Dans les zones de subduction, la géométrie du slab est l'un des paramètres qui contrôle les déformations tectoniques de la marge, le couplage et le potentiel sismogénique. La subduction des Antilles résulte du chevauchement de la plaque Caraïbe vers le NE sur les plaques Amériques, à une vitesse de convergence de 2 cm/an. La sismicité est hétérogène et augmente localement sous la plateforme des Iles Vierges. D’une obliquité croissante vers le nord, cette zone est favorable à un partitionnement dont les déformations sont très peu observées. Ces travaux ont permis de confirmer un substratum d’une affinité de croûte océanique épaissie par un panache mantellique et faiblement épaissi par le magmatisme formant les arcs volcaniques Deux structures accommodant le partitionnement de la déformation ont été mis en évidence. La faille de Bunce est une faille décrochante sénestre de 850 km s’étendant d’Hispaniola jusqu’à Barbuda découplant le prisme d’accrétion du substratum. Le Passage d’Anegada, dont nous avons découvert son extension vers le NE, entaille profondément l’avant-arc. Formé par extension due à la collision du Banc des Bahamas sur le nord de la marge caribéenne, ces structures sont réactivées en décrochement sénestre compatible avec du partitionnement. Les caractéristiques d’une dorsale lente (core complexe et grain océanique) entrant en subduction sont imagées pour la première fois. Elles affectent probablement la morphologie du prisme d’accrétion et le potentiel sismogène. Là où les séismes et les déformations de partitionnement (Passage d’Anegada) s'accentuent localement, le slab est moins profond. Ainsi, le couplage interplaque pourrait augmenter localement et favoriser l'activité sismique et le partitionnement tectonique sous le Passage d'Anegada. / In subduction zones, the 3D geometry of the plate interface is one of the key parameters that controls margin tectonic deformation, interplate coupling and seismogenic behavior. The North American plate subducts below the Caribbean plate with a convergence rate of 20 mm/y. The seismic activity is heterogeneous and increases locally under the Virgin Islands platform. The northward increasing convergence obliquity is favorable in partitioning which deformations were not really observed. This PhD confirms that the forearc crust is a crust of oceanic affinity thickened by hotspot magmatism and poorly affected by subduction magmatism. Two structures accommodating the partitioning of the deformation were identified. The Bunce Fault is a 850-kmlength sinistral strike-slip fault extending from Hispaniola to the east of Barbuda decoupling the accretionary prism from the Caribbean substratum. The Anegada Passage, whose extension towards the NE is highlighted, entailed deeply the forearc. The structures are reactivated in sinistral strike-slip faults compatible with the partitioning of the deformation after formation in extension due to the collision of the Bahamas Bank with the northern margin. We image for the first time the characteristics of a slow ridge formation (partly complex core and partly oceanic grain) entering in subduction. It affects the morphology of the accretion prism and probably the seismogenic potential of the subduction interface. We have highlighted a shallower slab which is located under the NE Anegada Passage and where earthquakes and partitioning deformations increase locally. Thus, the shallowing slab might results in a local greater interplate coupling favoring seismic activity and tectonic partitioning beneath the Anegada Passage.

