L’inversion géoacoustique permet d’estimer les propriétés du milieu marin à partir de ses effets sur la propagation acoustique. Les politiques de protection de l’environnement, mais également les besoins militaires liés à la discrétion, ont conduit la communauté à se pencher sur des alternatives discrètes et moins invasives que les méthodes actuelles actives. En contexte passif, l’environnement est étudié à partir de son impact sur la propagation de signaux émis par des sources d’opportunité déjà présentes dans le milieu. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés au développement et à l’évaluation d’une méthode d’inversion géoacoustique passive à partir de modulations de fréquences de mammifères marins enregistrées sur un unique hydrophone. Cette méthode monocapteur exploite la propagation multitrajets de ces modulations de fréquences, propagées en environnement petits fonds pour en extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du fond. Le traitement d’une collection de signaux permet de décrire une courbe du coefficient de réflexion en fonction de l’angle de rasance sur le fond. La méthode est dotée d’outils permettant l’extraction des observables nécessaires à l’inversion. Des outils de séparation haute résolution des trajets ont été développés pour les cas de propagation multitrajets non résolue. Avec un unique capteur, la localisation en 3D est rendue possible grâce à l’apport de la bathymétrie, même lorsque les trajets d’arrivée sont non séparables et non identifiables. La directivité des sources hautes fréquences, ciblées pour l’inversion, a été analysée et sa prise en compte dans le cas d’un diagramme de directivité connu est présentée. / The geoacoustic inversion aims at giving an estimate of the oceanographic properties impacting the acoustic propagation. Most of the current geoacoustic inversion methods are active methods. However, the environment protection policy as well as military necessity of discretion is leading the community into working on less invasive and more discrete inversion schemes. The main idea of passive geoacoustic inversion is to take advantage of opportunity sources by listening to the effect of the environmental properties on their propagation. This PhD work focuses on the development and the validation of a new passive geoacoustic inversion scheme relying on marine mammals frequency modulations recorded on a single hydrophone in shallow waters. This mono-receiver method uses the multipath propagation. The processing of a set of calls provide an estimate of the reflexion coefficient regarding the grazing angle. High resolution separation tools based on bespoke time warping operators have been developed to improve the range of the method in case of not reported multipaths. When the paths remains unresolved (thus unidentified), others tools have been implemented that allows to locate the source with groups of unidentified paths. This localisation can be reached in 3D using only one receiver in varied bathymetry. We analyse the directivity for the high-frequency signals we planed to use and demonstrate how to take into account the directivity as soon as the source directivity pattern is available.

Cette thèse traite de l'étude de la profondeur des séismes modérés (4 < M < 5.5), à travers l'utilisation de données telesismiques, c'est à dire à partir d'enregistrements de sismographes situes a des distances de 3000 jusqu'à 9000 km de la source. L'estimation de la profondeur d'un séisme s'obtient en comparant les temps d'arrivée de l'onde directe (P) générée par ce séisme, avec ceux des ondes réfléchies sur la surface de la Terre, au-dessus du foyer du séisme (les phases de profondeur pP, sP). Nous utilisons le réseau du CTBTO (Comprehensive Test-Ban-Treaty-Organization, composé de mini-réseaux (10-20 sismographes), nous permettant de développer deux nouvelles méthodes d'estimation de la profondeur. La première est une inversion complète du mécanisme au foyer, simultanément a la profondeur. La seconde est une méthode d'analyse spectrale : le cepstre. A l'aide d'exemples de séismes en zone intracontinentale, nous montrons que ces deux méthodes sont complémentaires et qu'elles apportent une information nouvelle sur l'estimation de la profondeur pour les séismes de régions peu instrumentées. Dans un second temps, une optimisation de la méthode cepstrale a permis d'étendre l'estimation de la profondeur a l'utilisation de stations isolées provenant du réseau mondial IRIS. Cette nouvelle méthode, complètement automatique, a permis de localiser en profondeur les séismes de magnitude supérieure à 4.5 pour la zone de subduction de Guerrero (Mexique). Nous avons ainsi mis en évidence une répartition homogène des profondeurs des séismes dans la zone du gap de Guerrero. En combinant ces estimations de la profondeur de l'interface avec celles obtenues a l'aide d'une relocalisation de l'ensemble de la sismicité (par la méthode de l'ISC-Locator), nous proposons une imagerie de la géométrie de la subduction. Nous avons ensuite étudié l'influence de la profondeur sur les propriétés sismiques des séismes. En particulier, nous avons évalué la relation entre la profondeur et la chute de contrainte pour les séismes récents et modérés de la plaine du Pô, en Italie. