Ce mémoire d'habilitation décrit ma recherche effectuée en vue de mieux comprendre le mécanisme des tremblements de terre. Les ondes sismiques sont les principales données qui donnent accès à cette information, et mes travaux sont donc en lien direct avec les observations des capteurs sismiques (ou géodésiques) capables de détecter ces ondes. Les qualité, quantité et type de données disponibles m'ont conduit à aborder cette thématique sous trois angles différents, qui recoupent les trois chapitres de ce mémoire. A l'échelle mondiale, les capteurs large-bande du réseau global permettent une étude systématique et homogène de tous les séismes dont la magnitude est suffisante pour générer des ondes clairement analysables. Cette magnitude seuil est de l'ordre de 5.5-6 lorsque l'on analyse les ondes de volume se propageant dans la Terre. Par ailleurs, ces données sont accessibles en temps réel, ce qui permet d'obtenir des informations rapides sur les séismes, à condition que des techniques d'analyse automatisées soient mises en place. Ce double intérêt de l'approche globale -systématisme et rapidité- est développé dans le Chapitre I de ce mémoire. L'échelle mondiale trouve ses limites lorsqu'on s'intéresse aux détails du processus de rupture. Alors que les données mondiales sont suffisantes pour imager les caractéristiques moyennes de source (mécanisme au foyer, profondeur, magnitude de moment, fonction source), elles ne permettent généralement pas d'extraire avec précision les informations internes à la rupture sismique (distribution de glissement, vitesse de rupture locale). Pour ce faire, il est nécessaire d'utiliser des données plus proches de l'événement sismique, et de développer des techniques d'analyse adaptées à chaque configuration (analyses en réseau, analyses comparées entre le séisme principal et l'un de ses précurseurs...). Par ailleurs, et contrairement à l'échelle globale - où les données large-bande sont les données " reines " de l'analyse de la source -, l'analyse à distance plus proche permet et/ou requiert de diversifier les données utilisées. Cela peut passer par l'utilisation des capteurs accélérometriques, ou par la nouvelle utilisation des capteurs GPS en tant que sismomètres. Le Chapitre II s'intéresse à cette thématique de résolution fine des propriétés de source, avec un intérêt particulier pour la détermination de la vitesse de rupture. La mise en évidence récente des vitesses de rupture supershear (plus rapides que les ondes de cisaillement) et de leurs conséquences constituent un point important de ce chapitre. Enfin, il est intéressant de replacer la rupture sismique dans le cadre plus large des conditions qui stimulent ou inhibent son déclenchement. Dans cet esprit, je présente dans le Chapitre III des éléments de réponse venant de l'observation continue de la zone de subduction Equatorienne. Cette observation - incluant capteurs large-bande, accéléromètres, et GPS - se déroule depuis 2008 dans le cadre du projet ANR ADN, soutenu par l'IRD et en collaboration avec l'Institut de Géophysique à Quito. Nous montrerons dans ce chapitre comment l'occurrence de séismes lents sur l'interface de subduction est un facteur déclenchant de la sismicité.

Cette Habilitation à Diriger des Recherches fait le point sur mes activités passées dans les domaines de la tectonique active, géomorphologie et datations 10Be. Ces activités disparates sont centrées autour d'un même thème qui est la signification du relief au dessus des zones de subduction. Au cours de ces années je me suis progressivement intéressé aux mouvements verticaux. Ceux-ci sont particulièrement bien enregistrés par les morphologies côtières et en particulier par les terrasses marines. Ces dernières se sont formées au cours des précédentes périodes interglaciaires, lorsque le niveau de la mer était haut, à peu près au même niveau que l'actuel. Ainsi, ces terrasses contiennent une information de qualité sur le soulèvement à l'échelle de quelques centaines de milliers d'années. Dans le détail, les séquences de terrasses montrent des variations morphologiques qui renferment probablement plus d'informations que leur altitude seule. C'est pourquoi je me suis intéressé à des cas de terrasses en formation : les plateformes côtières, via l'étude de terrain mais aussi la modélisation. J'ai par ailleurs travaillé sur la signification des concentrations en 10Be, et en particulier mis au point une méthode de quantification long-terme du recul des falaises. Ce mémoire se termine sur les perspectives d'avenir en continuité avec ces travaux sur la formation des terrasses, la vitesse d'évolution des plateformes ainsi que sur leurs caractéristiques en fonction des contextes géodynamiques.

