Nous modélisons les processus de glissement instable, en tenant compte de la géométrie souvent complexe des systèmes de failles et des lois de frottement observées en laboratoire. Nous assimilons les failles à des interfaces de discontinuité dans un milieu élastique parfait, la croûte, et utilisons une loi de frottement dépendant du glissement déduite d'expériences qui montrent que la résistance du matériau diminue du seuil statique au seuil dynamique, proportionnellement au glissement.Nous proposons deux méthodes numériques. La première a pour but de simuler l'évolution temporelle spontanée d'un réseau de faille, soumis initialement à un champ de contraintes donné et auquel nous appliquons une perturbation initiale en vitesse. Elle utilise un schéma de type Newmark en temps, et une discrétisation spatiale en éléments finis avec décomposition de domaines. Elle se révèle capable de capturer efficacement les instabilités du glissement, et en particulier la phase d'initiation, qui précède la propagation de la rupture dynamique et qui se caractérise par une forme auto-similaire et une croissance exponentielle du glissement au cours du temps. Des expériences numériques montrent que l'interaction, sur des segments de faille présentant un recouvrement significatif, se manifeste par l'existence de " zones d'ombre " dans lesquelles les contraintes sont déchargées et le glissement inhibé. En cas de recouvrement important de deux segments de faille, on observe une dissymétrie des profils de glissement, correspondant à la disparition de la singularité de contraintes à l'une des pointes de faille.Le deuxième schéma numérique réalise l'analyse spectrale non linéaire du problème de l'initiation " pseudo-linearisé " autour de la position d'équilibre dans laquelle le système de failles est initialement au seuil de résistance statique. La non-linéarité du problème provient de la prise en compte des zones d'ombre dont on ne connaît pas la géométrie a priori. Cette analyse permet de trouver le mode qui porte la signature de l'initiation, c'est-à-dire la forme auto-similaire remarquée plus haut. La version statique de cette analyse modale fournit un critère de stabilité des réseaux de failles, c'est-à-dire la valeur limite du taux d'affaiblissement au-delà de laquelle un épisode de glissement donnera lieu à un évènement sismique.Nous faisons l'hypothèse que le mode non linéaire statique, qui caractérise un comportement en affaiblissement à la limite de la stabilité, peut être utilisé pour décrire le glissement cumulé à l'échelle tectonique sur un réseau de failles normales particulier en Afar, dont nous connaissons les glissements mesurés en surface. Nous montrons qu'un choix judicieux du profil d'affaiblissement " équivalent " à l'échelle tectonique permet un bon accord entre le glissement observé et le mode statique. Nous en tirons des conclusions en termes d'interaction, mais aussi depropagation et/ou branchement des segments de failles. Enfin, nous décrivons deux autres applications :l'influence de la fracturation secondaire (endommagement) sur la forme du glissement les paramètres géométriques favorables à l'apparition d'une zone de relai entre deux segments de faille se propageant l'un vers l'autre.

Le cycle sismique s'étend de la centaine à quelques milliers d'années mais les mesures géodésiques et sismologiques s'étendent sur moins d'un siècle. Cette courte échelle de temps d'observation rend difficile la mise en évidence du rôle des paramètres sismotectoniques clefs qui contrôlent la dynamique des failles actives. Pour pallier ce problème d'échelle temporelle, j'ai développé un nouveau modèle expérimental qui reproduit des microséismes le long d'une faille décrochante sur plusieurs centaines de cycles sismiques. Il est constitué de deux plaques de polyuréthane latéralement en contact, reposant sur une couche basale de silicone, simulant le comportement mécanique d'une croûte supérieure élastoplastique couplée avec une croûte inférieure ductile, respectivement. Pour chaque expérience, environ 4000 mesures du champ de vitesses horizontales sont enregistrées. L'analyse des déplacements de surface au cours des phases intersismiques, cosismiques et postsismiques et leur comparaison aux failles sismogéniques montrent que le modèle reproduit correctement les déformations proches de la faille et en champ lointain. J'ai aussi effectué des inversions du champ de vitesses en surface pour évaluer la distribution spatiale du glissement en profondeur le long du plan de faille. Pour comparer les expériences, j'ai développé plusieurs algorithmes permettant d'étudier l'évolution spatio-temporelle des principaux paramètres physiques et les processus de déformation de surface qui caractérisent le cycle sismique. Mes premiers résultats suggèrent que la vitesse de chargement tectonique imposée en champ lointain joue un rôle sur le cycle sismique en influençant la magnitude des séismes, leur temps de récurrence, ainsi que la capacité de la faille à générer des séismes caractéristiques. Une vitesse de chargement lente favorise l'occurrence de forts évènements caractéristiques et une vitesse rapide de nombreux microséismes de magnitude faible à modérée plus distribués le long de la faille. Ma première hypothèse est que ce comportement est contrôlé par le couplage fragile/ductile à la base des plaques de polyuréthane. Pour une vitesse rapide, les forces visqueuses dans la couche basale augmentent de même que ce couplage. Ce processus contraint la base