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur le réseau accéléromètrique régional de l'INGV Milan pour estimer les spectres sources de ces séismes, puis en déduire les fréquences coins et les chutes de contraintes associées. Ces spectres sources s'obtiennent à l'aide d'une méthode d'inversion qui sépare simultanément l'effet de l'atténuation, les effets de sites et l'effet de la source sur les spectres des ondes S, générées par les séismes et enregistrées en surface par les accéléromètres. Après inversion, nous trouvons une faible augmentation de la chute de contrainte avec la profondeur. / This thesis deals with depth estimations of moderate earthquakes (4 < M < 5.5), observed through the use of teleseismic data. At teleseismic distances (from 3000 to 9000 km), estimations of earthquake depths come from the estimation of the delays between the arrival time of the direct P-wave and the arrival times of the waves which have been reflected on the surface above the source (known as : depth phases pP and sP). The CTBTO (Comprehensive Test-Ban- Treaty-Organization) monitoring system allows the detection of these teleseismic phases for weak events, with magnitudes below 5, since this global network is composed by arrays (10-20 close single stations, in the same location). Using this network, two methods were developed for teleseismic depth estimation. First, a depth-phase recognition method is applied, based on a new improved cepstral analysis. In addition, we have developed a focal mechanism genetic algorithm inversion. We have applied these two methods for earthquakes occurring in intracontinental areas and we have proved that these new depth determinations provide new and complementary information about the source for barely instrumented areas. We have also developed another method, completely blind and automatic, which consists in an improvement of the cepstral analysis. The reliability of this method to improve depth estimation has been proved by relocating the recent moderate seismicity of the Guerrero subduction area (Mexico). In the Guerrero area, this cepstral analysis efficiently clusters event locations. We then use teleseismic waves reflected on the subduction interface to evaluate the depth of the interface above the focal hypocenter, which allows to specify the subduction interface geometry. We have finally conducted an exhaustive analysis of the depth distributions, based on a relocalization of the ISC catalogue using the new ISC-Locator algorithm and we provide an improved image of the subduction. Finally, we have conducted a study of the relationship between earthquake depths and seismic properties. In particular, we have focused on the burning issue about the links between stress drops and focal depths. We have found an interesting case study with the Po Plain recent seismicity (Northern Italy). Brune's stress drops and magnitudes have been estimated from a generalized parametric inversion using the regional accelerometric network from INGV Milano. We have shown that there is only a slight dependency between stress drops and earthquake depths in the Po Plain.

Les systèmes critiques de vol tels que les actionneurs électromécaniques ainsi que les calculateurs de commande moteur (ECU) et de vol (FCU),sont conçus en tenant compte des contraintes aéronautiques sévères de sureté defonctionnement. Dans le cadre de cette étude, une architecture calculateur pourla commande et la surveillance d’actionneurs moteur et de surfaces de vol est proposée et à fait l’objet d’un brevet [13]. Pour garantir ces mesure de sureté, les ECU et FCU présentent des redondances matérielles multiples, mais engendrent une augmentation de l’encombrement, du poids et de l’énergie consommée. Pour ces raisons, les redondances à base de modèles dynamiques, présentent un atout majeur pour les calculateurs car elles permettent dans certains cas de maintenir les exigences d’intégrité et de disponibilité tout en réduisant le nombre de capteurs ou d’actionneurs. Un rappel sur les méthodes de diagnostic par générateurs de résidus et estimateurs d’états [58, 26, 47] est effectué dans cette étude. Les propriétés de platitude différentielle et la linéarisation par difféomorphisme et bouclage endogène [80, 41, 73] permettent d’utiliser des modèles linéaires équivalents avec les générateurs de résidus. Un banc d’essai a été conçu afin de valider les performances des algorithmes de diagnostic. / Flight-Critical Systems such as Electromechanical Actuators driven by Engine Control Units (ECU) or Flight Control Units (FCU) are designed and developed regarding drastic safety requirements. In this study, an actuator control and monitoring ECU architecture based on analytic redundancy is proposed. In case of fault occurrences, material redundancies in avionic equipment allow certaincritical systems to reconfigure or to switch into a safe mode. However, material redundancies increase aircraft equipment size, weight and power (SWaP). Monitoring based on dynamical models is an interesting way to further enhance safetyand availability without increasing the number of redundant items. Model-base dfault detection and isolation (FDI) methods [58, 26, 47] such as observers and parity space are recalled in this study. The properties of differential flatness for nonlinear systems [80, 41, 73] and endogenous feedback linearisation are used with nonlinear diagnosis models. Linear and nonlinear observers are then compared with an application on hybrid stepper motor (HSM). A testing bench was specially designed to observe in real-time the behaviour of the diagnosis models when faults occur on the stator windings of a HSM.