La présente thèse s'insère dans le projet SALSA (Sergipe Alagoas Seismic Acquisition), mené en collaboration entre le Département de Géosciences Marines; I'IFREMER, I'IUEM, la Faculté des sciences de I'Université de Lisbonne (IDL, Portugal), I'Université de Brasilia (Brésil) et la PETROBRAS (Brésil). Des acquisitions conjointes de sismique réflexion (MCS) et de sismique grand-angle (OBS) ont été réalisées sur le N/O L'Atalante (IFREMER) Ie long de 12 profils sur la région du point triple de Camamú, NE, Brazil. Le point triple de Camamú, où le système de rift avorté Recôncavo-Tucano-Jatobá est relié aux systèmes de rift Jequitinhonha-Camamú-Almada et Jacuípe-Sergipe-Alagoas, a joué un rôle essentiel dans l'ouverture de I'océan Atlantique Sud. Parmi eux, cinq ont été prolongés à terre par des stations sismiques terrestres (LSS). Les modèles de vitesse d'onde P ont été construits sur Ia base de I'interprétation conjointe de données sismiques réflexion et grand-angle en utilisant le logiciel RAYINVR. Nous présentons des modèles de vitesse le long de deux profils parallèles situés dans le bassin de Sergipe-Alagoas (SL01 et SL02), s'étendant sur 220 km et 200 km, respectivement du plateau continental au bassin profond de Sergipe au nord de la zone de transfert de Vaza-Barris. L'un d'eux, le profil SL02 se prolonge sur 150 km à travers le continent, dans la partie continentale du bassin de Sergipe -Alagoas. La modélisation de la marge passive du bassin de Sergipe Alagoas contraint précisément les géométries crustales et la segmentation. Les différences entre les profils éclairent I'influence de I'héritage tectonique résultant de Ia zone de transfert de Vaza-Barris. Ces informations intégrées permettent de nouvelles conjectures autour de I'histoire géodynamique de la région. / The present thesis is inserted in the SALSA project (Seryipe Alagoas Seismic Acquisition), which was conducted by a collaboration between the Department of Marine Geosciences : IFREMER, the Laboratory of Oceanic Domain IUEM, the Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (IDL, Portugal), the Universidade de Brasilia (Brazil) and PETROBRAS (Brazil).Seismic shot, Multi-Channel Seismic acquisition (MCS) and Ocean Bottom Seismometers (OBS) deployments were performed by the R/V L'Atalante (IFREMER) along 1-2 profiles.Among them, five were extended onshore by Land Seismic Stations (LSS). P-wave velocity models were constructed based on the joint interpretation of multichannel and wide-angle seismic data using the RAYINVR software.We present models derived from wide-angle refraction and coincident reflection data along two parallel profiles located on the Sergipe-Alagoas basin (SL01 and SL02), extending approximately 220 km and 200 km from the continental shelf to the distal Sergipe basin north to the Vaza-Barris Transfer zone, and one of them, the SL02 prolongates for 150 km through the continent, on Sergipe -Alagoas continental basin and its basement, the Sergipana FoId Belt.The foward modelling of the passive margin in the Sergipe Alagoas basin precisely constrains crustal geometries and segmentation. The crustal geometry puts in question the origin of the Sergipana Fold Belt, when compared with the geometries of the adjacent geological domains, the Sao Francisco Craton and the Borborema Province.The differences between the profiles illuminate the influence of the tectonic inheritance resulted by the Vaza-Barris Transfer Zone. These integrated information allowed some new conjectures around the geodynamic history of the region.

L'inversion des marges passives apparaît comme le premier stade vers l'initiation de nouvelles zones de subduction. Cette étape cruciale dans la tectonique des plaques soulève néanmoins encore de nombreuses questions. L'étude des marges actuellement réactivées en compression apparaît ainsi comme essentielle pour mieux comprendre ce processus. Ces marges sont peu nombreuses, situées dans des contextes géodynamiques variés, et les facteurs déterminant leur évolution mal contraints. Située au nord de l'Afrique, la marge algérienne fait partie de ces rares exemples potentiels à travers le monde. L'évolution de cette marge formée au Miocène en contexte d'arrière-arc s'intègre dans le puzzle complexe de l'histoire de la Méditerranée occidentale. Elle est depuis quelques millions d'années réactivée en compression dans le cadre de la convergence lente entre les plaques européenne et africaine, générant un potentiel sismogène fort au nord de l'Algérie. La relative jeunesse du bassin algérien, la charge sédimentaire, les forces aux limites compressives, constituent des conditions favorables à la formation d'une future subduction. A la suite des travaux menés depuis une dizaine d'années, les principales lacunes de connaissances identifiées portent sur (1) la structuration profonde du bassin algérien et de sa