L'avènement de la géodésie spatiale ces dernières décennies a permis la découverte de la diversité des modes de glissement sur les failles. Dans cette thèse, nous nous intéressons au glissement asismique à la fois en contexte de subduction et en contexte décrochant. Nous étudions l'ensemble de la subduction mexicaine au niveau des régions de Guerrero et Oaxaca, où plusieurs séismes lents ont été répertoriés, ainsi que le segment en glissement asismique d'Ismetpasa le long de la faille décrochante Nord-Anatolienne en Turquie. La carte de couplage (estimé entre les grands séismes lents) entre les plaques Cocos et Nord Américaine indique un couplage élevé et relativement homogène en base de zone sismogénique. Cependant, des variations latérales de couplage importantes sont remarquables dans la zone sismogénique. En particulier, une zone de fort couplage à Oaxaca est localisée à l'emplacement de la rupture sismique de 1978 et a accumulé un déficit de glissement de 5 cm en 9 ans. Ces variations latérales de couplage sont corrélées avec les distances fosse-côte et des zones à l'état critiques sont localisées aux transitions entre faible et fort couplage. Ces observations suggèrent une pérennité au long-terme des motifs spatiaux de couplage. Nous proposons un mécanisme de déformation durant la phase co-sismique, basé sur l'existence de transitions frictionnelles sur le plan de subduction, qui permet de réconcilier les vitesses intersismiques mesurées sur quelques décennies et la morphologie long-terme. Ces vitesses intersismiques sont généralement considérées comme constantes sur plusieurs années. Cependant, une analyse plus fine montre une riche dynamique temporelle, avec en particulier la présence d'évènements transitoires finis de magnitudes et durées variables. Nous avons suivi deux approches afin de détecter et caractériser des glissements transitoires dans nos deux zones d'étude. (i) L'analyse d'un réseau dense d'interférogrammes, obtenus à partir de données InSAR des satellites CosmoSky-Med sur le segment de faille d'Ismetpasa, a permis de détecter un évènement de glissement transitoire d'un mois. Enregistré en Novembre 2013, aucun autre glissement n'a été détecté durant les 9 autres mois de l'analyse. Cet évènement d'une magnitude de 5.2 à 5.5 a relâché une énergie équivalant à 1,5 à 2 ans de glissement asismique continu à la vitesse moyenne précédemment estimée. Cette découverte remet en question le modèle mécanique de glissement de ce segment. (ii) Le développement d'une méthode de corrélation entre des évènements de glissements synthétiques et des séries temporelles GPS préalablement traitées permet la détection de glissements transitoires d'amplitude équivalente à celle du bruit. Appliquée à un jeu de données synthétiques sur la subduction mexicaine, cette méthode montre que l'on peut caractériser avec précision des évènements de Mw > 6. Appliquée à des données réelles au niveau de la lacune sismique de Guerrero entre Février 2005 et Mai 2007, cette méthode a permis de détecter 15 nouveaux événements transitoires. Ces évènements coïncident temporellement avec de fortes activités de trémors et LFEs et sont localisés aux pourtours du séisme lent de Mw 7.5 de 2006. Ces détections permettent de mieux contraindre la loi d'échelle des glissements lents et d'éclairer la dynamique spatiale et temporelles des évènements transitoires en base de zone sismogénique. / The development of space geodesy during the last decades has led to the discovery of the slip modes diversity on faults. In this thesis, we focus on aseismic slip on both subduction zones and continental strike slip faults. We study the subduction zone of Mexico, from Guerrero to Oaxaca regions, where large Slow Slip Events have been recorded, as well as the Ismetpasa creeping fault segment of the North Anatolian Fault in Turkey. The map of interplate coupling (in between large slow slip events) estimated between the Cocos and North America plates in Mexico shows a relatively high coupling coefficient, laterally homogeneous at the base of the seismogenic zone. Strong lateral coupling variations are notable within the seismogenic zone. A high coupling pattern in Oaxaca is located in the same area as the 1978 seismic rupture and has accumulated 5 cm of slip deficit in 9 years. Those lateral coupling variations are correlated with trench-coast distances. We show that critical state areas are located at the transitions between low and high coupling zones. These observations suggest a persistency of the coupling patterns over geological time scales. We propose a mechanism of deformation during the coseismic phase, related to the existence of frictional transitions on the subduction plane, that allows to reconcile decadal observations of interseismic velocities with the long term building of the coastal morphology. The interseismic velocities are generally considered to be constant over a few years. However, refined temporal analysis show the richness of their temporal dynamics, with evidences of slow slip events of various magnitudes and durations. We follow two different approaches to detect and characterize small amplitude slow slip events in our two study areas. (i) The dense network of interferograms with short repeat times acquired by the CosmoSky-Med constellation along the Ismetpasa fault segment allows to detect a month-long transient slip event. During the 9 other months of the analysis, no clear aseismic slip signal has been observed. With a Mw 5.2 - 5.5, this transient event has released an energy equivalent to the one that would be released during 1.5 - 2 years at the average creep rate estimated by previous studies. This discovery forces us to reconsider the mechanical model in place for this segment. (ii) The development of a correlation methodology between synthetic transient slip events and post-processed GPS time series allows to detect transient events with amplitude close to the GPS background noise. Applied to a synthetic dataset over the Mexican subduction zone, we show that this method is able to precisely detect and characterize Mw>6 events. Applied to real data between February 2005 and May 2007 in the Guerrero gap area, our new GPS-matched filter allows to detect 15 new events. Those events are temporally correlated with bursts of tremors and LFEs activity and are surrounding the Mw 7.5 2006 SSE. These detections enable to better characterise the slow slip events scaling law and shed a new light on the spatial interaction of slow slip events at the base of the seismogenic zone.