de la faille à glisser à une vitesse proche de sa vitesse long-terme et induit un champ de contrainte plus hétérogène le long de son plan qui favorise les microséismes de magnitude faible à modérée. Pour une vitesse lente, le silicone se comporte comme un fluide newtonien et les forces visqueuses diminuent considérablement, permettant à la faille de rester bloquée sur une plus longue période et d'accumuler plus de déformation élastique. Les contraintes sont ensuite relaxées par de plus larges évènements sismiques. Enfin, j'ai étudié le rôle joué par les variations de contrainte normale le long de la faille sur le glissement cosismique et le comportement long terme du système. Les résultats montrent que la distribution spatiale du glissement cosismique est fortement contrôlée par les variations de résistance de la faille et de l'accumulation des contraintes cisaillantes qui en résultent. Les évènements majeurs se produisent préférentiellement dans les zones d'aspérité de contrainte cisaillante et leur distribution spatiale du glissement suit une tendance similaire à celle de la variation de contrainte normale le long de la faille. L'analyse révèle aussi que l'hétérogénéité de l'état de contrainte initial influence la régularité du cycle sismique et le comportement long terme du modèle. Les résultats de cette étude paramétrique conforte ainsi l'hypothèse selon laquelle la distribution du glissement cosismique le long des ruptures peut fournir des informations pertinentes sur l'état de contrainte initial et pourrait améliorer notre compréhension de l'aléa sismique. Notre approche expérimentale apparaît donc, comme une méthode complémentaire et efficace pour étudier la dynamique des séismes. / Average seismic cycle duration extends from hundred to a few thousands years but available geodetic measurements, including trilateration, GPS, Insar and seismological data extend over less than one century. This short time observation scale renders difficult, then, to constrain the role of key parameters such as fault friction and geometry, crust rheology, stress and strain rate that control the kinematics and mechanics of active faults.To solve this time scale issue, I have developed a new experimental set-up that reproduces scaled micro-earthquakes along a strike-slip fault during several hundreds of seismic cycles. The model is constituted by two polyurethane foam plates laterally in contact, lying on a basal silicone layer, which simulate the mechanical behaviour of an elastoplastic upper crust coupled with a ductile lower crust, respectively. For each experience about 4000 horizontal-velocity field measurements are recorded. The analysis of model-interseismic, coseismic and postseismic surface displacements and their comparison to seismogenic natural faults demonstrate that our analog model reproduces correctly both near and far-field surface strains. I also performed surface-velocity field inversions to assess the spatial distribution of slip and stress at depth along the fault plane. To compare the experiences, we have developed several algorithms that allow studying the spatial and temporal evolution of the main physical parameters and surface deformation processes that characterise the seismic cycle (magnitudes, stress, strain, friction coefficients, interseismic locking depth, recurrence time, ...). My first results suggest that far-field boundary-velocity conditions play a key role on the seismic cycle by influencing earthquake magnitudes and recurrence time, as well as the capability of the fault to generate characteristic earthquakes. We observed that low loading rate favors rare but large strong characteristic events and high loading rate numerous low to moderate magnitude more distributed microquakes. My first hypothesis is that this behaviour may be controlled by the brittle/ductile coupling at the base of foam plates. For a high loading rate, viscous forces in the silicone layer increase as well as coupling at the base of the foam plates. These features force the base of the fault to slip at a velocity close to the far field velocity and induce a more heterogeneous stress field along the fault favoring low to moderate microquakes. For a low loading rate, silicone almost behaves as a newtonian fluid and viscous forces strongly decrease, allowing the fault to remain locked for a longer period and to accumulate more elastic strain. Stresses are then relaxed by larger seismic events.Finally, I investigate experimentally the role played by along fault initial normal stress variations on coseismic slip and long term fault behavior. Results show that coseismic slip patterns are strongly controlled by variations in fault strength and subsequent accumulated shear stress along fault strike. Major microquake events occur preferentially into zone of major shear stress asperities and coseismic slip distributions follow similar trends than initial normal stress variations along the fault. Moreover, our experiment suggest that the heterogeneity of initial stress state along the fault influence the regularity of the seismic cycle and, consequently, long term fault slip behavior. Results of this parametric study comfort, then, the hypothesis that coseismic slip distribution along earthquake ruptures may provide relevant informations on unknown initial stress state and could thus improve our understanding of seismic hazard.Our experimental approach appears then, as an efficient complementary method to investigate earthquake dynamics.

