La théorie de la diffraction prévoit que les temps de trajet des ondes avec une fréquence dominante finie sont affectés seulement par des hétérogénéités dans un volume autour du rayon obtenu par la théorie asymptotique fréquence infinie. Ce volume s'appelle la zone de Fresnel. A cause de la diffraction qui assure la continuité du front d'onde au travers des hétérogénéités, les hétérogénéités de taille inférieure à celle de la zone de Fresnel n'ont qu'un effet réduit sur le temps de trajet de l'onde arrivant à une station. Dahlen et al (2000) montrent qu'il est possible decorriger des effets de cette diffraction par une méthode de tomographie volumique qui introduit de nouveau la notion de contenu fréquentiel dans l'estimation des temps de trajet et donc dans la reconstruction du milieu. Dans cette thèse, j'étudie l'influence de cette technique d'imagerie à fréquence finie en tomographie globale sismologique des temps d'arrivée. Pour réduire les effets du à la distribution des rayons dans la Terre,distribution qui n'est pas uniformej j'introduis un maillage non-structuré pour représenter les vitesses dans la Terre. Pour définir l'influence des phénomènes de diffraction dans les résultats tomographiques, j'utilise un nombre limité de données à longue période de très haute qualité obtenues par Guy Masters (Scripps). Je fais l'inversion en utilisant l'approche classique de tomographie des temps se fondant sur la théorie des rayons et l'approche nouvelle de tomographie des temps en se fondant sur l'approche à fréquence finie. La comparaison des deux tomographies montre que les anomalies de vitesse sont sous-estimées par la théorie des rayons d'un facteur 30-60% en fonction de la profondeur. C'est bien le signe que la théorie des rayons est une approximation trop grossière pour les données à basse fréquence que l'on utilise. Pour augmenter la résolution de mon modèle tomographique, j'inverse conjointement les données à longue période déjà mentionnées avec des données haute fréquence retraitées par Bob Engdahl (Boulder). L'analyse de la compatibilité des deux bases de données est nécessaire avant de procéder à l'inversion conjointe. L'étude des temps eux-même (en fait, des écarts dans un modèle de référence) et les inversions des deux jeux de données independament montrent un très bon niveau de compatibilité. Tous les modèles obtenus montrent une très forte corrélation entre les anomalies de basse vitesse ct la position d'un très grand nombre de points chauds déjà connus. Pour estimer la validité de ces anomalies, des tests de résolution ont été réalisés de façon à identifier la profondeur des panaches. A la suite de ces tests, on peut conclure positivement que des panaches profonds se trouvent au-dessous des structures suivantes: Ascension, Açores, Canaries, Easter, Hawai, Samoa et Tahiti. Pour d'autres, l'origine profonde n'est pas confirmée et une origine plus superficielle est probable autour de 660 km comme la zone islandaise. D'autres n'ont jamais été vus avant comme au Seychelles et dans l'Ocean Indien. Enfin, dans la zone de la Mer de Coral et au Sud de Java, la tomographie a détecté des panaches montant de la frontière entre le noyau ct le manteau mais qui n'arrivent pas encore à la surface.

