vulcanien), ce qui nous permet d'identifier et d'analyser les processus physiques de ces événements, à la suite de cette analyse, nous avons trouvé deux sources pour chaque explosion situées à 300 m et 1100 m en dessous du fond du cratère actif. Basé sur les mécanismes éruptifs proposés pour d'autres volcans du même type, nous interprétons la position de ces sources ainsi que les limites du conduit éruptif impliqué dans le processus de fragmentation.

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.