Les séismes le long de grandes failles crustales représentent un danger énorme pour de nombreuses populations. Le mécanique de ces failles est influencé par des zones endommagées qui entourent le coeur de faille. La fracturation dans ces zones contrôle chaque étape du cycle sismique. En effet, cette zone contrôle la mécanique de la rupture sismique, elle est un conduit pour les fluides, réagit chimiquement sous l'effet de fluides réactifs, et facilite la déformation pendant les périodes post- et inter-sismiques. Dans cette thèse de doctorat, des expériences de laboratoire ont été réalisées pour mieux comprendre 1) la façon dont l'endommagement est généré pendant le chargement transitoire co-sismique, 2) comment l'endommagement permet de mieux contraindre le chargement co-sismique le long de grandes failles, et iii) comment les fractures peuvent se cicatriser au fil du temps et contrôler l'évolution de la perméabilité et de la résistance mécanique de la faille.L'introduction de la thèse propose une revue critique de la littérature sur la génération de dommages co-sismiques et en particulier sur la formation des roches pulvérisées. Le potentiel de ces roches comme marqueur des déformations co-sismiques est discuté. Bien que ces roches pulvérisées soient prometteuses pour ces aspects, plusieurs questions restent ouvertes.L'une de ces questions concerne les conditions de chargement transitoire nécessaires pour atteindre la pulvérisation. Le seuil de taux de deformation pour atteindre la pulvérisation peut être réduit par des endommagemments progressifs, au cours de ruptures sismiques successives. Des barres de Hopkinson ont été utilisées pour effectuer des chargements dynamique successifs d'une roche cristalline (monzonite). Les résultats montrent que le seuil pour atteindre la pulvérisation est réduit d'au moins 50% lorsque des chargements successives sont imposés. Cette thèse discute aussi pourquoi les roches pulvérisées sont presque toujours observées dans des roches cristallines et peu dans des roches sédimentaires poreuses. Pour comprendre cette observation, des expériences à haute vitesse de déformation ont été effectuées sur des grès de Rothbach. Les résultats montrent que la pulvérisation des grains eux mêmes ne se produit pas dans les grès. L'endommagement reste se produit principalement à une échelle supérieure à celle grains, et des bandes de compaction sont observées. La compétition entre l'endommagement inter- et intra-granulaire est expliquée par les paramètres microstructuraux en combinant deux modèles micromécaniques classiques. Les microstructures observées dans les grès peuvent se former dans le régime quasi-statiques et aussi dans le régime dynamique. Par conséquent, il est recommandée d'être prudent lors de l'interprétation du mécanisme de deformation dans les roches sédimentaires proches de la surface. La dernière question abordée durant la thèse est la cicatrisation post-sismique de fractures co-sismiques. Des expériences ont été réalisées pour cicatriser des fissures par précipitation de calcite. Le but est l'étude du couplage entre l'augmentation de résistance mécanique de la roche fissurée et l'évolution de la perméabilité. Les échantillons fracturées ont été soumis à des conditions de pression et températures similaires de la croûte supérieure et à une percolation d'un fluide sursaturé en calcite pendant plusieurs mois. Ce couplage non-existe dans les premières étapes de la cicatrisation. Il est révélé par l'imagerie par tomographie aux rayons X que le scellement naissant des fractures se produit dans les porosités situées en aval de barrières d'écoulement, et donc dans des régions qui ne touchent pas les principales voies d'écoulement du fluide. Le découplage entre l'augmentation de résistance de la roche et la perméabilité suggère que les zones d'endommagement peu profondes dans les failles actives peuvent rester des conduits actifs pour les fluides plusieurs années après un séisme. / Earthquakes along large crustal scale faults are a huge hazard threatening large populations. The behavior of such faults is influenced by the fault damage zone that surrounds the fault core. Fracture damage in such fault damage zones influences each