Ce travail est consacré à l'étude des données accélérométriques de la france métropolitaine, issues du Réseau Accélérométrique Permanent (RAP), en cours d'installation depuis 1996, pour caractériser l'aléa sismique. Il existe de nombreux modèles empiriques de prédiction des mouvements forts valables pour les régions sismiquement très actives (USA, Japon...), mais leur utilisation dans le contexte français nécessite la ré-évaluation de paramètres tels que les magnitudes et les conditions de site.<br /><br />Dans un premier temps, l'analyse des données de séismes modérés a permis d'établir une échelle homogène de magnitudes issues du moment sismique. Par ailleurs, les réponses de site des stations du réseau RAP ont été calculées pour les Pyrénées, les Alpes et le fossé Rhénan. Enfin, les phénomènes d'atténuation au niveau de la France semblent présenter des variations régionales. En se basant sur les résultats précédents, l'applicabilité de certains modèles empiriques de mouvements forts a été démontrée, à partir des séismes les plus importants enregistés par le RAP

Simuler les mouvements du sol produits par un séisme est une étape essentielle pour évaluer l'aléa sismique d'une région. L'objectif de cette étude est de fournir un code simple d'utilisation permettant de simuler de manière efficace les mouvements du sol. <br /><br />Pour s'affranchir de la connaissance du milieu de propagation, nous utilisons la technique des fonctions de Green empiriques. Les mouvements du sol sont alors reconstruits par la sommation des enregistrements de plusieurs petits séismes décalés dans le temps de manière à reconstituer le processus de rupture du gros séisme. La principale problématique de cette étude est la mise en place d'un schéma de sommation efficace permettant de générer des accélérogrammes réalistes dans le domaine temporel et en bon accord avec les lois d'échelles (loi de similitude et modèle en w-2) dans le domaine fréquentiel.<br /><br />Grâce à l'intégration de méthodes statistiques, nous évitons les problèmes majeurs rencontrés classiquement dans ce type d'étude. Nous aboutissons finalement à deux nouvelles méthodes de simulations: une méthode purement stochastique nécessitant la connaissance de seulement deux paramètres concernant le séisme cible (moment sismique et chute de contrainte) et une méthode stochasto-cinématique permettant de reproduire certaines propriétés cinématiques de la rupture sismique sur le plan de faille.<br /><br />Ces deux méthodes sont testées avec succès sur des données réelles (Mexique et Italie). La méthode stochastique est ensuite appliquée pour simuler les mouvements du sol susceptibles d'être produits par deux séismes de magnitude modérée dans la région niçoise: un séisme de magnitude 5.7 à terre (10 km au nord de Nice) et un séisme de magnitude 6.3 en mer (25 km au sud de Nice). Ces simulations mettent en évidence trois points importants: (1) les forts effets d'amplifications sur certains sites à Nice, (2) l'importance des mouvements du sol susceptibles d'être produits par un séisme de magnitude 5.7 à terre et (3) le rôle majeur joué par la valeur de la chute de contrainte du séisme potentiel.

Ce travail est consacré à l'étude de la source sismique en utilisant des données de champ proche. Selon la quantité et la qualité des données disponibles, nous avons appliqué différentes méthodes pour caractériser la rupture sismique. Nous avons, tout d'abord, validé des méthodes macrosismiques sur des séismes français récents. Ces données permettent d'estimer la localisation et la taille des séismes historiques et sont utilisées pour caractériser les séismes à prendre en compte lors de l'évaluation de l'aléa dans des régions à sismicité modérée. Les données géodésiques (SAR, GPS) nous ont permis d'estimer la distribution du glissement sur la faille lors du séisme californien de Landers (1992). Ces données nous ont permis de préciser la localisation et la géométrie des failles ayant joué lors des principaux événements de la séquence sismique italienne de Colfiorito (1997). Enfin les données de mouvement fort nous ont permis d'estimer le pendage de la faille ayant rompu lors du séisme indien de Chamoli (1999). Nous avons utilisé des données de mouvement fort pour contraindre le développement de la rupture lors du séisme mexicain de Oaxaca (1999). Les données de mouvement fort ont été utilisées en association avec des données géodésiques pour remonter au développement temporel de la rupture lors du séisme de Landers et de la séquence sismique de Colfiorito. En ce qui concerne le séisme de Landers, la qualité et la complémentarité des données nous ont permis d'obtenir un véritable film du glissement. La rupture est hétérogène. On note la présence de zones où le glissement est plus important qu'ailleurs. Ces zones sont séparées par des régions qui correspondent aux zones de relais entre les segments de faille où le glissement est moindre et où la vitesse de rupture diminue.

