Téhéran, capitale de l'Iran et ville en pleine expansion démographique comptant déjà environ 8 millions d'habitants, est sous la menace de séismes de magnitude supérieure à 7 sur des failles très proches. L'alea et le risque sismiques y sont donc très élevés et préoccupants, et ont conduits à 'une action de collaboration franco-iranienne sur la tectonique de l'Alborz Central et l'aléa sismique à Téhéran. Dans ce cadre, la présente thèse se focalise sur l'analyse des conditions géotechniques dans l'agglomération de Téhéran, et de leurs conséquences sur les caractéristiques des mouvements sismiques. Dans ce but, une campagne d'enregistrements sismologiques dans l'agglomération a été conduite de février à juin 2002. L'objectif en était la mesure expérimentale des effets d'amplification ou de déamplification du proche sous-sol, dans la perspective, à moyen terme, d'un microzonage sismique à mettre en œuvre par les autorités locales. 13 stations sismologiques ont été installées sur différents sites, choisis en fonction de leur représentativité géotechnique: rocher au nord et à l'Est, sédiments raides dans la partie nord et sédiments plus mous dans la partie sud. En outre, plus de 60 mesures ponctuelles de bruit de fond ont été effectuées pour guider l'interpolation des fonctions de transfert expérimentales obtenues sur les 13 sites. Une premier volet de ce travail a consisté à analyser ces enregistrements en relation avec les caractéristiques géotechniques, au moyen de différentes techniques de traitement visant à l'estimation des effets de site en amplitude et en durée: rapport spectral site/référence; fonction récepteur ou rapport H/V séismes; rapport spectral horizontal/vertical sur le bruit de fond; délai de groupe et sonogramme. Ces traitements ont mis en évidence un effet d'amplification important tant en amplitude qu'en durée sur la plupart des sites considérés et particulièrement au sud-ouest de la ville où le niveau d'amplification atteint jusqu'à 7-8 contrastant aussi avec les valeurs modérées (facteur 2 à 3) prédites dans les études précédentes avec une approche 1D. De plus cette amplification se produit sur une gamme de fréquence très large, démarrant à très basse fréquence (0.3-0.4 Hz). Cette thèse comporte également une comparaison systématique des informations déduites du bruit de fond à celles déduites des enregistrements de séismes, intégrant d'autres données en provenance de plus de 150 sites européens. Cette comparaison montre que malgré la capacité de la méthode H/V à prédire la fréquence fondamentale dans environ 80% des cas, il y a des échecs, notamment dans le cas de Téhéran où les courbes H/V restent plates pour la plupart des sites. Elle met aussi en évidence les fortes différences entre l'amplitude du pic H/V et l'amplification réelle: si la première est quasi-systématiquement inférieure à la seconde, il semble aussi que ces différences soient d'autant plus importantes que l'on s'éloigne d'une stratification horizontale (effets "de vallée"). Enfin le dernier aspect a concerné à la simulation des mouvements forts par la méthode de fonction de Green empirique. Quatre scénarios différents, correspondant à l'occurrence de séismes forts sur les failles de Mosha, Nord-Alborz et Garmsar ont été simulés. Pour ces trois failles un séisme de magnitude Mw = 7.1 est considéré comme le séisme cible; pour la dernière un séisme de magnitude Mw = 7.6 a été aussi envisagé. Les résultats montrent les valeurs d'accélérations maximales assez significatives et des spectres de réponse dépassant parfois le spectre réglementaire actuellement en vigueur, principalement à cause des effets d'amplification.

Cette thèse porte sur la propagation des ultrasons et des ondes sismiques de la coda en milieu hétérogène. Nous proposons deux méthodes d'analyse de l'information portée par la phase (la forme) des signaux diffus. 1) La localisation faible des ondes sismiques (~rétrodiffusion cohérente) a été observée sur un volcan (Auvergne). Cette expérience démontre la présence de diffusion multiple dans la coda et permet de quantifier le degré d'hétérogénéité du milieu. 2) Une technique d'imagerie passive a été développée : elle permet de faire de l'imagerie "sans source" par corrélation les ondes de la coda ou du bruit ambiant en milieu ouvert et diffusant. Une interprétation physique basée sur une analogie entre les corrélations et le retournement temporel a été proposée. Une étude approfondie du phénomène d'asymétrie temporelle des corrélation a été menée, fondée sur des simulations numériques, sur une expérience de sismologie en Alaska, et sur une expérience analogique en ultrasons (croûte terrestre analogique). L'importance de la position des sources et le rôle de la diffusion ont été démontrés. 3) La technique d'imagerie passive a été appliquée à l'imagerie ultrasonore d'un milieu stratifié par tomographie passive, à l'imagerie d'une interface et de deux diffuseurs isolés, et enfin au bruit sismique enregistré sur la Lune pendant la mission Apollo 17 (1972). La technique d'imagerie passive est donc opérationnelle sur d'autre planètes que la Terre, elle pourra être mise en oeuvre dans les futures missions spatiales, en particulier sur la Lune et sur Mars.