In the late Pleistocene, most of British Columbia and northern Washington was covered by the Cordilleran ice sheet. The weight of the ice sheet caused up to several hundred metres of depression of the Earth’s crust. This caused relative sea level to be higher in southwestern British Columbia despite lower global eustatic sea level. After deglaciation, postglacial rebound of the crust caused sea level to quickly drop to below present levels. The rate of sea-level fall is used here to determine the rheology of the mantle in southwestern British Columbia. The first section of this study deals with determination of the postglacial sea-level history in the Victoria area. Constraints on sea-level position come from isolation basin cores collected in 2000 and 2001, as well as from previously published data from the past 45 years. The position of sea-level is well constrained at elevations greater than -4 m, and there are only loose constraints below that. The highstand position in the Victoria area is between 75-80 m. Sea level fell rapidly from the highstand position to below 0 m between 14.3 and 13.2 thousand calendar years before present (cal kyr BP). The magnitude of the lowstand position was between -11 and -40 m. Though there are few constraints on the lowstand position, analysis of the crustal response favours larger lowstand. Well constrained sea-level histories from Victoria, central Strait of Georgia and northern Strait of Georgia are used to model the rheology of the mantle in southwestern British Columbia. A new ice sheet model for the southwestern Cordillera was developed as older models systematically underpredicted the magnitude of sea level in late glacial times. Radiocarbon dates are compiled to provide constraints on ice sheet advance and retreat. The Cordillera ice sheet reached maximum extent between 17 and 15.4 cal kyr BP. After 15.4 cal kyr, the ice sheet retreated, and by 13.7 cal kyr BP Puget Sound, Juan de Fuca Strait and Strait of Georgia were ice free. By 10.7 cal kyr BP, ice was restricted to mountain glaciers at levels similar to present. With the new ice model, and using an Earth model with a 60 km lithosphere, asthenosphere with variable viscosity and thickness, and transitional and lower mantle viscosity based on the VM2 Earth model, predicted sea level matches the observed sea level constraints in southwestern British Columbia. Nearly identical predicted sea-level curves are found using asthenosphere thicknesses between 140-380 km with viscosity values between 3x10^18 and 4x10^19 Pa s. Predicted sea level is almost completely insensitive to the mantle below the asthenosphere. Modeled present day postglacial uplift rates are less than 0.5 mm yr^-1. Despite the tight fit of the predicted sea level to observed late-glacial sea level observations, the modelling was not able to fit the early Holocene rise of sea level to present levels in the central and northern Strait of Georgia.

Les laves provenant de l’arc des Petites Antilles sont caractérisées par une grande variabilité chimique et leurs compositions isotopiques suggèrent une contribution variable de matériel crustal ancien dans leur genèse. L’arc des Petites Antilles est également caractérisé par une zonation chimique nord-sud, les laves des îles du sud présentant généralement des signatures isotopiques crustales plus fortes que celles des îles du nord. Nous avons tenté dans cette étude d’établir s’il existe des variations de la composition chimique des sédiments entrant en subduction le long de l’arc, et si d’éventuels changements de leur composition peuvent expliquer les variations chimiques observées au sein des laves. Pour ce faire, nous avons réalisé une étude géochimique approfondie (majeurs, traces, isotopes du Sr, du Nd, de l’Hf et du Pb) du flux sédimentaire potentiellement entrant dans la zone de subduction à différentes latitudes. L’échantillonnage comprend des sédiments forés au niveau des sites 543 (nord de l’arc) et 144 (extrême sud de l’arc) lors des campagnes DSDP 78A et 14 respectivement, et des sédiments provenant de l’île de la Barbade (sud de l’arc). <p>Les