marge sud (type de marge, nature du socle, dimension et nature de la transition océan-continent, style et distribution de la déformation compressive), et (2) l'histoire de l'évolution cinématique et géodynamique du bassin, ce qui limite à l'heure actuelle une analyse approfondie des modalités d'inversion de cette marge. L'étude menée se focalise sur la marge centre-algérienne, dans le secteur de Tipaza (à l'ouest d'Alger), un endroit clé pour la compréhension des mécanismes d'ouverture du bassin algérien. Le traitement et l'analyse de nouvelles données de sismique profonde grand-angle et multitrace acquises dans le cadre du projet franco-algérien SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales en Algérie, 2009) ont notamment permis de déterminer la structure crustale du bassin algérien et de sa marge sud, ainsi que la structuration pseudo-3D d'une structure spécifique au secteur d'étude constituée par le haut topographique sous-marin de Khayr-al-Din. L'analyse de la structure profonde de la marge indique un certain nombre de structures héritées de son évolution complexe: (1) une croûte de nature continentale de plus de 15 km d'épaisseur sur le haut de marge (banc de Khayr-al-Din), (2) une croûte fine de nature océanique de 5-6 km d'épaisseur dans le bassin incluant des vitesses légèrement élevées à sa base (7,2 km/s - 7,3 km/s), (3) des similitudes avec des marges formées dans des contextes de déformation transformante, (4) un approfondissement progressif de l'ensemble de la pile sédimentaire et l'épaississement des sédiments Plio-Quaternaire, depuis le bassin profond distal vers le pied de marge, coïncidant avec (5) une flexuration à grande longueur d'onde du socle. Les résultats obtenus apportent de nouvelles contraintes sur (1) la géométrie et la nature de la marge et du bassin, (2) l'évolution de la marge, suggérant une histoire multiphasée comprenant un stade de rifting et/ou d'accrétion océanique, suivi d'un épisode de déformation coulissante tardive liée à la migration du bloc Alboran vers l'ouest, et d'une reprise en compression distribuée du bassin profond au haut de la marge au Plio-Quaternaire; (3) les modalités de réactivation qui se traduisent par des chevauchements aveugles néoformés à pendages sud, notamment au pied du banc de Khayr-al-Din, suggérant un soulèvement du banc de 0,2 mm/an à 0,75 mm/an au Plio-Quaternaire et un début d'écaillage crustal.

L'inversion des marges passives apparaît comme le premier stade vers l'initiation de nouvelles zones de subduction. Cette étape cruciale dans la tectonique des plaques soulève néanmoins encore de nombreuses questions. L'étude des marges actuellement réactivées en compression apparaît ainsi comme essentielle pour mieux comprendre ce processus. Ces marges sont peu nombreuses, situées dans des contextes géodynamiques variés, et les facteurs déterminant leur évolution mal contraints. Située au nord de l'Afrique, la marge algérienne fait partie de ces rares exemples potentiels à travers le monde. L'évolution de cette marge formée au Miocène en contexte d'arrière-arc s'intègre dans le puzzle complexe de l'histoire de la Méditerranée occidentale. Elle est depuis quelques millions d'années réactivée en compression dans le cadre de la convergence lente entre les plaques européenne et africaine, générant un potentiel sismogène fort au nord de l'Algérie. La relative jeunesse du bassin algérien, la charge sédimentaire, les forces aux limites compressives, constituent des conditions favorables à la formation d'une future subduction. A la suite des travaux menés depuis une dizaine d'années, les principales lacunes de connaissances identifiées portent sur (1) la structuration profonde du bassin algérien et de sa marge sud (type de marge, nature du socle,dimension et nature de la transition océan-continent, style et distribution de la déformation compressive), et (2) l'histoire de l'évolution cinématique et géodynamique du bassin, ce qui limite à l'heure actuelle une analyse approfondie des modalités d'inversion de cette marge. L'étude menée se focalise sur la marge centre-algérienne, dans le secteur de Tipaza (à l'ouest d'Alger), un endroit clé pour la compréhension des mécanismes d'ouverture du bassin algérien. Le traitement et l'analyse de nouvelles données de sismique profonde grand-angle et multitraces acquises dans le cadre du projet franco-algérien SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales en Algérie, 2009) ont notamment permis de déterminer la structure crustale du bassin algérien et de sa marge sud, ainsi que la structuration pseudo-3D d'une structure spécifique au secteur d'étude constituée par le haut topographique sous-marin de Khayr-al-Din. L'analyse de la structure profonde de la marge indique un certain nombre de structures héritées de son évolution complexe : (1) une croûte de nature continentale de plus