Mieux appréhender la relation entre fluides, sismicité et déformation asismique est crucial en terme de risques et de ressources. Dans les zones d'injections de fluide une augmentation du taux de sismicité est observée, certains événements dépassant Mw=5. Quel est alors le rôle des fluides dans le déclenchement et le contrôle de la sismicité ? Une série d'injections de fluide à haute-pression a été réalisée dans les séries carbonatées du LSBB (Rustrel), dans la zone endommagée d'une faille inactive à 280 m de profondeur. Ces expériences in-situ ont permis l'étude des réponses sismiques et hydromécaniques (enregistrées par un large réseau de capteurs) de différentes structures géologiques à une stimulation hydraulique. Seuls certains tests ont été impactés par des séismes bien qu'une rupture ait été mesurée au point d'injection par un extensomètre. 215 séismes ont été détectés et se caractérisent par un contenu haute-fréquence (0.6 à 3 kHz) et de faible magnitude (-4.1 à -3.1). Leur localisation absolue et relative (précision de 1.5 m) a mis en évidence un manque de séismes à proximité du puits d'injection. En comparant le moment sismique cumulé et un moment équivalent de déformation, plus de 96 % de la déformation est asismique. Deux comportements sismiques distincts ont montré qu'au moins une partie de la sismicité était contrôlée par un transfert de contraintes. L'interprétation jointe des données géologiques, mécaniques, hydrogéologiques et sismiques a permis de reconstruire le mouvement des blocs de roches au point d'injection. Ainsi, la stimulation hydraulique de faille génèrerait un mouvement asismique, qui par transfert de contrainte, déclencherait la sismicité. / Better understanding how fluids pressure produce seismic or aseismic motion along faults is an important goal for seismic hazard assessment and for geological reservoir monitoring. Seismicity rate increase in fluid injection areas where some events may reach magnitude greater than 5. How fluids may induce and control seismicity? High-pressure fluid injections were performed in limestones, in the damaged zone of an inactive fault at 280m depth. These in-situ experiments allow to study the seismological and hydromechanical responses (recorded by 31 sensors) of different fracture types to a fluid perturbation. Only a few tests have generated seismicity even if ruptures are observed with a displacement sensor at the injection point. 215 earthquakes were detected and are characterized by high frequency content (0.6 to 3 KHz) and weak magnitude (-4.1 to -3.1). The relative and absolute locations (1.5m accuracy) indicate a lack of events in the vicinity of injection borehole. Comparing cumulated seismic moment with an equivalent deformation moment, more than 96% of the deformation is aseismic. Two distinct seismic behavior show that at least one part of the seismicity might be controlled by a stress transfer in the medium. Moreover, the joined interpretation geological, mechanical, hydrogeological and seismic data allow to build bloc motions at the injection point. Finally, our experiments showed that fluid injection mainly drives aseismic motion and the seismicity might be only an indirect effect related to stress transferred from the volume deformed by fluid pressurization.

Les travaux de cette thèse de Doctorat ont été menés dans le cadre de l'accord en co-tutelle entre l'Université de Strasbourg (EOST) et Istanbul Technical University (Dept. of Geology), avec l'octroi d'une bourse d'étude annuelle de !'Ambassade de France à Ankara, une bourse d'excellence EIFFEL de 10 mois, et un support financier de 8 mois de« TUBITAK 22148 - joint Ph.D. ». La zone de convergence de plaques Afrique - Eurasie comporte des failles capables de générer de forts séismes destructeurs. L'objectif de cette thèse est une meilleure compréhension du comportement de ces failles, et du cycle sismique associé, par l'analyse des déformations co-,post- et inter-sismiques enregistrées en surface, dans la zone de convergence. Une attention particulière est portée aux déformations lentes et à leur part dans le cycle sismique, mesurées en surface et analysées à l'aide des techniques lnSAR (Synthetic Aperture Radar lnterferometry), et modélisées par les méthodes de la dislocation élastique. / This Ph.D. thesis is conducted in the frame of the -co-tutellell scholarship (EOST-ITU) provided by French Embassy in Ankara. ln addition, a 10-month scholarship « Bourse excellence Eiffel » ,and 8-month scholarship « TUBITAK 22148 - joint Ph.D. » were other sources of support for the preparation of this thesis.The convergence between African and Eurasian plates is at the origin of active tectonic structures that generate large and destructive earthquakes. This thesis aims to improve our understanding of fault behavior and the earthquake cycle by analyzing surface deformation along selected active faults during the periods of co-, post-and inter-seismic deformation within the Africa-Eurasia convergence zone. ln this context, slow deformation observed at the surface and associated with the earthquake cycle is analyzed using Synthetic Aperture Radar lnterferometry (lnSAR) time series technique, and modeled with elastic dislocation methods.

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 (150×150 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 ascen- dantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de dé- formation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mou- vement 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 5 mm.an−1. 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−1. 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 asis- mique 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.