Dans les réglementations parasismiques, les mouvements forts sont caractérisés par des spectres réglementaires adaptés aux conditions de site. Les formes spectrales ainsi spècifiées dans les règlements en vigueur de par le monde sont trés dispersées. Ce travail est donc une analyse critique et une réactualisalion des méthodes de caractérisation des mouvements forts pour l'évaluation de l'aléa sismique. Une étude préliminaire basée sur les données accélérométriques du réseau dense SMARTI (Taiwan) permet de quantifier la variabilité intrinsèque du spectre de réponse. Ensuite, 115 enregistrements accélérométriques du réseau italien correspondant à 3 types de site sont utilisés pour quantifier statistiquement les mouvements forts d'une part, par l'intermédiaire du spectre de réponse, et d'autre part, par leur durée, dont une nouvelle définition en fonction de la fréquence est proposée. Des relations empiriques liant d'une part, le spectre de réponse, et d'autre part, la durée, à la magnitude, la distance hypocentrale et aux conditions de site sont calculées pour chaque fréquence. La technique de la régression multilinéaire pondérée fournit un résultat statistiquement plus satisfaisant que la régression en deux étapes. Les variations de la durée en fonction des paramètres précédemment cités sont significatives et doivent donc être considérées dans le cadre de l'évaluation de l'aléa sismique: celle-ci est notamment plus élevée sur les sols non rigides que sur le rocher. Le résultat obtenu pour les spectres et pour des sols non rigides est instable du fait de la dispersion des caractéristiques géotechniques des sols au sein de cette catégorie. Cela met en évidence l'importance des reconnaissances géotechniques et des études de microzonage. La dernière partie de ce mémoire est ainsi consacrée à l'étude expérimentale des effets de site dans la vallée du Nékor (Maroc) et montre que, pour des sites très proches des failles actives, les effets de site peuvent être masqués par des effets de source.

Depuis 1985, plusieurs études ont été menées pour interpréter les mouvements sismiques enregistrés sur la zone lacustre de Mexico. Tandis que la plupart des modèles a permis d'expliquer les amplifications importantes provoquées par la nature sol, aucun ne propose d'explications complètement satisfaisantes pour comprendre l'allongement et les battements monochromatiques du mouvement du sol, observés sur cette zone. Une particularité commune à ces études est qu'elles ne tiennent pas compte de l'environnement urbain et des couplages pouvant exister entre le bâti et le sol: d'où l'intérêt d'étudier l'effet inertiel de la ville sur le mouvement du sol. Une expérience a d'abord été menée pour mesurer le mouvement du sol causé par la vibration d'une structure. Cette expérience a révélé qu'une partie de l'énergie de vibration de la structure était relâchée dans le sol sous forme d'ondes sismiques. Une approche semi-analytique a ensuite été développée pour reproduire le comportement du système sol-structure et le mouvement du sol provoqué par le bâtiment. Nous l'avons appliquée à une configuration urbaine réelle: la zone Roma Norte, située sur la zone lacustre de Mexico. L'analyse de l'interaction simple site-ville a montré que son effet n'était pas négligeable: elle génère un mouvement du sol du même ordre de grandeur que le mouvement sismique incident. Une étude paramétrique a montré que l'importance de l'effet site-ville dépendait de la densité urbaine, du critère de résonance et du rapport des rigidités entre le bâti et le sol. Basée sur des considérations énergétiques, une relation analytique simple a également été proposée, pour connaître la potentialité de l'interaction site- ville, surun modèle urbain quelconque. L'interaction multiple entre structures a finalement été abordée par l'utilisation de la méthode des éléments finis. Les effets cumulés des interactions simples et multiples nous confirment ainsi que la ville peut modifier la distribution de l'aléa.

La Baie du Mt-St-Michel est un milieu mégatidal dont le remplissage holocène a débuté il y a 8000 ans BP. La Baie présente aujourd'hui des environnements contrastés : une baie sensus stricto à l'Ouest, un système estuarien à l'Est, et un littoral sableux exposé aux houles au NE. A partir de données de sismique THR et de carottage, des architectures de remplissage différentes sont mises en évidence : progradante puis aggradante dans la baie, aggradante puis chenalisante dans le domaine estuarien et le long du littoral NE. L'ensemble des résultats permet d'établir un modèle de remplissage caractérisé par : un cortège transgressif de faible volume ; un cortège de haut niveau marin très développé ; une surface de ravinement tidale de grande extension, pouvant localement atteindre le substratum ; une surface de ravinement par la houle présente en marge de l'axe estuarien ; une préservation de séquences sédimentaires liée à une accommodation d'origine tidale dans l'axe estuarien, et d'origine eustatique sur les marges. A l'échelle du bassin, les disparités spatio-temporelles du potentiel de préservation des séquences sont très importantes. Dès que la vitesse de la transgression holocène diminue à partir de 6500 B.P., l'importance des facteurs locaux (hydrodynamisme, apports, morphologie du substratum) est mise en évidence. Les séquences préservées en marge de l'estuaire enregistrent des changements environnementaux interprétés comme le résultat de crises climatiques d'une périodicité de 1500 ans. Si l'origine de ces crises est incertaine (cycles de Bond, cycles tidaux long terme, combinaison des deux), leur rôle dans l'évolution des littoraux doit être considéré comme majeur.