La Chaîne Hercynienne est un objet majeur de la tectonique européenne, néanmoins sa structure profonde demeure mal connue. Le Massif Armoricain est un segment préservé de cette chaîne, il présente une structuration NO-SE, parallèle à la direction générale de la chaîne dans cette région. Il est habituellement divisé en trois domaines séparés par deux zones de cisaillement majeures, les Cisaillements Nord- et Sud-Armoricains. Le Massif Armoricain présente l'avantage de n'avoir été affecté par aucun événement tectonique ou thermique important depuis les temps hercyniens et constitue donc un objet particulièrement intéressant pour l'étude d'une chaîne de collision ancienne. Dans le cadre du Programme GéoFrance3DARMOR2, deux expériences d'écoute sismologique passive ont été menées en 1997 et 1999 dans le Massif Armoricain. Les objectifs étaient : (1) la détermination de l'extension en profondeur des deux zones de cisaillement ; (2) la détermination de leur géométrie profonde ; (3) l'imagerie précise du complexe métamorphique des Nappes de Champtoceaux (roches de haute pression exhumées au stade précoce de la collision hercynienne). Les données collectées ont permis de modéliser l'anisotropie sismique et de construire un modèle tridimensionnel des variations de la vitesse des ondes P sous le Massif Armoricain. L'imagerie de la croûte ne permet pas de mettre en évidence l'enracinement supposé des Nappes de Champtoceaux. En revanche, les images obtenues pour le manteau supérieur montrent un signal clair interprété comme la signature d'une subduction à vergence nord qui se termine au Dévonien (~350 Ma) pour laisser place à un régime transpressif intense au niveau du Cisaillement Sud-Armoricain au début du Carbonifère. Ces mêmes résultats montrent que l'extension du Cisaillement NordArmoricain est limité à la croûte tandis que le Cisaillement Sud peut être suivi jusqu'à plus de 150 km de profondeur.

Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M~8) ont rompu ce système de failles: le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150x150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de Tianzhu. Avec une approche dite en Small Baseline, nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascendantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de déformation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mouvement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5mm/an. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de Tianzhu sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm/an. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asismique sur une période de 20~ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi-échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes.

Nous souhaitons connaître les processus qui contrôlent les glissements de terrain lents à l'aide de méthodes sismiques passives. Nous installons des dispositifs d'écoute sismique sur les sites de Super-Sauze (France) et de Valoria (Italie). Nous détectons, localisons et caractérisons trois types principaux de signaux sismiques. Un type est associé aux séismes régionaux donc externe à la dynamique des glissements. Les deux autres sont localisés dans des foyers de fissures ou des ruptures de pente. Nous suggérons que le premier type est associé à des écroulements depuis l'escarpement et à du transport en surface, tandis que le second type est associé à des fractures et des cisaillements. On montre qu'il existe des corrélations entre ces signaux, les déplacements en surface et les précipitations. Les glissements de terrain sont des volumes variables dans le temps et dans l'espace, ce qui impose une maintenance régulière des équipements et complexifie l'acquisition de données permanentes.