Connaître mieux l'intérieur de la Terre nécessite d'améliorer les méthodes d'investigation géophysique. Cette thèse s'est interessée à une classe importante de ces méthodes : la tomographie sismique. La tomographie sismique classique utilise des temps d'arrivée d'ondes sismiques, dont la précision dépend du pas d'échantillonnage et du pointé de l'onde. Lorsque les trains d'onde sont similaires, c'est-à-dire lorsque les sources et/ ou les récepteurs sont proches, on peut calculer, avec une précision inférieure au pas d'échantillonnage, le décalage temporel entre les trains d'ondes. Cette thèse a eu pour objectif l'utilisation de telles données en tomographie sismique. Utiliser pleinement la précision de ces données a nécessité une revisite complète des algorithmes de tomographie, tant du point de vue du problème direct que du point de vue du problème inverse. Une solution robuste et précise a été trouvée au problème direct (calcul du temps de propagation des ondes dans un milieu hétérogène). Une attention particulière a été portée au problème inverse : une approche Tarantola-Valette a été utilisée, de façon à trouver le modèle de norme minimale qui ajuste les données. La minimisation de cette norme est obtenue par l'introduction d 'une fonction de corrélation des paramètres du modèle, dont la longueur et l'amplitude sont ajustées en suivant une procédure d'optimisation. De cette façon, toute fluctuation du modèle est contrainte par les données. L'algorithme mis au point a été utilisé avec des données provenant de séismes du volcan Kilauea (Hawaii) enregistrés par le réseau local USGS-HVO (50 stations). Il a permis de retrouver le modèle de vitesse à deux échelles : (1) une échelle régionale, où l'on retrouve le système magmatique profond, sous les calderas et les rifts du Mauna Loa et du Kilauea; le modèle trouvé permet d'expliquer les déformations mises en évidence dans la croûte océanique, la distribution confinée de la sismicité et les déformations intenses du flanc Sud du Kilauea; (2) une échelle locale, où l'on met en évidence un conduit magmatique sub-vertical sous la caldera et le rift Est du Kilauea, indétectable avec d'autres données. Cette méthode, précise, permet de choisir un modèle unique et stable à l'aide un critère d'optimisation objectif.

L'inversion des formes d'onde sismique a démontré toute sa pertinence dans le cas acoustique pour imager des structures kilométriques. Contrairement aux méthodes de tomographie des premiers temps d'arrivée, cette technique d'imagerie à l'avantage d'exploiter l'ensemble du signal sismique pour produire une image haute résolution du milieu. Dans le contexte de la proche surface, l'approximation élastique devient nécessaire afin de prendre en compte les ondes de surface, qui prédominent le signal sismique avec les gammes de déports utilisées. Dans notre approche, le problème direct est résolu numériquement dans le domaine fréquentiel afin de prendre en charge efficacement des acquisitions multisources et multi-récepteurs. Devant les complications générées par une approche en différences finies pour traiter les topographies complexes, une formulation en éléments finis Galerkin discontinus est finalement utilisée. Le problème inverse nécessite un modèle initial pour les paramètres inversés et permet de minimiser la fonction objectif de façon itérative. Cette méthode est appliquée dans un premier lieu à des modèles numériques simples afin de contrôler le rôle des différents paramètres de l'inversion. Un modèle synthétique du glissement de Super-Sauze, caractérisé par de forts contrastes et une topographie complexe, est par la suite utilisé pour évaluer les performances du code. Cette étude met en évidence l'importance de la méthode d'optimisation utilisée, du dispositif d'acquisition, de la qualité du modèle initial et de l'apport des stratégies de pré-conditionnement utilisées dans le processus d'inversion. La méthode est ensuite appliquée à deux jeux de données réelles, acquis respectivement au-dessus d'une cavité maçonnée à Jarjeau (45), et sur le glissement de terrain de Super-Sauze (04). Les difficultés relatives aux conditions réelles nécessitent un prétraitement important des données. L'estimation de la source constitue aussi un problème majeur qui impacte directement la convergence de l'inversion. Dans le premier cas, la méthode proposée permet de produire une image plus ou moins fidèle des distributions des vitesses du milieu, la qualité finale de ces images variant suivant les efforts mis en oeuvre pour contraindre l'inversion. Le deuxième cas illustre quant à lui toutes les difficultés relatives aux milieux complexes : les données montrent un faible rapport signal sur bruit, la topographie très découpée génère un fort taux de diffraction des ondes de surface, la signature de la source admet de fortes variations d'un tir à l'autre. Malgré la complexité du contexte, les résultats de l'inversion des formes d'onde sont en bon accord avec la connaissance géotechnique du site.