Abstract : This is a study concerning comparisons between the Dubovik Aerosol optical depth (AOD) retrievals from AEROCAN (ARONET) stations and AOD estimates from simulations provided by a chemical transport model (GEOS-Chem : Goddard Earth Observing System Chemistry). The AOD products associated with the Dubovik product are divided into total, fine and coarse mode components. The retrieval period is from January 2009 to January 2013 for 5 Arctic stations (Barrow, Alaska; Resolute Bay, Nunavut; 0PAL and PEARL (Eureka), Nunavut; and Thule, Greenland). We also employed AOD retrievals from 10 other mid-latitude Canadian stations for comparisons with the Arctic stations. The results of our investigation were submitted to Atmosphere-Ocean. To briefly summarize those results, the model generally but not always tended to underestimate the (monthly) averaged AOD and its components. We found that the subdivision into fine and coarse mode components could provide unique signatures of particular events (Asian dust) and that the means of characterizing the statistics (log-normal frequency distributions versus normal distributions) was an attribute that was common to both the retrievals and the model. / Résumé : Cette étude compare des épaisseurs optiques d’aérosols (AOD) à 5 stations arctiques d’AEROCAN (AERONET), obtenues d’une part à l’aide de l’algorithme d'inversion de Dubovik appliqué à des mesures in situ, et d’autre part du modèle de transport chimique (GEOS-Chem : Goddard Earth Observing Système Chemistry). Les produits d’AOD associés à l’algorithme d’inversion sont divisés en composantes totales, fines et grossières. Pour chacune des 5 stations (Barrow, Alaska, Resolute Bay, au Nunavut, 0PAL et PEARL (Eureka), Nunavut, et Thulé, au Groenland), la période de récupération est de janvier 2009 à janvier 2013. Nous avons également utilisé les mesureurs d’AOD de dix autres stations canadiennes de latitudes moyennes, à des fins de comparaison. Les résultats de l’étude ont été soumis à la revue Atmosphere-Ocean. Pour résumer brièvement ces résultats, le modèle a généralement, mais pas toujours, eu tendance à sous-estimer l'AOD moyenne et de ses composantes. Nous avons constaté que la subdivision en composantes fine et grossière pourrait fournir des signatures uniques d'événements particuliers (poussière asiatique) et que les moyens de caractériser des statistiques (les distributions de fréquence log-normale versus les distributions normales) était un attribut qui était commun aux deux les mesureurs et le modèle.

