La modélisation des structures géologiques est une étape cruciale de la construction de géomodèles. Elles conditionnent la répartition spatiale des propriétés du sous-sol et la connexion des différents volumes rocheux qui le constituent. Cependant, les données disponibles s'avèrent incomplètes et incertaines. A cela s'ajoute une incertitude sur les phénomènes géologiques ayant conduit à la formation des structures modélisées. De multiples interprétations sont donc généralement possibles. Les méthodes classiques de modélisation des structures reposent principalement sur une approche géométrique, statique et déterministe. En d'autres termes, l'approche consiste à déterminer la meilleure représentation possible des structures en se fondant sur des critères qui portent principalement sur la géométrie actuelle des structures, comme la minimisation de leur courbure, et sur leur compatibilité avec les données dans leur état actuel. L'histoire tectonique des structures n'est prise en compte que de manière indirecte par le modélisateur et la compatibilité cinématique et mécanique du modèle structural reste complexe à évaluer. Cette thèse explore différentes méthodes de modélisations permettant de mieux prendre en compte l'histoire tectonique des structures. Trois approches complémentaires sont développées. La première propose un opérateur cinématique représentant les déplacements associés aux failles. Il tire son originalité du système de coordonnées curvilinéaires utilisé pour décrire l'espace de la faille et de l'intégration progressive des déplacements permettant de contrôler leur évolution. La seconde approche propose un outil de déformation pseudo-mécanique permettant l'édition interactive des modèles structuraux et la simulation approchée de l'histoire tectonique qui leur est associée. Il repose sur un algorithme de déformation original, basé sur des éléments rigides, issu du domaine de l'infographie. Enfin, une troisième approche permet de répercuter l'historique de déformation sur le système de coordonnées utilisé pour la simulation des propriétés du sous-sol. Nous montrons comment ce système peut être construit grâce à la restauration des structures. Cette approche permet de modéliser les propriétés du sous-sol en s'appuyant sur des paléodistances compatibles avec l'ensemble des hypothèses structurales, cinématiques et mécaniques établies lors de la construction de l'histoire tectonique du géomodèle. Ces différentes approches ouvrent des portes prometteuses dans la prise en compte des aspects historiques, cinématiques et mécanique dans la modélisation des structures et des propriétés du sous-sol. Elles s'attachent à accroître la compatibilité des géomodèles et à simplifier la paramétrisation des déformations géologiques afin de faciliter la résolution de problèmes structuraux par des approches inverses / The main approaches to the modelling of geological structures are mainly geometrical, static and deterministic. In other terms, their geometry and connections are determined by applying criteria based on the compatibility with available data in their current state. The evolution of the geological structures is only integrated indirectly by the modeller and the kinematical and mechanical compatibility of the produced models remain difficult to assess. This thesis explores different methods which aim at better including the evolution of geological structures in the modelling process. Three complementary approaches are developed. First, a kinematical fault operator based on a 3D curvilinear fault frame is presented. It aims at progressively deforming the structures surrounding faults. The second approach is based on a pseudo-mechanical deformation tool inspired form computer graphics, based on rigid elements. It is used to interactively editing the structures and approximately simulate their deformation history. The last proposal is to compute the paleo-geographical coordinates from the restoration of geological structures. This way, the heterogeneities are characterised based on paleo-geographic distances which are compatible with the structural, kinematical and mechanical hypotheses specified when building the geological model. These different contributions open numerous perspectives to better take into account the evolution of the geological structures when modelling the subsurface and its heterogeneities. They help us to increase the compatibility of geomodels and simplify the parameterization of geological deformation to facilitate the characterisation of geological structures by inverse approaches

La baie de Seine forme aujourd'hui une vaste dépression marine d'environ 5 000 km 2 , située entre la Manche centrale au Nord, le Cotentin à l'Ouest et le Bassin parisien au Sud et à l'Est. Les nouvelles données sismiques THR (2007-2009) couplées aux données de dragages (2009) acquises en baie de Seine pour la thèse, ont permis de réviser la carte géologique du substratum de la Baie de Seine, d'établir les liens entre ce substratum et la Seine périglaciaire plio-quaternaire et de proposer pour cette dernière un nouveau modèle de dépôt et d'évolution. Le substratum géologique de la baie de Seine présente des formations stratigraphiques et des structures géologiques variées, similaires à celles décrites dans le bassin versant de la baie de Seine. Ce substratum consiste en une structure monoclinale dans l'ensemble de la baie et une structure synclinale au Nord de la baie, toutes deux affectées par des failles. Plusieurs faits nouveaux ont pu être mis en évidence au cours de l'étude du substratum, notamment la reconnaissance de surfaces stratigraphiques majeures connues à terre mais non identifiées jusqu'à présent en baie de Seine, l'existence dans la zone du synclinal de glissements gravitaires tertiaires. Un réseau de paléovallées submergé plio-quaternaire est incisé dans le substratum. Les cycles " glaciaire-interglaciaire " plio-quaternaires et la nature du substratum (lithologie, cuesta, pente, failles, déformations) jouent un rôle majeur dans l'évolution du système fluviatile de la paléoSeine. Cette évolution a été étudiée au travers de la description des terrasses étagées et des nappes emboîtées identifiées en sismique. La paléoSeine montre ainsi l'étagement de trois terrasses alluviales (la Seine ancienne du début du Pléistocène moyen ; la Seine saalienne ; la Seine weichsélienne). Cette reconnaissance des terrasses pléistocènes de la paléoSeine permet de distinguer au moins un épisode important de surrection. Cette surrection, datée du Pléistocène moyen au début du Weichsélien, est estimée à environ 0,07 à 0,1 mm/an, et s'inscrit dans le prolongement du soulèvement connu en Europe du Nord depuis le Néogène avec des mouvements compressifs liés à la convergence Afrique-Eurasie.

Un des buts de ce travail est la mise au point et l'application de procédés de mesures in situ permettant de déterminer les caractéristiques dynamiques à introduire dans les codes numériques. Dans les méthodes spectrales, principalement utilisées dans cet ouvrage, les milieux géologiques sont caractérisés par un modèle de comportement de type viscoélastique linéaire qui, outre la densité, est défini par la vitesse de propagation sismique et le facteur de qualité. Le deuxième objectif principal de ce travail est de tester les capacités actuelles de prévision des effets de site à partir de cas réels. Plusieurs sites de contexte géologique différent ont été choisis en Belgique et en France ; des mouvements du sol dus à diverses sollicitations sismiques (tremblements de terre, tirs de carrière, chutes de poids) ont été enregistrés. Après une première phase de reconnaissance permettant de déterminer la structure géologique et les caractéristiques dynamiques en chaque site, la concordance entre les mouvements mesurés et calculés sera évaluée.