Ces dernières années ont vu le développement d'une nouvelle méthode d'imagerie des structures géologiques basée sur l'utilisation du bruit sismique continu. Dans ce travail nous avons utilisé cette approche dans deux problématiques différentes. La première consiste à réaliser le suivi temporel des vitesses des ondes sismiques dans la croûte lors de séismes lents qui ont eu lieu dans la région de Guerrero au Mexique. Les séismes lents sont des glissements asismiques et transitoires qui ont été découverts récemment dans la lacune sismique de Guerrero. Ils sont considérés comme une part importante de la relaxation des déformations dans le cycle sismique. Les séismes lents affectent le processus de chargement et déchargement de l'interface, il est donc important de comprendre le comportement mécanique de la subduction dans cette région pour mieux évaluer le risque sismique. Dans notre étude, nous avons mesuré les perturbations de vitesse des ondes associées à deux séismes lents en 2006 et 2009-2010 à partir des enregistrements continus du bruit sismique. Pour chacun des deux séismes lents on observe une chute de vitesse : elle s'élève à 0.2% pour celui de 2006 et à 0.8 % pour celui de 2009-2010. Au cours de ces séismes lents, les ondes de longues périodes (>10 s) sont perturbées. A courtes périodes, aucune variation de vitesse n'est observée ce qui suggère qu'un endommagement des couches superficielles de la croûte ne peut pas être à l'origine du changement de vitesse. Par ailleurs, la perturbation de vitesse est reliée au taux de dé- formation plutôt qu'à la déformation elle-même. Cette observation suggère que pendant de forts séismes lents, la croûte chevauchante présente un comportement mécanique non linéaire. Nous pouvons donc utiliser les variations de vitesse comme des marqueurs du taux de déformation du milieu. Enfin, une corrélation entre les trémors non volcaniques et les variations de vitesse suggère qu'une part importante de la déformation résultant des séismes lents est accommodée par la croute chevauchante. La deuxième problématique abordée dans cette thèse est l'imagerie de structures à fort contraste de vitesse et dans lesquelles la propagation des ondes de surface est complexe. Imager et comprendre la propagation des ondes dans la vallée de Mexico est crucial pour l'estimation du risque sismique à la capitale. Nous mesurons la dispersion des ondes de Rayleigh reconstruites à partir d'intercorrélations de bruit de fond sismique. Pour identifier les modes nous utilisons une mesure du rapport spectral des composantes horizontales sur la composante vertical (H/V) sur la coda des séismes que l'on compare avec le rapport H/V théorique. Grâce à cette identification des modes, nous pouvons retrouver le modèle de vitesse de la structure.

Nous souhaitons connaître les processus qui contrôlent les glissements de terrain lents à l’aide de méthodes sismiques passives. Nous installons des dispositifs d’écoute sismique sur les sites de Super-Sauze (France) et de Valoria (Italie). Nous détectons, localisons et caractérisons trois types principaux de signaux sismiques. Un type est associé aux séismes régionaux donc externe à la dynamique des glissements. Les deux autres sont localisés dans des foyers de fissures ou des ruptures de pente. Nous suggérons que le premier type est associé à des écroulements depuis l’escarpement et à du transport en surface, tandis que le second type est associé à des fractures et des cisaillements. On montre qu’il existe des corrélations entre ces signaux, les déplacements en surface et les précipitations. Les glissements de terrain sont des volumes variables dans le temps et dans l’espace, ce qui impose une maintenance régulière des équipements et complexifie l’acquisition de données permanentes. / We aim at improving our knowledge regarding slow-moving landslide evolution processes by means of passive seismic methods. Seismic arrays have been installed on two landslides (Super-Sauze, France and Valoria, Italy). We detect, locate and characterise three main types of seismic signals. One type corresponds to the regional earthquakes and is also external to the dynamics of the landslides. The two others are located into clusters close to fractured or scarp zones. The first type is interpreted as rock falls or brittle material propagating along the slide, while the second type is interpreted as fracture or shearing phenomena. We evaluate that displacements and precipitations might be correlated with seismic signals variations. Landslides are likely to move and to mechanically change in space and time, which implies a continuous monitoring of the seismic equipment and prevents from long-term acquisition.