L'ensemble des travaux rassemblés dans ce mémoire contribue à la connaissance de l'orogène cadomien dans le Nord-Est du Massif Armoricain et en Manche Occidentale. Une double approche, géologique et géophysique est envisagée. Les principaux résultats obtenus sont les suivants: La structuration des terrains briovériens (Protérozoique supérieur) du Nord-Est du Massif Armoricain (Cotentin) résulte en grande partie de l'évolution tectonométamorphique cadomienne régie par le fonctionnement de grands chevauchements crustaux (à vergence nord et sud) synchrones de la mise en place des plutons dioritiques des Moulinets, de Jardeheu (batholite de La Hague), de Coutances et du granit\:: de la Cl,apelle du Fest (région de Coutances-Granville). L'évolution du métamorphisme définie par la construction d'un chemin Pression-Température-tempsdéfor mation traduit un contexte géodynamique de collision selon le processus : chevauchement -épaississement crustal- remontée - érosion. La modélisation des anomalies magnétiques, définissant en Manche Occidentale une suite de marqueurs linéaires d'orientation générale NE-SW, permet de préciser les paramètres (physiques et géométriques) des corps responsables des anomalies et montre l'existence d'un axe de divergence magnétique d'orientation N 70. Une interprétation de l'extrémité méridionale des profils de sismique réflexion profonde SWAT dans le Golfe normano-breton (SWAT 07-08-09-10) confirme l'existence de grands accidents crustaux assimilables à des chevauchements. L'étude tectonique et métamorphique des terrains briovériens de la presqu'île du Cotentin et les diverses signatures géophysiques (corps magnétiques à pendage nord et sud, existence de chevauchements synthétiques et antithétiques liés à la subduction cadomienne) sont compatibles avec une interprétation de l 'orogène cadomien en termes de tectonique des plaques. Le modèle proposé pour cette orogenèse "vieille de 600 Ma" se caractérise par une chaîne à double déversement.

L'analyse d'un réseau dense de profils de sismique réflection permet d'établir une stratigraphie acoustique détaillée de la marge continentale profonde de ,Côte d'Ivoire-Ghana, et de mettre en évidence les principales caractéristiques structurales de cette marge transformante: zone étroite extrêmement déformée au sommet de la pente continentale, faisceaux décrochants dextres à l'intérieur et à la lim ite Nord de la ride marginale, bassins asymétriques localement repris en compression (plissement) dans le bassin ivoirien profond. Parallèlement, les structures associées à une marge transformante sont étud iées grâce à une modélisation expérimentale: dans un modèle analogue à une croûte continentale d'épaisseur. constante, le mouvement transformant est accommodé par une "zone principale de déplacement", zone de cisaillement dont la déformation est analysée en détail, y compris pour des déplacements importants. Par contre, à l'intersection de segments de marges transformant et en extension apparait une "terminaison en queue de cheval", formée de décrochements courbes qui structurent par transliition et rotation de blocs un relief analogue aux rides marginales des marges transformantes; ce relief est ultérieurement recoupée par une "zone principale de déplacement". De plus, et dans certaines conditions géométriques, des structures distensives antérieures peuvent être remobilisées en cisaillement à proximité du secteur transformant. La comparaison des résultats expérimentaux et des données marines permet l'interprétation de ces dernières dans le cadre d'une reconstitution de la formation de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana: lors du rifting dans le bassin ivoirien profond, des décrochements courbes apparaissent successivement à l'avant de la zone transformante: ils forment à la limite du bassin en extension une ''terminaison en queue de cheval" qui construit la ride de Côte d'Ivoire-Ghana, ainsi que les rides mineures qui la prolongent à l'Ouest Certaines structures distensives antérieures sont également remobilisées en cisaillement à proximité de cette terminaison. Ultérieurement, le mouvement coulissant est entièrement accommodé par une "zone principale de déplacement" déformant le sommet de la pente continentale et de la ride marginale.

