L'objectif de cette thèse est de construire un modèle d'atténuation sismique du manteau supérieur dela Terre en utilisant un jeu de données original construit par Debayle et Ricard (2012). Ce jeu dedonnées est l'un des plus complet au monde (plus de 375 000 sismogrammes analysés pour extrairel'atténuation et la vitesse de phase du mode fondamental et des cinq premiers harmoniques des ondesde Rayleigh).Les mesures d'atténuation sont tout d'abord traitées pour extraire les effets de l'expansion géométriqueet de la focalisation, minimiser les effets d'erreurs sur la source, écarter les mesures incertaines etregrouper les mesures redondantes. Elles sont ensuite régionalisées pour obtenir des cartes desvariations latérales de l'atténuation des ondes de Rayleigh pour chaque mode et chaque période. Ladernière étape est l'inversion en profondeur des cartes. Elle permet d'obtenir QsADR17, un modèle 3Dde l'atténuation des ondes S dans le manteau supérieur.QsADR17 est corrélé avec la tectonique de surface jusqu'à 200 km de profondeur, avec une faibleatténuation sous les continents et une forte atténuation sous les océans. Des anomalies de forteatténuation sont observées jusqu'à 150~km de profondeur sous les rides océaniques, et persistent à plusgrande profondeur jusque dans la zone de transition sous la plupart des points chauds. La présence delarges anomalies atténuantes situées à 150 km de profondeur sous l'océan Pacifique suggère queplusieurs panaches thermiques viennent s'étaler dans l'asthénosphère. Nous avons également détecté laprésence d'hétérogénéités de composition à la base des cratons et dans un certain nombre de régionsactives. / The aim of this study is to build a 3-D attenuation model of Earth's upper-mantle using a unique datasetbuilt by Debayle & Ricard (2012). This dataset is among the largest in the world: more than 375,000seismograms were analyzed to extract Rayleigh-wave attenuation and velocity measurements for thefondamental mode and the five first harmonics between 40 and 240 s periods.First, attenuation measurements are processed to extract the effects of geometrical attenuation and offocusing and defocusing, in order to minimize the influence of errors on the seismic source, to avoidpotentially incorrect data, and to cluster redondant measurements. Then, measurements are regionalizedto obtain Rayleigh-wave maps for each mode and each period. The last step is the inversion of thesemaps to obtain the depth dependent attenuation. Eventually, we obtain QsADR17, a 3-D model of Swaveattenuation in the upper mantle.QsADR17 is correlated with surface tectonics down to 200 km depth, with low attenuation under thecontinents and high attenuation under the oceans. High-attenuation anomalies are found under oceanicridges down to 150~km depth, and under most of the hotspots at larger depth down to the transitionzone. A large high-attenuation anomaly at 150~km depth under the Pacific ocean suggest that thermalplumes pound into the asthenosphere. We also detect compositional heterogeneities at the base of thecratons and in active areas.

Cette thèse s’intéresse à divers aspects de l’atténuation sismique dans le manteau terrestre et aux implications de celle-ci quant à la structure de ce dernier. L’enjeu est de mieux comprendre les mécanismes d’atténuation ainsi que les mesures que l’on peut effectuer afin d’améliorer les modèles radiaux d’atténuation dont on dispose et in fine l’interprétation des modèles de tomographie. Je me suis concentrée sur deux exemples de mécanismes d’atténuation, appartenant à deux grands types d’atténuation : l’atténuation intrinsèque, liée à l’absorption par le milieu d’une partie de l’énergie sismique dissipée irréversiblement sous forme de chaleur, et l’atténuation extrinsèque, liée à la dispersion de cette énergie par le milieu. Dans le premier cas, j'ai regardé l’effet des transitions de phase sur l’atténuation des ondes sismiques. En appliquant un modèle thermomécanique développé par Ricard et al., 2009, pour prédire l’atténuation des ondes sismiques liée à la transition de phase uniquement et en comparant les valeurs obtenues aux mesures dont on dispose, j'ai pu contraindre la cinétique d’une transition de phase mantellique. Dans le second cas, j'ai testé l’effet de l’anisotropie comme mécanisme d'atténuation apparente, le but étant de trouver une distribution statistique d’orientation d’anisotropie pouvant reproduire la quasi-constance du facteur de qualité Q avec la fréquence, observée en sismologie et lors d’expériences de laboratoire (Knopoff, 1964), et aujourd’hui expliquée par un modèle ad-hoc seulement (Liu, 1976).Enfin, je me intéressée à mesurer cette atténuation sismique sur des enregistrements réels. Après avoir testé la méthode dite de la fréquence instantanée (Ford et al., 2012), je me suis concentrée sur deux régions, l’Amérique centrale et l’Alaska pour l'appliquer. Ces mesures sont ensuite interprétées en termes de modèle radial d’atténuation révélant un manteau inférieur hétérogène atténuant. Je montre aussi qu’une origine compositionnelle est la plus probable pour expliquer