échantillons présentent une grande hétérogénéité lithologique correspondant globalement à un mélange en proportion variable entre une composante détritique et une composante biogénique (siliceuse ou carbonatée). De plus, au niveau du site 144, des niveaux très riches en matière organique (black shales) datant du Cénomanien supérieur au Santonien (~ 95 à 84 Ma) ont été forés. Ces formations correspondent à l’enregistrement des Oceanic Anoxic Events 2 et 3. Nous avons montré que la « dilution » variable de la fraction détritique par la composante biogénique est le facteur qui contrôle largement les variations de concentrations en éléments traces observées. De plus, nous avons révélé un enrichissement en U extrêmement important au sein des black shales du site 144. Les signatures isotopiques de l’Hf, du Nd et du Pb sont dominées par la composante détritique, alors que celle du Sr, dans le cas d’échantillons riches en carbonates est dominée par celle de l’eau de mer. Les sédiments des trois sites présentent des compositions isotopiques du Pb fortement radiogéniques par rapports aux sédiments océaniques « classiques », que nous avons associées à une forte contribution de matériel issu de l’altération des cratons guyanais et brésilien dans la composante détritique. De plus, la décroissance radioactive de l’U dans les black shales du site 144 a généré des rapports 206-207Pb/204Pb extrêmement radiogéniques. <p>Un mélange entre le manteau appauvri et les sédiments du site 543 reproduit les compositions isotopiques des laves de la partie nord de l’arc. Pour la partie sud de l’arc un mélange entre les sédiments les plus radiogéniques en Pb du site 144 et le manteau appauvri explique les compositions des laves des îles de la Martinique à Grenade. Une contribution croissante des black shales du nord vers le sud est nécessaire, et est de plus en accord avec l’augmentation du nord vers le sud de l’âge du plancher océanique subduit. Enfin, quelques sédiments de l’île de la Barbade présentent certaines caractéristiques compatibles avec leur implication dans la genèse des laves de la partie sud de l’arc.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The Davle Volcanic Complex (DVC) situated in the Teplá-Barrandian unit (TBU) of the Bohemian Massif, is considered as a Neoproterozoic-Cambrian magmatic arc that developed on the northern active margin of Gondwana supercontinent during Cadomian accretionary orogeny. This study combines data obtained from fieldwork, petrography, rock-forming mineral microanalysis, major and trace element analysis, Sr-Nd-Pb isotopic systematics and U-Pb zircon geochronology in order to reveal the petrogenesis and evolution of the DVC. At least three-stage metamorphism including Cadomian seafloor alteration, Variscan regional metamorphism as well as contact metamorphism related to the emplacement of the Central Bohemian Plutonic Complex affected the DVC. The studied rocks follow calc-alkaline trend whereas tholeiitic trend previously reported is rather related to younger magmatic events. The northern part of the DVC is dominated by felsic subvolcanic (plagiogranite), volcanic (dacite- rhyolite) and pyroclastic (dacitic-rhyolitic tuffs and breccias) rocks with a few outcrops of basaltic andesite-andesite pillow lavas documenting the subaqueous activity of the DVC. These rocks are Na-rich, but K-poor, the plagiogranite contains albite most likely primary in origin, and exhibit highly radiogenic εNd values (~ +6 to +11),...

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην γεωδυναμική εξέλιξη της Αττικής. Η Αττική συνίσταται από τους μεταμορφωμένους σχηματισμούς της Αττικοκυκλαδικής Μάζας στους οποίους επωθούνται οι αμεταμόρφωτοι έως χαμηλά μεταμορφωμένοι σχηματισμοί της Υποπελαγονικής Ζώνης. Στην Αττική η Αττικοκυκλαδική Μάζα διαχωρίζεται σε Ενότητα Κυανοσχιστολίθων και Ενότητα Βάσης. Η μεγασκοπική, μεσοσκοπική και μικροτεκτονική ανάλυση που εφαρμόστηκε κυρίως στα μεταμορφωμένα πετρώματα, οδήγησε στην αναγνώριση τεσσάρων κύριων παραμορφωτικών φάσεων. Η πρώτη παραμορφωτική φάση D1 έλαβε χώρα σε πλαστικές συνθήκες και είναι σύγχρονη με την Ηωκαινική