L'objectif principal de cette thèse est d'approfondir les connaissances en terme d'aléa tsunami en Méditerranée occidental et Atlantique nord. Elle se concentre sur des tsunamis d'origine sismique qui présentent l'avantage d'être précédés d'un précurseur utile pour déclencher l'alerte, car pouvant être ressenti par la population : le séisme. Deux types d'études sont présentés. Elles ont été effectuées sur la base de recherches de documents historiques et/ou de dépôts sédimentaires, en utilisant ensuite la modélisation numérique mettant en application une méthode de calcul de propagation de tsunami par différences finies. La modélisation permet de produire des cartes de hauteur de vagues maximum attendues pour chaque scénario, proposer des temps d'arrivée, des limites de zones d'inondation et l'étude des phénomènes de résonance. Les premières études concernent l'impact tsunami que peuvent avoir des sources sismiques paramètres de rupture) préalablement proposées par des études antérieures (le tsunami de 1755 aux Antilles, à Terre-Neuve et celui de Zemmouri de 2003 dans le sud de la France). Et les secondes correspondent à des études approfondies sur les sources, proposant des scénarios de rupture et donc de génération/propagation de tsunami calant au mieux les données observations d'ordre géologique (sismicité, mécanismes au foyer, données GPS, ruptures de surface, etc.) et les données marégraphiques disponibles (hauteur de vagues, temps d'arrivée, périodes) et observations de terrains (limites et hauteur d'inondation, dégâts). Sur ce point les études ont porté sur les tsunamis de Jijel (1856), El Asnam (1580) et du détroit de Douvres (1580).

Les rifts continentaux résultent de l'action de contraintes extensives dont la magnitude est suffisante pour déformer un continent (forces aux limites des plaques, mouvements asthénosphériques). Cette déformation, contrôlée notamment par la rhéologie ou encore l'héritage structural lithosphérique, se réalise par des processus magmatiques (“dyking”) et tectoniques (rupture sur faille et étirement ductile) dont l'importance relative est mal connue et variable d'un segment de rift à l'autre. Afin de mieux comprendre comment ces différents facteurs et processus interagissent, la Divergence Nord-Tanzanienne (DNT) apparaît comme une cible privilégiée du Rift Est-Africain : elle représente un stade précoce du rift et montre une transition abrupte dans le style morphotectonique et l'expression du volcanisme. Cette étude a consisté à déployer un réseau sismologique local dans la DNT et à exploiter les données issues de l'enregistrement continu de l'activité sismique pendant 6 mois (campagne SEISMO-TANZ 2007). Les signaux des séismes proches et lointains sont utilisés comme indicateurs de la sismogénèse, de la résistance crustale, des champs de déformation et de contraintes, et renseignent aussi sur la structure et la fabrique (anisotropie) lithosphérique. La sismicité est essentiellement localisée dans la branche centrale de la DNT, au sud des lacs Natron (sud du volcan Gelaï) et Manyara. La crise sismique observée à Gelaï illustre la co-existence de processus magmatiques et tectoniques, avec la mise en place d'un dyke et le comportement à la fois asismique (glissement lent) et sismique (séisme de magnitude Mw 5.9) de failles normales. Les structures géologiques mises en jeu dans cette crise sont orientées NE-SW, obliques à l'axe ~N-S du rift dans la zone. Cette direction est parallèle à la fabrique tectonique antérieure qui est ré-empruntée par le rift Cénozoïque (faille Eyasi). A Manyara, les séismes sont remarquablement profonds (~20-35 km) et révèlent un décrochement sénestre sur un plan NE-SW. Ils illustrent le développement du rift vers le sud/sud-ouest sur la branche centrale Natron-Manyara-Balangida, au contact du craton tanzanien en profondeur. La contrainte principale minimum calculée dans la zone est orientée WNW-ESE et le régime tectonique local associé est transtensif. Il est fort probable que des fluides soient associés au déclenchement de cette séquence sismique profonde et de longue durée. L'influence de l'héritage structural dans l'expression des processus magmatique et tectonique accommodant la déformation s'observe aussi à l'échelle lithosphérique, par le biais de l'anisotropie sismique. Nos résultats soulignent 3 points majeurs: (1) les structures lithosphériques héritées (contrastes rhéologiques, fabriques crustale et mantellique) exercent un contrôle majeur sur la localisation et l'expression précoce du rifting continental; (2) la distribution des séismes en profondeur apparaît être un bon révélateur des propriétés rhéologiques de la croûte (transition fragile-ductile); et (3) dès le stade du rift immature (où la croûte est peu étirée), les processus magmatiques semblent jouer un rôle prépondérant dans l'accommodation de la déformation, en étroite interaction avec les processus tectoniques.