stage of the seismic cycle. The damage zone influences rupture mechanics, behaves as a fluid conduit to release pressurized fluids at depth or to give access to reactive fluids to alter the fault core, and facilitates strain during post- and interseismic periods. Also, it acts as an energy sink for earthquake energy. Here, laboratory experiments were performed to come to a better understanding of how this fracture damage is formed during coseismic transient loading, what this fracture damage can tell us about the earthquake rupture conditions along large faults, and how fracture damage is annihilated over time.First, coseismic damage generation, and specifically the formation of pulverized fault damage zone rock, is reviewed. The potential of these pulverized rocks as a coseismic marker for rupture mechanisms is discussed. Although these rocks are promising in that aspect, several open questions remain.One of these open questions is if the transient loading conditions needed for pulverization can be reduced by progressively damaging during many seismic events. The successive high strain rate loadings performed on quartz monzonites using a split Hopkinson pressure bar reveal that indeed the pulverization strain rate threshold is reduced by at least 50%.Another open question is why pulverized rocks are almost always observed in crystalline lithologies and not in more porous rock, even when crystalline and porous rocks are juxtaposed by a fault. To study this observation, high strain rate experiments were performed on porous Rothbach sandstone. The results show that pervasive pulverization below the grain scale, such as observed in crystalline rock, does not occur in the sandstone samples for the explored strain rate range (60-150 s-1). Damage is mainly occurs at a scale superior to that of the scale of the grains, with intragranular deformation occurring only in weaker regions where compaction bands are formed. The competition between inter- and intragranular damage during dynamic loading is explained with the geometric parameters of the rock in combination with two classic micromechanical models: the Hertzian contact model and the pore-emanated crack model. In conclusion, the observed microstructures can form in both quasi-static and dynamic loading regimes. Therefore caution is advised when interpreting the mechanism responsible for near-fault damage in sedimentary rock near the surface. Moreover, the results suggest that different responses of different lithologies to transient loading are responsible for sub-surface damage zone asymmetry.Finally, post-seismic annihilation of coseismic damage by calcite assisted fracture sealing has been studied in experiments, so that the coupling between strengthening and permeability of the fracture network could be studied. A sample-scale fracture network was introduced in quartz monzonite samples, followed exposure to upper crustal conditions and percolation of a fluid saturated with calcite for several months. A large recovery of up to 50% of the initial P-wave velocity drop has been observed after the sealing experiment. In contrast, the permeability remained more or less constant for the duration of the experiment. This lack of coupling between strengthening and permeability in the first stages of sealing is explained by X-ray computed micro tomography. Incipient sealing in the fracture spaces occurs downstream of flow barriers, thus in regions that do not affect the main fluid flow pathways. The decoupling of strength recovery and permeability suggests that shallow fault damage zones can remain fluid conduits for years after a seismic event, leading to significant transformations of the core and the damage zone of faults with time.

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 (150x150 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 ascendantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de déformation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mouvement 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 5mm/an. 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. 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 asismique 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.