de 15 km d'épaisseur sur le haut de marge (banc de Khayr-al-Din), (2)une croûte fine de nature océanique de 5-6 km d'épaisseur dans le bassin incluant des vitesses légèrement élevées à sa base (7,2 km/s - 7,3 km/s), (3) des similitudes avec des marges formées dans des contextes de déformation transformante, (4) un approfondissement progressif de l'ensemble de la pile sédimentaire et l'épaississement des sédiments Plio-Quaternaire, depuis le bassin profond distal vers le pied de marge,coïncidant avec (5) une flexuration à grande longueur d'onde du socle. Les résultats obtenus apportent de nouvelles contraintes sur (1) la géométrie et la nature de la marge et du bassin, (2) l'évolution de la marge,suggérant une histoire multiphasée comprenant un stade de rifting et/ou d'accrétion océanique, suivi d'un épisode de déformation coulissante tardive liée à la migration du bloc Alboran vers l'ouest, et d'une reprise en compression distribuée du bassin profond au haut de la marge au Plio-Quaternaire; (3) les modalités de réactivation qui se traduisent par des chevauchements aveugles néoformés à pendages sud, notamment au pied du banc de Khayr-al-Din, suggérant un soulèvement du banc de 0,2 mm/an à 0,75 mm/an au Plio-Quaternaire et un début d'écaillage crustal. / The inversion of passive margins appears to be one of the first steps towards the initiation of new subduction zones. This crucial step in plate tectonics nevertheless still raises many questions. The study of margins currently reactivated by compressional tectonics is thus essential to better understand this process. These margins are uncommon, located in different geodynamic settings, and the factors determining their evolution are poorly constrained. The Algerian margin, located in North Africa, is one of handful of modern examples worldwide. The evolution of this margin, rifted during the Miocene, in a back-arc setting, is part ofthe complex puzzle of the western Mediterranean. Since a few million years, the margin has suffered inversion and compression in the framework of slow on going convergence between the European and African plates. This convergence generates moderate to strong earthquakes in North Algeria. The relatively young age of the Algerian basin, the large sediment load, and the compressive forces, constitute favorable conditions to the formation of a future subduction zone. Studies from the past ten years indicate, that themain unresolved questions are related to (1) the deep structure of the Algerian basin and its southern margin (the type of margin, the nature of the basement, the dimension and nature of the ocean-continent transition, the style and the distribution of the compressional deformation), and (2) the history of the kinematic and geodynamic evolution of the basin. All of these unknowns have prevented a complete and thorough analysis of modalities of the Algerian margin inversion. This study focuses on the Central Algerian margin, in the area of Tipaza (West of Algiers), a key region to understand the mechanism of the opening of the Algerian basin. Processing and analysis of a deep wide-angle and multichannel seismic new data set acquired in the context of the French-Algerian project SPIRAL (Sismique profonde et Investigation Régionales en Algérie, 2009)have enabled us to determine the crustal structure of the Algerian basin and its southern continental margin,as well as the pseudo-3D structure of a specific feature in the study area: the submarine topographic highformed by the Khayr-al-Din bank. The analysis of the deep structure of the margin reveals features inherited from its complex evolution: (1) a crust of continental nature of more than 15 km thick at the upper margin(Khayr-al-Din Bank), (2) a thin crust of oceanic nature, 5-6 thick in the deep basin, including slightly high velocities at its base (7.2 km/s - 7.3 km/s), (3) similarities with margins formed in context of transform deformation, (4) a progressive deepening of the whole sedimentary cover and the thickening of the Plio-Quaternary sediments, from the distal deep basin towards the margin foot, coeval with (5) a long wavelengthflexuration of the basement in the basin. Results from this study provide new constraints on (1) the geometryand nature of the margin and the basin, (2) the evolution of the margin, suggesting a multiphased history including a stage of rifting and/or oceanic spreading, a transcurrent episode due to the westward migration of the Alboran block, and a diffuse Plio-Quaternary compressional reactivation distributed from the deep basinto the upper margin; (3) the mechanisms of the reactivation marked by newly formed south-dipping blind-thrusts, especially at the foot of the Khayr-al-Din bank, and suggesting a Plio-Quaternary uplift of the bankof 0.2 mm/y to 0.75 mm/y and the early stages of imbricate thrusting of crustal scales.