Μ1 μεταμόρφωση υψηλών πιέσεων - χαμηλών θερμοκρασιών που προέκυψε από την καταβύθιση του πρωτόλιθου της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων κάτω από την Υποπελαγονική Ζώνη σε βάθη περίπου 40χλμ. σε ένα καθεστώς ηπειρωτικής σύγκρουσης. Στη ζώνη καταβύθισης εισήλθε προοδευτικά κατά το Ολιγόκαινο ο πρωτόλιθος της Ενότητας Βάσης ο οποίος βρισκόταν παλαιογεωγραφικά ανατολικότερα από την Ενότητα Κυανοσχιστολίθων. Κατά τη διάρκεια της καταβύθισης ένα μικρό τμήμα της επωθημένης Υποπελαγονικής Ζώνης, γνωστή ως Ενότητα Τουρκοβουνίων, αποσπάστηκε, ενταφιάστηκε σε βάθος περίπου 10 Χλμ. και παραμορφώθηκε σε εύθραυστες συνθήκες. Η παραμόρφωση των πετρωμάτων της Ενότητας Τουρκοβουνίων χαρακτηρίζεται από εύθραυστες πτυχές και C-S δομές με ροπή προς ΝΑ. Στο όριο Ολιγόκαινου – Μειόκαινου και σε συνθήκες ανάδρομης πρασινοσχιστολιθικής φάσης μεταμόρφωσης Μ2, έλαβε χώρα μία δεύτερη πλαστική παραμορφωτική φάση D2 που σηματοδοτεί την έναρξη του εκταφιασμού της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων και την τοποθέτηση τους επί της Ενότητας Βάσης μέσω μιας φλοιικής κλίμακας πλαστικής επώθησης, της «Επώθησης Βάσης». Στην Επώθηση Βάσης πραγματοποιήθηκε λεπτομερής κινηματική ανάλυση σε περίπου 1200 θέσεις σε όλη την έκταση της Αττικής χρησιμοποιώντας πληθώρα μεσοσκοπικών και μικροσκοπικών κινηματικών δεικτών. Οι μεσοσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέκυψαν από την ανάλυση 554 F2 πτυχών πλαστικού τύπου, 20 boudinages και 25 πορφυροκλαστών. Οι μικροσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέρχονται από την ανάλυση 187 λεπτών τομών και αριθμούν στη κινηματική εκτίμηση πλάγιων φολιώσεων σε 65 λεπτές τομές, C’ ταινιώσεων διάτμησης σε 43 λεπτές τομές, πορφυροκλαστών σε 23 λεπτές τομές, ιχθυόσχημων μαρμαρυγιών σε 12 λεπτές τομές, C-S ταινιωτών δομών σε 11 λεπτές τομές και την μέτρηση 14096 [c]-αξόνων χαλαζία, 4809 [c]-αξόνων ασβεστίτη και 3289 διδυμιών ασβεστίτη. Ο συνδυασμός των παραπάνω και η κατασκευή χαρτών των πορειών των κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης που προκύπτουν από την μέτρηση 2720 κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης, έδειξαν κίνηση των μεταμορφωμένων καλυμμάτων με ροπή προς ΑΒΑ κατά την D2 φάση. Από συνολικά 59 δείγματα υπολογίστηκε το ποσό της παραμόρφωσης στο επίπεδο που είναι παράλληλο στη διεύθυνση κίνησης, ενώ σε 19 από αυτά προσδιορίστηκε το ελλειψοειδές της παραμόρφωσης. Η ποσοτική τεκτονική ανάλυση για τον προσδιορισμό του ποσού της παραμόρφωσης και του κινηματικού αριθμού στροβίλισης (Wm) έδειξε ότι η τεκτονική τοποθέτηση της ενότητας Κυανοσχιστόλιθων επί της Ενότητας Βάσης έλαβε χώρα σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης (k≈1,02) και γενικής διάτμησης εκφραζόμενης από τιμές Wm μεταξύ 0,22 και 0,97. Με βάση τα στοιχεία αυτά υπολογίζεται ότι η πλαστική λέπτυνση και η αντίστοιχη πλαστική επιμήκυνση παράλληλα στην διεύθυνση κίνησης του καλύμματος των Κυανοσχιστολίθων είναι 20-50% και 30-90%, αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές οι οποίες είναι συγκρίσιμες με αυτές που έχουν υπολογιστεί σε άλλες ορογενετικές ζώνες (π.χ. Εξωτερικές Ελληνίδες, Ιμαλάια) φανερώνουν ότι ο εκταφιασμός της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων πιθανότατα πραγματοποιήθηκε με ένα μηχανισμό πλαστικής διαφυγής. Με τη συνεχή άνοδο σε ανώτερους δομικούς ορόφους (~10Χλμ.), τα μεταμορφωμένα καλύμματα της Αττικής υπεισήλθαν κατά τη διάρκεια του Κ. έως Α. Μειόκαινου, σε μία τρίτη παραμορφωτική φάση D3 και υπέστησαν παραμόρφωση σε καθεστώς συμπίεσης κάτω από εύθραυστες συνθήκες. Η ποιοτική και κινηματική ανάλυση από 531 F3-πτυχές και 30 C-S δομές δείχνει κίνηση με ροπή προς τα Α-ΑΒΑ. Η κατασκευή χαρτών πορειών φολιώσεων από την μέτρηση 3500 φολιώσεων που φανερώνουν τους άξονες της D3 μεγαπτύχωσης, σε συνδυασμό με τους χάρτες πορειών κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης δηλώνουν ότι η Επώθηση Βάσης κατά την D3 φάση, απόκτησε μία δεξιόστροφη συνιστώσα και πλαγιοανάστροφο χαρακτήρα κίνησης. Τα αλλεπάλληλα συμπιεστικά γεγονότα στα μεταμορφωμένα πετρώματα της Αττικοκυκλαδικής Μάζας, διαδέχτηκε ένα καθεστώς διαστολής D4 που