La chaîne Himalayenne est l'un des exemples les plus spectaculaires de déformation active à la surface de notre planète. Au cours des derniers siècles, de nombreux séismes majeurs (Mw > 7.5) ont affecté cette zone et le lourd bilan humain du séisme de Gorkha en 2015 a une nouvelle fois rappelé l’importance de parvenir à mieux estimer l’aléa sismique de cette région. Bien que les structures lithologiques et tectoniques semblent montrer au premier ordre une cylindricité le long des 2500 km de l'arc Himalayen, de nombreuses études, menées principalement au Népal, ont permis de mettre en évidence des variations latérales structurales, thermochronologiques, morphologiques, gravimétriques, sismologiques ou géodésiques. Le rôle de ces variations latérales sur la segmentation sismique reste cependant mal contraint. La taille maximale et la probabilité d’occurrence de ces méga-séismes sont donc toujours matière à débat.Ainsi, le comportement sismique de l’Himalaya du Bhoutan reste énigmatique. Pour certains les faibles taux de sismicité observés actuellement font de ce royaume une zone asismique de 350 km de long. Pour d’autres, à l’instar de l’Himalaya du Népal, la faible sismicité observée est associé à une forte accumulation de contrainte susceptible de générer des séismes majeurs. L'objectif de ce travail de thèse est d’améliorer notre connaissance de cette région en quantifiant la déformation à différentes échelles spatiales et temporelles via des études morphotectoniques et paléosismologiques.La première partie de cette thèse vise à quantifier les mouvements verticaux à l’ouest Bhutan et le long du Main Frontal Thrust, structure la plus frontale située au sud Bhoutan. Trois campagnes de terrain ont été réalisées permettant l'échantillonnage (1) de terrasses alluviales le long du front afin de quantifier et d'étudier les variations du soulèvement Holocène, (2) de bassins versants pour l'étude de la dénudation court-terme (< 20 ka) dérivée des cosmonucléides ($^{10}$Be) et (3) de terrasses alluviales dans le Moyen-Pays pour quantifier l’incision Holocène. Les vitesses verticales obtenues au front sont comparables à celle proposées le long du reste de l’arc himalayen, suggérant une cinématique relativement simple. Par contre, nos résultats indiquent une variation de la géométrie du chevauchement himalayen (Main Himalayan Thrust) entre l’est Népal et l’ouest Bhoutan.La seconde partie porte sur plusieurs études paléosismologiques le long du front ouest et centre Bhoutanais. Six sites différents ont été étudiés au cours de trois campagnes de terrain. La datation et la modélisation de charbons détritiques a permis de mettre en évidence l'occurrence d’au moins cinq séismes majeurs durant les derniers 2700 ans, faisant du Bhoutan une zone sismiquement aussi active que le Népal. A une échelle régionale, cette étude apporte donc de nouvelles contraintes et contribue au débat sur la possibilité d’occurrence d'un séisme de magnitude 9 le long de l'arc Himalayen. / The Himalayan arc is one of the most active intra-continental mountain belts in the world. Over the last centuries, several major earthquakes (Mw > 7.5) have struck this arc. The dramatic effects of the Gorkha earthquake sequence in 2015 pointed once again the crucial need to improve seismic hazard assessment of this area.Geological explorations of the Himalayas since the late 19th century have emphasized a 2500-km-long roughly cylindrical structure, with striking continuity of main units and thrust faults. However recent geophysical and geological investigations have revealed lateral variations. The relationship between these variations and earthquakes segmentation along the arc remains poorly constraint. The maximum size and the occurrence probability of such earthquakes are still a matter of debate.For instance, the seismic behavior of Bhutan remains enigmatic. The present-day low seismicity rate observed in this area can reflect two opposite fault behaviors: an aseismic creeping zone or a zone of stress accumulation for future great earthquakes as the others parts of Himalayas. The main objective of this thesis is to bring new constraints on the deformation of the Bhutan Himalayas, at different space- and time-scales, through morphotectonic and paleoseismological approaches.The first part of this thesis focuses on the vertical deformation assessment along a N-S transect in western Bhutan and along the Main Frontal Thrust, which is the southern-most thrust in southern Bhutan. In the past three years, we have carried out three fieldwork campaigns to sample (1) frontal terraces to assess Holocene uplift rates, (2) watershed basins to quantify short term denudation rates (< 20 ky) derived from cosmonuclides $^{10}$Be and (3) hinterland alluvial terraces to quantify the Holocene incision rate. Frontal Holocene uplift rates obtained in Bhutan are consistent with those obtained in the others parts of Himalayas. Furthermore, our results reveal a variation in the geometry of the Main Himalayan Thrust between eastern Nepal and western Bhutan.The second part focuses on several paleoseismic studies along the west and central bhutanese Himalayan front. Different sites were investigated during three fieldwork campaigns. Detritic charcoals sampling and modeling suggest the occurrence of at least five surface-rupturing earthquakes during the last ~2700 years. These results demonstrate that the present-day low seismicity rate observed in Bhutan is not representative of the seismic activity at longer time scale. At regional scale, they also take part of a broader discussion on the probability of occurrence of a magnitude 9 earthquake along the Himalayan arc.