ces anomalies d’atténuation. / This thesis is devoted to various aspects of seismic attenuation in the Earth's mantle and the consequences on the mantle structure. The challenge is to better understand the attenuation mechanisms, as well as the measurements that can be done, in order to improve the published radial profiles of attenuation and in fine the interpretation of tomographic models.I focus on two examples of attenuation mechanisms, belonging to two kinds of attenuation: the intrinsic attenuation related to the absorption by the medium of a part of the seismic energy then irreversibly dissipated as heat, and the extrinsic attenuation related to the dispersion of the seismic energy by the medium. In the first case, I investigate the effect of phase transitions upon seismic attenuation. Applying the thermo-mechanical model developped by Ricard et al., 2012, to calculate the attenuation of seismic waves due to the phase transition only and comparing the obtained values to published measurements, I succeed in constraining the kinetics of a mantle phase transition. In the second case, I test the seismic anisotropy as a mechanism of extrinsic attenuation, the aim being to find a statistical distribution of anisotropy orientation and layer thicknesses that can reproduce the observed quasi-frequency independence of Q in seismology and laboratory experiments (Knopoff, 1964), and which is, today, only explained by an ad-hoc model (Liu, 1976).Finally, I was interested in measuring the seismic attenuation on real seismograms. After having tested the method of the instantaneous frequency (Ford et al., 2012), I applied it to seismic records sampling the mantle below Central America and Alaska. These measurements are then inverted for a radial profile of shear attenuation which reveals the existence of an attenuating zone in the lower mantle. I also show that these attenuation anomalies are likely to be of chemical origin.

L’évolution des assemblages pétrologiques avec l’augmentation de pression et de température est couramment perçue à l’équilibre et figée dans le temps. Le développement des sources synchrotron de rayons X permet à présent de mesurer in situ et en temps résolu les vitesses de transformations minéralogiques à haute pression (HP), haute température (HT). Cette thèse présente l’utilisation de cette technologie dans 2 contextes géologiques. (i) Le potentiel sismogène de la déstabilisation des minéraux hydratés dans les plaques en subduction est vérifié. Les cinétiques de déshydratation du talc, de la phase à 10Å et de l’antigorite ont été mesurées à HP-HT en système clos. Nous avons identifié que l’antigorite se déshydrate en passant par un stade intermédiaire. Toutes les vitesses de libération de fluides associées sont plus rapides que la déformation visqueuse des roches et sont donc compatibles avec le déclenchement de rupture. (ii) Les cinétiques de transition olivine-ringwoodite ont été déterminées dans la loupe de costabilité pour des compositions riches en Fe. Elles mettent en évidence une amorphisation partielle de l'olivine en début de transformation. Cela pourrait perturber de manière significative la vitesse des ondes sismiques lors de leur passage au niveau de la zone de transition mantellique. Par ailleurs, les temps caractéristiques de réaction et la réduction conséquente de la taille des grains, indiquent qu’une telle transition de phase induit une atténuation sismique importante. Ces résultats expérimentaux in situ HP-HT révèlent des mécanismes originaux de transition de phase et contribuent ainsi à une meilleure compréhension des modèles géodynamiques / The evolution of petrological assemblies with increasing pressure and temperature is commonly perceived at equilibrium and fixed within time. The development of X-ray synchrotron sources now enable to measure in situ, time-resolved rates of mineralogical transformations at high pressure (HP), high temperature (HT). This thesis presents the application of this technology in two geological settings. (i) The seismogenic ability of breakdown of hydrated minerals within the subducting slab is checked. The dehydration kinetics of talc, 10Å phase and antigorite were measured at HP-HT in a closed system. We have found that antigorite dehydrates through an intermediate stage. All associated rates of released fluids are faster than the viscous deformation of rocks and are therefore compatible with the trigger of rupture. (ii) The kinetics of olivineringwoodite transition were determined within the co-stability loop for Fe-rich compositions. They show a partial amorphization of olivine at the beginning of the transformation. This could significantly affect the velocities of seismic waves when crossing the mantle transition zone. Moreover, the characteristic times of this reaction and the substantial reduction in grain size, indicate that such a phase transition may induce a significant seismic attenuation. These in situ HP-HT experimental results reveal novel mechanisms of phase transition and thus contribute to a better understanding of geodynamic models