Cette thèse porte sur l'auscultation de fondations de pylônes électriques par contrôle non destructif. Une procédure d'imagerie par ondes sismiques est utilisée, ce qui consiste à générer une onde sismique au voisinage de la fondation avec une source vibratoire et à mesurer la vitesse de l'onde résultante à l'aide d'un réseau de géophones. Le travail présenté s'intéresse spécifiquement à la résolution du problème inverse. L'objectif est de concevoir un algorithme permettant de déterminer la géométrie de la fondation auscultée à partir des données enregistrées par les capteurs. Il s'agit d'un problème de tomographie de diffraction. Son caractère mal posé ainsi que la forte non-linéarité du modèle direct rendent sa résolution particulièrement difficile. Deux méthodes d'inversion ont été développées. Elles consistent toutes deux à reconstruire plusieurs cartes du sous-sol, chaque carte étant associée à une caractéristique physique du sous-sol. Dans les deux cas, un critère des moindres carrés régularisé est minimisé de façon itérative. Pour la première approche, peu d'a priori sont pris en compte. Elle se base sur une régularisation markovienne et la différence entre pixels voisins est pénalisée de manière à favoriser la reconstruction de régions lisses séparées par des contours francs. La seconde approche tient compte d'informations a priori plus nombreuses et plus précises. Elles sont liées à la structure particulière des fondations et aux caractéristiques de la terre et du béton. La méthode se base sur une segmentation du milieu à imager en deux régions. Des tests ont été réalisés sur des données simulées afin d'évaluer et de comparer les performances de ces deux méthodes.

La première partie de la thèse analyse les relations entre séismes et contraintes. Après un rappel sur la mécanique des milieux continus et son application aux contraintes dans le globe, on présente le calcul des déplacements engendrés par une faille rectangulaire de jeu et de pendage quelconques, dans un demi-espace élastique homogène. La deuxième partie est consacrée à l'étude des doublets sismiques, c'est-à-dire des paires de séismes ayant des formes d'onde identiques. On distingue des doublets temporels, situés au même endroit mais à des dates différentes, et des doublets spatiaux situés à quelque distance l'un de l'autre (au plus quelques centaines de mètres), mais à des dates très rapprochées. L'étude de ces données est fondée sur une analyse interspectrale par fenêtre mobile. Pour une fenêtre donnée, on mesure le délai (décalage en temps) entre les deux signaux en calculant la pente du déphasage en fonction de la fréquence. On calcule aussi la cohérence et le rapport spectral pour chaque fréquence. Le délai est mesuré avec une précision atteignant 1 ms, et ceci en tout point du sismogramme. L'étude porte sur 24 doublets et multiplets (67 séismes au total) situés en Californie centrale, à l'aide d'une soixantaine de stations du réseau CALNET. La relocalisation relative des séismes d'un multiplet est faite avec une précision atteignant 1 mètre. On a pu ainsi démontrer la simplicité et l'unicité locale des plans de faille en profondeur. Le délai mesuré dans la cauda permet de préciser l'origine de celle-ci, profonde pour les stations à l'écart des failles, superficielle pour les stations à l'aplomb des grandes failles. L'étude des doublets temporels permet de mesurer les variations de vitesse des ondes dans la croate avec une grande précision. Une variation régionale induit un " étirement de sismogramme ". La mesure de ce dernier permet une résolution de 0,01 % de variation de vitesse des ondes S. Les variations ainsi mesurées atteignent 0,4 % dans la région de Hollister et sont attribuées au séisme de Coyote Lake (M=5,6).