αντιπροσωπεύεται από κανονικά ρήγματα και το σχηματισμό ρηξισχισμού που λειτούργησαν κατά το Α. Μειόκαινο και δείχνουν στο τελικό τους στάδιο Β-Ν διεύθυνση εφελκυσμού. Η D4 φάση παραμόρφωσης παρατηρείται σε όλα τα πετρώματα της Αττικής και υπερτίθεται όλων των προγενέστερων παραμορφωτικών φάσεων. / The present PhD thesis focuses on the geodynamic evolution of Attica. Attica consists of the metamorphic rocks of the Attico-Cycladic Massif and the low- or non-metamorphosed formations of Subpelagonian Zone. In Attica the Attico-cycladic Massif is represented by the "Blueschist Unit" and the "Basal Unit". Mesoscopic structural data coupled with microtectonic analyses, applied mainly on the metamorphic rocks, enabled the distinction of four deformation phases which took place from Eocene to middle Miocene. The ductile D1 phase was synchronous to Eocene blueschist facies metamorphism and is associated with the continent–continent collision and subduction of the protolith of the Blueschist Unit beneath the Subpelagonian Zone to a depth of c. 40 km. The protolith of the Basal Unit, which was paleogeographically located eastwards of the Blueschist Unit, entered in the subduction channel via progressive underthrusting at Oligocene. During the subduction, a small part of the overthrust Subpelagonian Zone, also known as Tourkovounia Unit buried in a depth of c. 10 km and affected by penetrative brittle deformation expressed by brittle folds and C-S structures indicating a consistent top-to-the-SE sense of shear. At the Oligocene – Miocene boundary a ductile deformation phase (D2) took place coeval with the greenschist facies retrogression and the exhumation of the Blueschist Unit. This was commenced with the emplacement of the Blueschist Unit over the Basal Unit via a crustal scale ductile thrust, named hereinafter the “Basal Thrust”. Detailed kinematic analysis has been performed in c. 1200 locations using a plethora of mesoscopic and microscopic kinematic indicators. The mesoscopic indicators are represented by the analysis of c. 600 F2 folds, asymmetric boudinages and porphyroclasts. Microstructural analysis on 187 thin sections resulted to the designation of oblique foliation, shear bands, C-S structures, porphyroclasts, mica-fish and the measurement of 3289 e-lamellae and c. 19000 c-axes of quartz and calcite. The combination of the aforementioned data and the projection of the stretching lineation trajectories on geological maps indicate dominant top-to-the-ENE sense of shearing during D1 phase. Strain analysis was performed on 59 samples where Rxz values were obtained, while Ryz values were calculated in 19 representative samples. The observed variation in strain geometry indicates that the emplacement of the Blueschist Unit took place under approximately plane strain conditions (k≈1,02) that experienced a general shear deformation history with kinematic vorticity number, Wm, between 0,22 and 0,97. Integration of the vorticity and strain data indicates ductile thinning and transport-parallel elongation by 20–50% and 30–90%, respectively, during exhumation. These values are comparable with ductile thinning in other metamorphic sequences in orogenic belts (e.g. Himalaya and the External Hellenides) and reveal that formation and stacking of the studied units probably occurred under a mechanism of solid-state ductile extrusion. The continuous exhumation of metamorphic rocks at relatively shallow crustal levels (≈10 km) is associated with the third deformation D3 phase, which corresponds to a compression regime occurring under brittle conditions (L. to U. Miocene). Kinematic analysis of 531 F3-folds and 30 C-S structures manifests a top-to-the-A-ABA sense of shear. The projection of the foliation trajectories, that reveal the curved hinge lines of the anticlines/sinclines of the area, in combination with the stretching lineation trajectories, possibly documents a dextral transpressional shearing of the Basal Thrust. The last observed D4 phase occurred during the upper Miocene and is characterized by the formation of normal faults and joints resulted by an N-S extensional regime.