La marge NE Américaine est une des marges les mieux étudiées au monde, elle a fait l’objet de plusieurs études géophysiques. En comparaison, la marge africaine reste peu étudiée car uniquement deux campagnes océanographiques y ont été menées : la campagne Sismar (2001) au large de la Meseta et la campagne Dakhla (2002) au large du Sahara. La structure profonde de la marge canadienne est connue grâce aux profils de sismique grand-angle SMART-1, 2 et 3. Le premier objectif du projet MIRROR était d’acquérir des profils combinant sismique grand-angle et sismique réflexion sur un segment homologue au profil SMART-1. La comparaison entre les segments homologues de ces deux marges ayant pour but de mieux comprendre le mode d’ouverture de l'océan Atlantique Central. Une comparaison entre les modèles Sismar, Dakhla et Mirror montre que la croûte continentale est plus épaisse au nord et s'amincit vers le sud. La largeur de la zone de transition est plus étroite au sud et les profils Sismar sont localisés sur un bassin sédimentaire posé sur une croûte continentale très amincie. La comparaison avec la marge homologue montre que l'épaisseur, la structure de la croûte continentale et la zone d'amincissement sont très semblables. Par contre, il existe une zone de manteau exhumé et serpentinisé sur le profil Canadien qui n'a pas d’homologue sur la marge africaine. De plus, l'épaisseur de la croûte océanique est différente avec 8 km sur la côte africaine et seulement 3-4 km sur la marge canadienne. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette différence (a) une différence d’âge entre les deux croûtes (b) un épaississement lié au passage du point chaud des Canaries (c) une accrétion asymétrique. / The NE American margin represents one of the best studied margins in the world, it was the subject of several scientific programs. In comparison, the conjugate NW African margin remains fairly unknown, only two deep seismic cruises were acquired: the SISMAR cruise (2001) offshore the Meseta and the DAKHLA cruise (2002) offshore the Sahara. The deep structure of the Canadian margin is known due to the SMART wide-angle seismic profiles 1, 2 and 3. The first objective of the MIRROR project was to acquire combined wide-angle and deep reflection seismic data offshore a segment conjugate to the SMART-1 profile. The comparison between the homologous segments of these two margins aimed to better understand the opening mechanism of the Central Atlantic Ocean. A comparison between Sismar, Dakhla and Mirror models shows that the continental crust is thicker in the north and thins toward the south. The width of the transition zone is narrower south and Sismar profiles are located on a sedimentary basin placed on a very thinned continental crust. Comparing the Mirror profile with that of the Canadian conjugate margin (Smart 1) shows that the thickness, the structure of the continental crust and the thinning is very similar. However, zones of exhumed and serpentinized mantle were imaged along the Canadian profile that have no conjugate on the African margin. Moreover, the thickness of the oceanic crust is variable with 8 km on the African side and only 3-4 km on the Canadian margin. Several hypotheses have been proposed to explain this difference (a) an age difference between the two types of crust (b) thickening associated with the passage of the Canary hotspot (c) an asymmetric accretion or (d) an accretion at slow to ultra-slow speading centers.