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

La faille de Haiyuan s'étend sur plus de 1000 km en bordure nord-est du Tibet et accommode la partie décrochante sénestre de la convergence entre le Tibet et la plateforme de Gobi Ala Shan. Sa partie centrale, de 220 km de long, constitue une lacune sismique. Nous étudions le comportement de cette faille sur quelques années à quelques millions d'années. Cinq séismes de M>5, les plus forts depuis ceux de 1920 et 1927 (M;:::8), se sont produits près de la lacune depuis 1986. Nous avons déterminé les mécanismes au foyer et l'origine tectonique des séismes de Tianzhu (01/06/96) et Yongden (21/07/95), qui mettent en jeu des structures secondaires de la faille. La microsismicité enregistrée de 1996 à 1998 par six stations autour de la lacune confirme l'existence d'un décollement reliant en profondeur (à 15-20 km) les chevauchements des Qilian Shan et la faille de Haiyuan. L'analyse photogrammétrique de photographies haute résolution du segment du Maomao Shan de la lacune, prises par un avion téléguidé, a permis de mesurer les décalages de bords de terrasses alluviales, datées au 14C, et d'en déduire la vitesse Holocène de ce segment: 12±4 mm/an. Au moins deux séismes passés de M;:::8 semblent s'être produits sur la lacune, possibles séismes caractéristiques, de déplacement cosismique 12±4 m, se répétant tous les 1050±450 ans. La vitesse Post-Glaciaire du segment du Leng Long Ling, 20±5 mm/an, à l'ouest de la jonction des failles de Haiyuan et Gulang, a été déduite de la mesure du décalage d'une moraine glaciaire, datée par isotopes cosmogéniques ('6 Al, lOB e). Les premières mesures GPS, entre 1994 et 1999, de deux profils perpendiculaires à la lacune, montrent des mouvements compatibles avec une faille sénestre, encore difficilement interprétables en terme de vitesse de glissement actuelle de la faille. L'existence de la faille pourrait remonter au Miocène Supérieur. Son rejet fini , dont nous identifions de nouveaux marqueurs morphologiques et géologiques, pourrait être supérieur à 100 km.

Cette thèse porte sur la mesure par interférométrie radar (InSAR), et la modéli\-sation de faibles déformations, de moyennes à grandes longueurs d'onde spatiale. L'InSAR s'est révélée être, depuis quelques années, un outil performant pour mesurer de petites déformations, à la condition, notamment, de corriger suffisamment les délais atmosphériques perturbant le signal radar et la mesure de la déformation. Une partie de cette thèse montre des développements méthodologiques spécifiques effectués afin d'obtenir une mesure subcentimétrique effective sur deux chantiers d'application. Les deux études présentées dans ce manuscrit montrent deux approches différentes, liées aux contraintes matérielles (nombre d'images/nombre d'interférogrammes calculables) et au type de déformation recherché. Dans un premier temps, j'ai mesuré la déformation autour du lac Mead (Nevada, USA). Cette déformation est due aux fluctuations du niveau d'eau du lac depuis sa mise en eau en 1935. Pour quantifier cette déformation, et contraindre les paramètres visco-élastiques de la lithosphère dans la région du lac Mead, j'ai analysé 241 interférogrammes calculés avec des images acquises par les satellites ERS entre 1992 et 2002. L'inversion des interférogrammes corrigés des délais orbitaux et tropostatiques a permis d'établir la série temporelle du déplacement du sol sur ces 10 années. Des modèles directs montrent qu'une simple réponse élastique n'explique ni l'amplitude de la déformation, ni la longueur d'onde spatiale de la déformation. Il semble donc qu'il soit nécessaire de prendre en compte la viscosité du manteau pour retrouver la déformation. Un modèle simple, concordant avec une étude précédente \citep{kaufmann00a}, constitué d'une croûte élastique d'environ 30 km et d'un manteau supérieur présentant une viscosité de 10$^{18}$ Pa.s, explique bien les données. Dans un deuxième temps, je me suis intéressé à la déformation intersismique à travers la faille de Haiyuan (Gansu, Chine), située au nord est du plateau tibétain. Il s'agit d'une des failles décrochantes sénestres majeures qui accommode en partie la collision Inde-Asie. L'objectif était de mieux contraindre le comportement mécanique de ce système de faille, à l'origine de deux séismes de M$\sim$8 au cours du XXième siècle. Je me suis focalisé sur un segment particulier de la faille appelé ''la lacune sismique de Tianzhu'', dont la vitesse long-terme à été estimée à 12 $\pm$4 mm/an à partir d'études neotectoniques. J'ai analysé des données radar ERS acquises sur deux orbites descendantes le long de la lacune. Une fois les interférogrammes corrigés de l'erreur résiduelle orbitale et du délai tropostatique, ils ont été sommés afin d'obtenir une carte de vitesse moyenne dans la zone de faille (déterminée par les images ERS disponibles, i.e. 1993-1998). Un modèle classique de dislocation dans un demi-espace élastique homogène indique une vitesse instantanée de 6.5 $\pm$3 mm/an, mais aussi une profondeur de blocage faible autour de 1.7 km. Cependant, ce résultat peut aussi être expliqué par d'autres modèles incluant une zone d'endommagement autour de la faille ou du glissement superficiel.