La redécouverte en 2003 par Holbrook et al. que la colonne d'eau pouvait être imagée par la méthode de la sismique marine a débouché sur la mise en place du projet européen GO (Geophysical Oceanography). Ce projet a eu pour but d'améliorer notre compréhension de la structure à méso et sous-méso-échelle de l'océan en étudiant plus particulièrement le Golfe de Cadix où une structure thermohaline complexe est présente. Les travaux présentés dans ce travail de thèse s'inscrivent directement dans ce projet. En retraitant des données historiques de sismique marine et d'hydrologie, nous avons réhabilité le jeu de données conséquent qui existait sur cette zone. Nous avons ainsi démontré que ces données de sismique marine permettaient d'imager les structures océanographiques de la méso-échelle à la sous-mésoéchelle avec une résolution horizontale d'environ 10 m. Les données d'hydrologie dont la résolution verticale est inférieure au mètre nous permettent de calibrer les données de sismique marine en température et salinité. Afin de relier nos deux jeux de données, nous avons cherché à définir le signal sismique. Celui-ci est reconstruit en convoluant le coefficient de réflexion avec l'ondelette source du système d'acquisition sismique. Le principal facteur influençant le signal sismique est la température via le gradient de vitesse du son. Les données de sismique marine et d'hydrologie de la campagne GO acquises simultanément dans le Golfe de Cadix en Avril 2007 ont ensuite été analysées pour déterminer la nature physique et les caractéristiques géométriques des réflecteurs acoustiques dans la colonne d'eau. Les données sismiques montrent des réflecteurs intenses, proches de la surface, au-dessus des courants d'Eau Méditerranéenne (EM), au-dessus d'un Meddy, et dans une structure de sous-méso-échelle de l'EM qui sont liés à de forts contrastes thermohalins. L'analyse en ondelettes verticales appliquées aux données sismiques indique des réflecteurs de longueurs d'onde verticales (16-64 m) associées à une stratification thermohaline. En bordure du Meddy, des intrusions latérales d'eau moins salée sont révélées par des réflecteurs de 25-75 m d'épaisseur. Les données sismiques étudiées révèlent que les limites supérieures et inférieures des couches correspondent à l'existence de structures à fine-échelle. Les données basse fréquence de sismique marine permettent la détection systématique et la surveillance des tourbillons de mésoéchelle et de sous-méso-échelle qui ne sont identifiés qu'occasionnellement avec les sections d'hydrologie.

La simulation numérique du comportement et l'analyse de stabilité des ouvrages de géotechnique renforcés par inclusions linéaires "rigides" ou "souples", c'est-à-dire capables ou non de reprendre des efforts de flexion et cisaillement, reste un problème difficile, en raison de la très forte hétérogénéité du sol renforcé combinée au grand nombre d'inclusions employées, ainsi qu'à leurs dimensions caractéristiques très petites vis à vis de celles de l'ouvrage dans son ensemble. Une approche alternative, fondée sur une modélisation dite "multiphasique", a été récemment développée, qui permet de s'affranchir des difficultés précédentes et d'aboutir ainsi à des méthodes de dimensionnement accessibles à l'ingénieur. On s'intéresse dans le cadre de ce travail aux développements théorique et numérique de cette approche en prenant en compte non seulement les effets de flexion et de cisaillement des inclusions, mais également les différents types d'interaction entre ces dernières et le sol environnant. La première partie du mémoire est consacrée à la construction des approches du calcul à la rupture et à la mise en œuvre numérique élasto-plastique du modèle multiphasique des ouvrages renforcés par inclusions "souples", qui est alors appliqué à l'analyse de la stabilité d'ouvrage en "terre armée". L'extension de l'approche du calcul à la rupture et du code éléments finis en élastoplasticité, développés dans la première partie, à la prise en compte des effets de flexion et de cisaillement fait l'objet de la seconde partie du mémoire. La version la plus complète du modèle multiphasique élaborée est appliquée à la simulation du comportement d'une fondation renforcée par inclusions "rigides", soumise à un séisme induisant un chargement latéral. Partant de l'idée d'optimiser le schéma de renforcement de l'ouvrage traité à la deuxième partie, en inclinant les inclusions, un modèle "triphasique" est formulé et développé. Ce modèle vise à décrire le comportement macroscopique d'un sol renforcé par deux familles d'inclusions ayant des orientations différentes.