Dans ce travail de thèse, nous analysons la structure crustale de la marge est-algérienne et du bassin adjacent (région d’Annaba), à partir d’un ensemble de nouvelles données acquises durant la Campagne SPIRAL’2009 incluant un profil sismique terre-mer de ~240 km de long, des lignes sismiques réflexion pénétrante 360-traces, et des profils gravimétriques et magnétiques. Nous avons par ailleurs disposé pour cette étude de données complémentaires incluant notamment un ensemble de profils de sismique réflexion offrant des résolutions complémentaires. La structure crustale ainsi établie nous permet de discuter les nombreux modèles cinématiques d’ouverture du bassin est-algérien proposés dans la littérature, afin de caler dans le temps la formation du bassin par rapport à la collision. Elle permet également de discuter la localisation de la déformation liée à la réactivation de la marge, par rapport aux grands domaines lithosphériques du système marge-bassin, afin de mieux comprendre les modalités de l’inversion. Dans le bassin profond, la modélisation directe des temps d’arrivée et des amplitudes des ondes réfractées et réfléchies met en évidence une croûte océanique anormalement mince de 5-5.5 km d’épaisseur, composée de deux couches. La première, de 2.2 km d’épaisseur, montre des vitesses comprises entre 4.8 à 6.0 km/s impliquant un fort gradient; la seconde de 3.3 km d’épaisseur, présente des vitesses comprises entre 6.0 à 7.1 km/s et un plus faible gradient de vitesse. La modélisation des temps d’arrivées des ondes S fourni pour cette couche un coefficient de Poisson de 0.28, indiquant qu’elle est majoritairement constituée de gabbros. / In this study, we determine the deep structure of the eastern Algerian basin and its southern margin in the Annaba region (easternmost Algeria), to better constrain the plate kinematic reconstruction in this region. This study is based on new geophysical data collected during the SPIRAL cruise in 2009 that included a wide-angle, 240-km-long, onshore-offshore seismic profile, multichannel seismic reflection lines, and gravity and magnetic data, which was complemented by the available geophysical data for the study area. The analysis and modeling of the wide-angle seismic data using travel-times and amplitudes, and integrated with the multichannel seismic lines, reveal the detailed structure of an ocean-to-continent transition. In the deep basin, there is an ~5.5-km-thick oceanic crust that is composed of two layers. The upper layer of the crust is defined by a high velocity gradient and P-wave velocities between 4.8 km/s and 6.0 km/s from the top to the bottom. The lower crust is defined by a lower velocity gradient and P-wave velocity between 6.0 km/s and 7.1 km/s. The Poisson ratio in the lower crust deduced from S-wave modeling is 0.28, which indicates that the lower crust is composed mainly of gabbros. Below the continental edge, a typical continental crust with P-wave velocities between 5.2 km/s and 7.0 km/s from the top to the bottom shows a gradual seaward thinning of ~15 km over an ~35-km distance.

Mon travail de thèse se propose d'étudier la structure, les propriétés physiques et les processus géodynamiques de la zone de subduction d'Equateur-Colombie grâce à l'adaptation et le développement d'outils d'imagerie sismique (inversion de formes d'ondes 'alias' tomographie en diffraction) et à leur application aux données de sismique marine multitrace (MCS) et grand-angle OBS (WA) acquises en Equateur-Colombie pendant les campagnes SISTEUR et SALIERI. Ces outils m'ont permis de réaliser une imagerie fine et quantitative à trois niveaux : l'imagerie superficielle (~ 0-3 km), l'imagerie à profondeur intermédiaire (~ 3-10 km) et l'imagerie profonde (~ 10-30 km). Dans le domaine superficiel, j'ai effectué une cartographie fine et quantitative des propriétés physiques des sédiments au voisinage du BSR (Bottom Simulating Reflector), interpreté comme la base de stabilité des hydrates de gaz. Sur le profil SIS-40 situé sur la marge sud de la Colombie, j'ai pu identifier la présence de failles qui perturbent localement le BSR. Les résultats présentés sous la forme d' une série de logs adjacents de l'image migrée en profondeur, montrent que certaines régions du BSR sont caractérisées par une augmentation de la vitesse (1470-1650 m/s), indiquant la présence d'une faible quantité d'hydrates de gaz au dessus du BSR; d'autres zones situées immédiatement sous le BSR sont caractérisées par une diminution de la vitesse (~1200 m/s), liée à la présence de gaz libres piégés sous la couche d'hydrate de gaz. A des profondeurs moyennes j'ai étudié la structure du chenal de subduction (profil SIS-72). Le chenal constitue la limite mécanique entre la plaque chevauchante et la plaque plongeante. Il est délimité à son toit par un fort réflecteur interprété comme le décollement interplaque et à sa base par le toit très réflectif de la croûte océanique