La sismicité présente le long du méga-chevauchement himalayen, dans la trace du fort séisme de 1505, des variations spatiales qui restaient peu résolues. Nous y avons déployé un réseau sismologique temporaire de 15 stations pour la période 2014-2016, en complément du réseau national. Nous avons effectué une détection automatique Seiscomp3 puis un pointé manuel des séismes enregistrés par le réseau, suivi par une localisation absolue Hypo71 et une relocalisation relative d’essaims HypoDD. Le catalogue résultant compte 2154 évènements dans notre zone d’étude dont les profondeurs (8-16 km) sont bien résolues. La confrontation de la sismicité avec des coupes géologiques équilibrées montre que les séismes se localisent dans le compartiment supérieur à proximité du grand chevauchement himalayen au voisinage de rampes ou contacts suspectés entre écailles de moyen pays. Les variations latérales de structures associées à cette sismicité sont susceptibles de contrôler pour partie les ruptures cosismiques de séismes intermédiaires, qui viennent rompre partiellement le chevauchement, comme l’ont démontré les études du séisme de Mw7.8 de Gorkha-Népal, 2015. La segmentation qui en résulte est une donnée importante dans les études d’aléa sismique. / The seismicity located along the Himalayan mega-thrust, within the trace of the great M8+ 1505AD earthquake, displays striking spatial variations which remained poorly resolved. In order to better constrain and understand these variations, we deployed a 15-stations temporary seismological network for 2 years (2014-2016) as a complement to the national network. We first processed the data with an automatic detection with Seiscomp3, then a manual picking of earthquakes recorded by the network, followed by a Hypo71 absolute localization and HypoDD relative relocation of clustered events. The resulting catalogue contains 2154 local events, shallow to midcrustal (8 - 16 km). The seismicity presented temporal variations suggesting fluid migrations. The confrontation between the seismicity and the geologic balanced cross-sections shows that most eartbquakes happen within the hangingwall of the Main Himalayan Thrust fault nearby ramps or suspected contacts between lesser Himalayan slivers. The lateral variations of some of the structures associated to this seismicity are likely to partially control the extent of the coseismic ruptures during intermediate earthquakes that break partly the locked fault zone, in a similar way as what was reported after the Mw7.8 2015 Gorkha-Nepal earthquake. Better characterizing the segmentation of such faults is an important input for seismic hazard studies.

La zone de subduction entre les plaques Nazca et Amérique du Sud est une des régions les plus actives de notre planète. De grands tremblements de terre et tsunamis associés se produisent de façon récurrente presque tout au long de sa marge. Néanmoins, le segment de subduction au nord du Pérou (de lat.3oS à 9oS) est resté le seul segment sismiquement silencieux depuis les premières informations historiques sur les séismes qui remontent au XVème siècle. Avant les travaux présentés dans ce manuscrit, aucune information sur les processus accommodant la convergence de la plaque Nazca vers le continent Sud-Américain n’était disponible le long du segment de 1000km au nord Pérou et sud Equateur. Les techniques de géodésie spatiale, en particulier le GPS/GNSS, nous permettent de quantifier les mouvements à la surface de la plaque supérieure avec une précision millimétrique. Ces mesures, couplées à l'utilisation de modèles élastiques, nous permettent de déterminer le niveau du couplage intersismique le long de l'interface entre les plaques. Le but de ma thèse est d'étudier le cycle sismique et la déformation continentale le long de la zone de subduction du Pérou, avec un intérêt particulier pour son segment nord. Nous utilisons des mesures GPS acquises depuis 2008 dans le cadre d'un projet international (le projet Andes Du Nord, ANR- ADN). Le champ de vitesse GPS obtenu couvre l’ensemble de la marge de subduction péruvienne, avec des mesures dans la cordillère et dans une moindre mesure dans la région sub-Andine. L'analyse et la modélisation du champ de vitesse GPS ont permis d'obtenir les résultats suivants: Premièrement: nous mettons en évidence l'existence d'un nouveau domaine continental, que nous avons baptisé comme le sliver Inca et qui est en translation a une vitesse de 4-5 mm/an en direction sud-est par rapport au craton Sud Américain. Le sliver Inca s’étend tout le long de la marge péruvienne. / The Nazca/South American subduction zone is one of the most active regions on Earth. Large earthquakes and associated tsunamis occur recurrently almost all along its margin. Nevertheless, the ~1000 km long (from lat.2oS to 9oS) segment in northern Peru and southern Ecuador subduction has remained in relative seismic silence for at least the past five centuries. Before the work presented in this thesis, no information about the processes accommodating the convergence was available for this region and it was impossible to answer whether it could host a great Mw>8.5 earthquake in future or not. Nowadays, spatial geodesy, and more specifically GPS/GNSS enable us to quantify the surface displacement on the overriding plate with millimeter accuracy. Geodetic measurements together with the use of elastic models allow us to determine the amount of interseismic coupling at the plate interface. My thesis focuses on the seismic cycle and the continental deformation along the Peruvian subduction margin, with particular interest along its northern and central segments. We use GPS measurements acquired since 2008 in the frame of an international French-Peruvian- Ecuadorian project (the Andes Du Nord project, ADN). Our GPS velocity field covers the entire Peruvian subduction margin, with measurements in the Andean cordillera and part of the sub-Andean region. Modeling of GPS velocity field show the existence of a new tectonic microplate that we baptized as the Inca Sliver, which is in southeastward translation a rate of 4-5 mm/yr with respect to stable South America.