La Méditerranée orientale doit sa complexité aux mouvements tectoniques des plaques Africaines, d’Arabie et d'Eurasie. Les récentes découvertes pétrolières du bassin Levantin (2009) renforcent la nécessité d’une approche combinée sismique/terrain pour comprendre l’évolution de son remplissage. L’intégration des données de sismique 2D et des données de terrain a permis de proposer des modèles conceptuels 3D qui, couplées aux données de puits, ont permis de définir les sources sédiementaires et les principales phases de remplissages correspondantes aux grands évènements géodynamiques. Ainsi l’évolution du bassin du Levan est marquée par la transition d’une sédimentation carbonate vers une sédimentation mixte (silicoclatisque/carbonaté) au cours du Crétacé. Seul le mont Ératosthène, situé sur une tête de bloc basculé hérité du rifting thétysien, conserve une sédimentation carbonatée superficielle jusqu’au Crétacé supérieur, liée à sa distance des sources silicoclastiques. Celui-ci présente 4 séquences de sédimentation carbonatée alternant superficielle et profonde: La fin du Jurassique moyen, le Crétacé inférieur, le Crétacé supérieur suivie et le Miocène. L'amorce de la collision Miocène en les plaques Eurasienne et Africaine coïncide avec le soulèvement d'Eratosthène avec une phase paroxysmique au cours du Miocène supérieur suivi par son basculement vers le nord en avant de l’ile de Chypre. Nous montrons que la collision a provoqué la formation de petits bassins au sud de Chypre ; un bassin piggyback (Polis Basin) et un bassin flexural (bassin de Limassol) ; contrôlés par la distribution des sédiments mésozoïques. / The Eastern Mediterranean owes its complex nature to the movement of Africa, Arabia and Eurasia. The recent gas discoveries in the Levant Basin (2009) provoked the necessity of necessity of conducting a combined (seismic and field) study to better understand the geological evolution of the Basin. The combination of geophysical and field data allows the conceptualization of onshore and, offshore 3D models in order to characterize the tectonostratigraphic evolution of this area and eventually trace the main sources and pathways that contributed to the infilling of the Levant Basin. The evolution of the Levant Basin is marked by the transition from a pure carbonate system to a mix system (carbonate /siliciclastic) during the Cenozoic. The Eratosthenes block corresponds to a fault block platform. Four major seismic sequences, characterized by periods of aggradation, retrogradation and progradation, punctuated by major unconformities and drowning surfaces have been recognized on the Eratosthenes Seamount. These periods are: the Late Jurassic; the Early Cretaceous, the Late Cretaceous and the Miocene. The initiation of the collision during the Miocene between the African and Eurasian plates coincides with the uplift of the Eratosthenes Seamount with a peak during the upper Miocene (pre-Messinian Salinity Crisis) followed by its northward tilting under Cyprus thrusting. We show that the collision of the two plates caused the formation of small basins in southern part of Cyprus; a piggyback basin (Polis), and a flexural basin (Limassol) that were controlled by the different substratum of the Mesozoic sediments.

La technique des corrélations de bruit ambiant est aujourd'hui largement utilisée en sismologie. Elle présente l'avantage essentiel de fournir des données qui ne dépendent pas de l'occurrence des séismes. Cette technique a été utilisée pour imager avec une bonne résolution la croûte dans plusieurs régions du monde. Depuis plus récemment, les corrélations de bruit sont également utilisées pour détecter des variations des propriétés élastiques de la croûte terrestre, et suivre l'évolution temporelle de structures géologiques potentiellement dangereuses. Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté en deux parties principales : 1/ Une étude méthodologique pour améliorer la qualité des mesures sur les corrélations de bruit. La distribution des sources de bruit empêche généralement la reconstruction parfaite de la fonction de Green dans les corrélations de bruit, pouvant introduire des biais dans les mesures basées sur le bruit sismique ambiant. Nous présentons dans ce manuscrit deux approches différentes pour essayer d'éliminer l'influence des sources de bruit dans nos mesures. 2/ Une étude de suivi temporel dans la province du Sichuan (Chine), autour du séisme du Wenchuan (12 mai 2008, Mw = 7.9). Cette application offre des conditions exceptionnelles à une application de suivi temporel, avec l'étude d'un très puissant séisme continental et un très grand nombre de données. Nous nous sommes en particulier intéressés au comportement de la croûte à différentes profondeurs, en réponse au séisme. Nous présentons également une méthode d'inversion pour localiser les variations dans le milieu. / The ambient noise correlation technique is now widely used in seismology. It is especially useful since data provided do not depend on the occurrence of earthquakes. This technique has been used to construct high-resolution tomographic images of the crust in various regions of the world. More recently, ambient noise correlations have been used to detect changes in elastic properties of the Earth's crust, and monitor the temporal evolution of potentially dangerous geological structures. In this scientific context, my research work has consisted of two main parts : 1/A methodological study to improve the quality of noise-based measurements. Usually, the distribution of noise sources prevents the exact reconstruction of the Green's function in noise correlations, that may introduce bias in noise-based measurements. We propose here two different approaches that can help in suppressing noise source influence in measurements. 2/A monitoring case study in Sichuan (China), associated with the Wenchuan earthquake (12 May 2008, Mw = 7.9). This case study provides many opportunities, with the study of a great continental earthquake and a large amount of data available. We especially investigated the behavior of the crust at different depths, in response to the Wenchuan earthquake.We also present an inversion method in order to locate variations in the medium.