en subduction. L'imagerie fine et quantitative des propriétés physiques du décollement interplaque permet de mieux comprendre le rôle de la circulation des fluides et des variations lithologiques et physiques, sur le couplage mécanique inter-plaque. En raison de la sensibilité de la méthode de tomographie en diffraction au macro-modèle de vitesse, un code de correction de ce modèle a été implémenté, afin d'obtenir des images tomographiques fiables (i.e. géométrie et amplitudes correctes). Du fait de la bande passante limitée de la source et de la longueur du dispositif d'acquisition limitée à 4.5 km, les images tomographiques ont une résolution spatiale limitée : l'image tomographique présente un déficit des petits et grands nombre d'onde (fréquences spatiales) limitant ainsi l' interprétation géologique des paramètres physiques cartographiés. Un traitement spécifique basé sur la modélisation des traces sismiques a été implémenté. L'image tomographique, traitée comme une série de traces verticales, constitue la donnée observée. L'espace des modèles est constitué par un ensemble de modèles impulsionnels et unidimensionnels de Terre construits aléatoirement. Ces modèles sont dégradés par convolution avec une estimation de l'ondelette source afin de fournir une représentation synthétique de l'image tomographique « observée ». La minimisation de la fonction coût entre les traces migrées et les traces synthétiques est effectuée dans le cadre d'une inversion globale par recuit simulé (VFSA= « Very Fast Simulated Annealing »). Le modèle moyen issu de cette procédure fournit un modèle 2D fin de vitesse, fonction de la profondeur et comparable à la limite de la résolution théorique de la source. A l'issue de ce traitement, des perturbations de vitesse positives sont mises en évidence au toit de la croûte, et d'autres négatives accompagnent certains segments du niveau du décollement. Ces dernières sont probablement associées à la présence de fluides. Le domaine plus profond a été étudié à partir des données MCS et WA dans le double but (1) d'améliorer la résolution spatiale des images sismiques du Moho et du contact interplaque en relation avec la zone sismogène, et (2) de détecter la présence d'anomalies crustales de vitesse et d'analyser leur relation avec les zones d'aspérité sismologiques. L'utilisation conjointe des données de sismique MCS et WA a été mise en oeuvre pour prolonger vers le bas les images de sismique verticale et tenter ainsi d'établir une relation entre les processus profonds et les manifestations en surface. L'application de la chaîne de traitement au profil SIS-44 a permis d'obtenir un modèle de vitesse bien contraint jusqu'à 25 km de profondeur. Ce modèle met en évidence des réflecteurs profonds (Moho et contact interplaque ) et des réflecteurs plus superficiels (splay fault), dont l'interprétation était initialement incertaine sur les images migrées en temps.

Cette thèse a été conduite dans le cadre du programme de coopération de recherche Algéro-française SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales du Nord de l’Algérie). Ce projet vise à étudier la structure profonde de la marge algérienne par une approche combinée des techniques sismiques ; grand-angle et multi-canal. Le domaine couvert par la présente étude se concentre dans la région de Jijel dans la marge algérienne orientale. L’objectif principal de notre thèse est d'améliorer en profondeur l'imagerie de la marge algérienne en utilisant une combinaison de données sismiques grand-angle (OBS, sismomètres de fond de l'océan) et multi-canal (MCS). Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles connaissances pour répondre à quelques questions sur la nature de la croûte terrestre, la zone de transition continentale-océanique, la présence du sel messénien, sa distribution et sa relation entre les formations sédimentaires superficielles et les structures crustales. Dans cette étude, notre approche est une inversion jointe des enregistrements grand-angle et des données sismiques multi-canal. Nous avons conduit une série de tomographie des premières arrivées, une inversion jointe des arrivées réfractées et réfléchies ainsi qu’une modélisation gravimétrique. Etant donné que la solution du problème inverse n’est pas unique, deux programmes de tomographie ont été utilisés sur les mêmes données pour la même région d’étude à savoir : FAST (First Arrival Seismic Tomography) et Tomo2D. La tomographie a été suivie par une inversion jointe des arrivées réfractées et réfléchies suivant une approche basée sur la combinaison de la migration en profondeur « Kirchhoff » avant sommation (PSDM) des données de sismique réflexion multi-canal (MCS) et la modélisation directe des enregistrements grand-angle sur le fonds marin (OBS). Afin de vérifier la consistance du modèle de la vitesse avec les données gravimétriques, l’anomalie à l'air libre a été modélisée. Les résultats de l’imagerie conduite dans ce travail montrent la structure de la marge, la croûte continentale, la zone de transition continent-océan et la croûte océanique de la Méditerranée. La structure du modèle confirme les études antérieures basées sur des données bathymétriques, gravimétriques et magnétiques. Cette structure montre essentiellement : - un plateau continental étroit et pente continentale une très raide.