Le cycle sismique résulte de la compétition entre des mécanismes de renforcement et d'endommagement. Le temps de récurrence entre les grands séismes fait qu'il est difficile d'observer des cycles complets. L'étude expérimentale des mécanismes de déformation et de nucléation des fractures a permis de mieux contraindre les processus à l'origine des séismes. Le rôle de la cicatrisation sur l'évolution de la résistance d'une faille soumise à une déformation stationnaire à été étudié expérimentalement par Weiss et al (2016). Dans cette expérience, une faille est créée dans une plaque de glace par cisaillement. Les mécanismes de cicatrisation sont obtenus par le regel de l'eau présente dans la zone de déformation. Dans le cadre de cette thèse, ce dispositif expérimental a été étendu pour permettre le suivi micro-sismique de la déformation imposée. Les mécanismes de déformation fragile émettent des ondes élastiques détectables qui se propagent dans le milieu, nous permettant de les caractériser. En raison de la géométrie en plaque du milieu, on observe la propagation d'ondes guidées similaire aux modes de Lamb symétrique et antisymétrique.Les fractures de grandes tailles se distribuent selon une loi de puissance en $10^{-bm}$ similaire à ce qui est observé en sismologie. Cependant, lors des expériences de déformation stationnaires, la valeur de $b$ est large ($b=3$), et bien supérieure à ce qui est observée dans la croûte terrestre ($b=1$). Une valeur de $b$ aussi élevée traduit le fait que la déformation est principalement accommodée de façon asismique ou part des fractures trop petites pour être détectées par notre méthode. Lorsque le rôle de la cicatrisation est renforcée par rapport à l'endommagement, on observe une diminution de la valeur de $b$. Ce changement de distribution est probablement dû à la diminution des hétérogénéités de structure dans la faille et à une augmentation de sa capacité à accumuler une contrainte plus élevée avant la rupture, permettant aux fractures de se propager sur de plus longues distances. Une partie importante de la sismicité correspond à des multiplets qui semblent être des produits passifs de la déformation. Ce comportement est similaire à ce qui est observé pour les essaims de séismes déclenchés par des transitoires de déformation : valeur de $b$ grande, absence de choc principal et peu de déclenchement de répliques. Pour des taux de déformation faibles, on observe une augmentation des chutes de couple avec la magnitude de la forme $Delta Gamma sim M_0 sim 10^{1.2m}$, similaire à ce qui est observé dans la croûte terrestre, $M_0 sim 10^{1.5m}$. Il est donc possible que la relation observée en sismologie s'étende aux petites magnitudes observées ici. Une diminution du couplage sismique est observé avec l'augmentation du taux de glissement $Omega$. Pour finir, pour une fracture de magnitude donnée, on observe une diminution de la chute de couple avec l'augmentation de $Omega$. Ce comportement peut être expliqué par la diminution du couplage sismique et/ou une dépendance du taux de cicatrisation. / The deformation observed along a seismic fault can be described as the succession of phases for which the fault accumulate stress imposed by the steady deformation of the surrounding regions, and phases of sudden sliding during which the stress is relaxed: the earthquakes. After the rupture, strengthening mechanisms are required to make possible the new accumulation of elastic stress. Therefore, the seismic cycle results in the steady competition between strengthening and damage. The aim of this study is to explore the role of cohesion-healing on the fault deformation dynamic, as well as to characterize the effect of slip rate on the seismicity. The experimental set-up designed by Weiss et al (2016) has been extended in this study to carry out a micro-seismic monitoring of the deformation. This experiment consists in the shear deformation of a fault created in a thin ice plate overlying a water column. Cohesion-healing mechanisms are achieved through freezing of the water along the fault. The