Le Centre septentrional est une région de géorisques élevés au Vietnam. Dans cette thèse, trois risques (risque sismique, érosion côtière, glissements de terrain) sont analysés avec des aides de télédétection, de SIG et de modélisation géodynamique. Le risque sismique est analysé pour les barrages. A partir des images, des cartes topo et des MNT avec plusieurs techniques de télédétection : le filtrage gradient, le filtrage dorientation, léclairage, le profil, etc. en combinaison avec les données géologiques, géophysiques et le travail sur le terrain, les failles actives et leurs paramètres sont déterminés. Ceci constitue la base pour estimer la magnitude et laccélération maximale du sol au moyen de méthodes différentes. La modélisation de la déformation et du changement de contrainte de Coulomb est également utilisée pour estimer la sécurité du barrage. Les résultats montrent que les barrages se situent sur des positions qui ne sont pas très dangereuses. Ils pourraient être frappés par des tremblements de terre de magnitude de 5,7 à 6,9, avec des PGA de 0,25 g à 0,34 g aux barrages. Lérosion côtière dans région est fortement influencée par les pluies abondantes, les tempêtes fréquentes, les vagues hautes, la dérive littorale saisonnière avec une dominance vers SE, la côte sableuse. Lanalyse du risque dérosion côtière est réalisée à partir des cartes topographiques (2000), photos aériennes (1952, 1999), images Corona (1969), Spot (2004) avec les techniques suivantes : correction géométrique, fusion, composition colorée et tracée de la côte. Les résultats montrent que le cordon devant la lagune de Tam Giang - Cau Hai présente des changements compliqués, spécialement aux passes avec les déplacements, ouvertures et fermetures de la passe. On observe une alternance de phases dérosion et de phases, ce qui démontre que lévolution dépend essentiellement des conditions météo-marines dune part et des crues fluviatiles dautre part. Globalement, la côte est relativement stable sauf dans le secteur de Chan May où lengraissement se poursuit avec une vitesse actuelle (1952 - 2004), comparable à celle obtenue en analysant lévolution du littoral pendant lHolocène. Les glissements de terrain sont étudiés en analysant 8 facteurs : Pente, Précipitation, Occupation du sol, Altération, Lithologie, Pendage, Faille et Proximité de la route. Une région clé est étudiée en détail pour pondérer les facteurs et leurs classes. Ces facteurs constituent la base pour créer une carte de susceptibilité de glissements de terrain par lintégration des cartes de facteur pondérées. Les analyses montrent que le pendage des roches joue un rôle insignifiant pour les glissements, à cause de la forte altération du pays tropical humide. La zone de faible susceptibilité occupe la plaine littorale et la dépression des grandes vallées. Cest une accumulation des poids bas dans presque tous les facteurs. La zone de susceptibilité moyenne couvre environ deux tiers du territoire. Cest la région de montagnes et de collines. La zone de haute susceptibilité a une distribution limitée mais en ligne reflétant la forte influence de failles. En conclusion, la télédétection et le SIG sont des outils efficaces pour étudier les géorisques. Ils permettent dintégrer des images satellitaires, photos aériennes avec des données géologiques, géomorphologiques, géophysiques pour mieux interpréter les multigéorisques. La modélisation géodynamique et le SIG sont des outils efficaces pour prévoir les géorisques dans la région. Généralement la gestion des géorisques pourrait être réalisée, en principe, si on gère bien les facteurs qui les contrôlent et si on limite les activités humaines qui les provoquent. Les mesures dans cette gestion peuvent être réparties en trois domaines : Prévoir, surveiller et prédire les géorisques ; Aménager le territoire en tenant compte des géorisques ; et Gérer les activités humaines (lexploitation des forêts, des minerais, la construction des travaux civils, etc.). Pour chaque type de géorisque, il y a des mesures concrètes. Pour une bonne gestion des géorisques, il est important de sensibiliser les autorités, les décideurs à ces mesures et dintroduire dans les administrations, la télédétection et les SIG.