- l’Expulsion du sel vers le nord impliquant la formation de diapirs au-dessus du flanc nord du bassin (plaine abyssale).- L’approfondissement et l’épaississement des séquences sédimentaires (bassin sédimentaire) près de la marge algérienne. Le modèle de vitesses obtenu et l’épaisseur des différentes unités structurales formant ce modèle apportent des arguments quantitatifs pour enrichir la connaissance de cette partie de la Méditerranée occidentale. Les couches sédimentaires dans le bassin montrent des vitesses sismiques allant de 1,9 km / s à 3,8 km / s. Les formations messéniennes ont été modélisées en utilisant une vitesse située entre 3,7 km / s à 3,8 km / s. La croûte continentale s’amincit sur une bande étroite de la marge dont la distance est d'environ 15 km. La vitesse de la croûte océanique dans cette région présente deux couches distinctes : l’une caractérisée par des vitesses variant de 4,7 km / s à 6.1 et l’autre de 6.2 à 7.1 km / s. La vitesse du manteau supérieur quant à elle a été modélisée par 7,9 km / s. / This thesis has been conducted within the framework of the Algerian-French research cooperation program SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales du Nord de l’Algérie). This project aims to study the deep structure of the Algerian margin. The area covered by this study focuses in the region of Jijel in eastern Algerian margin.The main objective of our thesis is to improve depth imaging of the Algerian margin using a combined approach of seismic techniques; wide-angle and multi- channel seismic data. The purpose of this thesis is to bring new knowledge to answer some questions about the nature of the crust, the area of continental -oceanic transition, the presence of Messinian salt, its distribution and relationship between surface sedimentary formations and crustal structures.This study presents the results of a deep seismic survey across the north Algerian margin, based on the combination of 2D multi-channel and wide-angle seismic data simultaneously recorded by 41 ocean bottom seismometers deployed along a North-South line extending 180 km off Jijel into the Algerian offshore basin, and 25 land stations deployed along a 100 km-long line, cutting through the Lesser Kabylia and the Tellian thrust-belt.In this study, our approach is a joint inversion of wide-angle seismic recordings (OBS, ocean bottom seismometers) and multi- channel seismic data (MCS). We conducted a series of first arrivals tomography, a joint inversion of reflected and refracted arrivals and gravity modelling. Since the solution of the inverse problem is not unique, two tomography programs were applied using the same data for the same study area; FAST (First Arrival Seismic Tomography) and Tomo2D. Tomography was followed by a joint inversion of reflected and refracted arrivals following an approach based on the combination of Kirchhoff prestack depth migration (PSDM) for MCS data and forward modelling of OBS. To check the consistency of the velocity model with gravity data, the free air anomaly was modeled.The final model obtained using forward modelling of the wide-angle data and pre-stack depth migration of the seismic reflection data provides an unprecedented view of the sedimentary and crustal structure of the margin. The sedimentary layers in the Algerian basin are 3.75 km thick to the north and up to 4.5 to 5 km thick at the foot of the margin. They are characterised by seismic velocities from 1.9 km/s to 3.8 km/s. Messinian salt formations are about 1 km thick in the study area, and are modelled and imaged using a velocity between 3.7 km/s to 3.8 km/s. The crust in the deep sea basin is about 4.5 km thick and of oceanic origin, presenting two distinct layers with a high gradient upper crust (4.7 km/s - 6.1 km) and a low gradient lower crust (6.2 km/s - 7.1 km/s). The upper mantle velocity is constrained to 7.9 km/s. The ocean-continent transition zone is very narrow between 15 km to 20 km wide. The continental crust reaches 25 km thickness as imaged from the most landward station and thins to 5 km over a less than 70 km distance. The continental crust presents steep and asymmetric upper and lower crustal geometry, possibly due to either asymmetric rifting of the margin, an underplated body, or flow of lower crustal material towards the ocean basin. Present-time deformation, as imaged from 3 additional seismic profiles, is characterized by an interplay of gravity-driven mobile-salt creep and active thrusting at the foot of the tectonically inverted Algerian margin.