damage mechanisms and the spatial and temporal distribution of the deformation can be characterized thanks to the detectable elastic waves emitted by the fracturing. Because of the plate geometry and underlying water column, we observed guided waves similar to the Lambs symmetric and antisymmetric modes.The largest fractures distribute according to a power law of the form $10^{-bm}$ that is similar to the one observed in seismology. At a constant sliding rate, we observe a large $b$ value, $simeq 3$, which is much larger than the value observed in the Earth's crust ($b=1$). This large $b$ value indicates that the deformation is mainly accommodated aseismically or by small, undetected, fractures. During Slide-Hold-Slide experiment that corresponds to a case for which the cohesion-healing is enhanced compared to the damage, we observe a decrease in the $b$-value likely due to a decrease in fault heterogeneity and an increase of the fault ability to store more elastic stress before the rupture, allowing the fractures to grow larger. An important part of the fractures are multiplets, swarms of fractures, which seem to be passive by-products of the imposed deformation. This behaviour is similar to the one observed for swarm seismicity triggered by slip transient: high $b$-value, no identified mainshock, and very little triggering. For small driving rate $Omega$, we observe an increase in torque drop amplitude with magnitude, $Delta Gamma sim M_0 sim 10^{1.2m}$, similar to the relation observed in seismology, $M_0 sim 10^{1.5m}$. Thus, the latter could be extended to small magnitudes observed in this study. A decrease of the seismic coupling is observed through the decrease in the number of fractures per unit of slip, and because in average a fracture behaves similarly at the different $Omega$ tested. Finally, for a given magnitude interval, we observe a decrease in torque drop amplitude with the increase in $Omega$. This could be explained by the observed decrease in seismic coupling or by a decrease in strengthening rate with $Omega$ that is not observed.

Au niveau d'une zone transformante atypique se situant au sud-ouest de l'Islande, une série de séismes majeurs (MW = 6,5) s'est produite en juin 2000. De nombreuses données InSAR et GPS couvrent les différentes phases d'un cycle sismique. L'utilisation d'un code de calcul numérique fondé sur une méthode d'éléments finis a permis d'explorer les influences sur la déformation des hétérogénéités présentes au niveau de la zone sismique sud islandaise. Dans la phase co-sismique, l'hypothèse majeure est la rigidification de la lithosphère avec la profondeur. Dans la phase post-sismique, la géométrie des couches rhéologiques a également une influence, ainsi que l'étude simultanée des différents processus associés (relaxations visco- et poro-élastique, afterslip...). Enfin, la répartition asymétrique des contraintes lors de la phase inter-sismique due à l'amincissement de la croûte vers l'ouest semble être un facteur essentiel pour expliquer la migration est-ouest observée dans la sismicité

Nous modélisons le rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical du sol dus à une surcharge à la surface d'un modèle de Terre à symétrie sphérique, stratifié et élastique. Les résultats théoriques sont comparés aux valeurs numériques trouvées pour diverses charges à partir des sorties de modèles globaux. Nous évaluons la résolution et la précision des variations temporelles du contenu en eau du sol estimées par la mission de gravimétrie spatiale GRACE. Celles-ci sont comparées aux prédictions des variations saisonnières de plusieurs modèles hydrologiques. En Europe, la validation des mesures GRACE par les mesures des gravimètres du reseau GGP repose sur une analyse en composantes principales et met en évidence la sécheresse de l'été 2003. Les signatures gravitationnelles cosismique et postsismique associées au séisme de Sumatra (2004) sont extraites des données GRACE. Une modélisation de l'effet cosismique montre que la réponse statique de l'océan ne peut être negligée.