Les mesures microtectoniques, les coupes et les logs lithostratigraphiques, les données de forages pétroliers et les profils sismiques, en Tunisie nord-orientale onshore et offshore, montrent: (i) une variation latérale et en profondeur des séries lithostratigraphiques, (ii) une série de structures faillées en subsurface, caractérisées par des plis de direction N45°, des failles inverses et des décrochements N90-110° dextres et N160-180° sénestres auxquels sont associés des bassins. Les déformations tectoniques reconnues par les données sismiques n'affectent que des zones étroites, allongées et orientées selon trois directions majeures: N45°, N100-120° et N160-180°. Les données microtectoniques ont dévoilé une dominance de fractures NW-SE, NNE-SSW et NE-SW à ENE-WSW respectivement sur les formations du Valenginien-Tortonien, Aptien et Yprésien, et Aptien, Yprésien et Langhien. L'association de toutes les données a permis de mettre en évidence: (a) une phase extensive au Crétacé de direction moyenne N110° matérialisée par des failles normales subméridiennes, NW-SE à WNW-ESE dextres, ENE-WSW à NE-SW senestres, (b) une compression de direction NW-SE pendant l'Eocène, (c) une extension de direction NE-SW à l'Oligocène, (d) une compression de direction NW-SE au Tortonien suivie par (e) une distension NE-SW au Messinien et enfin (f) une compression au Pliocène de direction NW-SE. Ces phases alpine et atlasique s'amortissent vers l'Est lors de la transition onshore-offshore et leur ampleur diminue d'Ouest et Nord-Ouest vers l'Est. On y observe des zones fortement faillées et plissées, alors que vers l'Est elles sont faillées et structurées en horsts et en grabens. Les réservoirs sont bien développés et sont de deux types : (i) carbonatés et fracturés (formations Abiod, Métlaoui, Souar et Chérahil, et Aïn Grab) et (ii) siliciclastiques (formations Birsa et Saouaf). Les roches mères qui constituent les formations Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous et El Gueria, ont alimenté ces réservoirs. Des pièges tantôt structuraux, associés à des structures plissées et fermées par failles, tantôt stratigraphiques, induits par changement de faciès, se sont développés suite à ces phases de compression. Les séries argileuses épaisses des formations El Haria, Souar et Chérahil, et Oum Dhouil constituent de bonnes couvertures continues qui scellent les structures des réservoirs. Les inversions structurales et la tectonique tangentielle en Tunisie orientale jouent un rôle important dans la structuration de la couverture et de l'évolution du système pétrolier. / Microtectonic measurements, the lithostratigraphic cross-sections and logs, the data of oil drillings and the seismic profiles, in north-eastern Tunisia onshore and offshore, show: (i) a side and in-depth variation of the lithostratigraphic series, (ii) a series of faulted structures at subsurface, characterized by folds oriented N45°, reverse faults and N90-110° dextral and N160-180° sinistral strike-slips associated with basins. The tectonic deformations recognized by the seismic data affect only narrow zones, lengthened and oriented according to three major directions: N45°, N100-120° and N160-180°. The microtectonic data revealed a predominance of fractures NW-SE, NNE-SSW and NE-SW to ENE-WSW on the formations of Valenginian-Tortonian and Ypresian Aptian and Aptian, Ypresian and Langhian, respectively. The associations of all data helped to identify: (a) an extensive phase Cretaceous in age, ~N110° oriented and materialized by NS normal faults, NW-SE to WNW-ESE dextral and ENE-WSW to NE-SW sinistral faults, (b) a NW-SE compression during the Eocene, (c) a NE-SW Oligocene extension, (d) a NW-SE Tortonian compression followed by (e) a NE-SW Messinian distension and (f) a NW-SE Pliocene compression. These Alpine and Atlassic phases decrease eastwards at the onshore-offshore transition and their magnitude decreases from the West and Northwest to the East, where strongly folded and faulted zones can be observed, whereas Eastwards they are faulted and structured in folds and troughs. The reservoirs are well developed and are of two types: (i) carbonated and fractured (Abiod, Métlaoui, Souar and Chérahil, and Aïn Grab formations) and (ii) siliciclastic (Birsa and Saouaf formations). Sometimes structural traps, associated with structures folded and closed by faults, sometimes stratigraphic, induced by change of facies, developed following these compression stages. The bed rocks which constitute the Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous and El Gueria formations, supplied these reservoirs. The thick argillaceous series of the El Haria, Souar and Chérahil, and Oum Dhouil formations constitute good continuous covers which seal the structures of the reservoirs. The structural inversions and thrusting in Eastern Tunisia play a significant role in the structuring of the cover and the evolution of the oil system.

L'inversion des formes d'ondes (FWI) est une procédure d'imagerie sismique pour imager le sous-sol de la Terre. FWI est résolue comme un problème d'optimisation. En fonction du contenu en fréquence des données, la fonction objective de FWI peut être fortement non linéaire. Pour des données associées des réflexions, ce problème empêche notamment les méthodes basées sur le gradient de retrouver les grandes longueurs d'onde du modèle de vitesse. Dans cette thèse, nous proposons une variante de FWI basée sur la séparation des champs d'ondes, typiquement en champs montants et descendants, pour atténuer la non-linéarité du problème. Il consiste à décomposer le gradient de FWI en une partie de courte longueur d'onde et une partie de grande longueur d'onde après décomposition des champs d'ondes. L'inversion est effectuée d'une manière alternée entre ces deux parties. Nous appliquons cette méthode à plusieurs études de cas et montrons que la nouvelle approche est plus robuste en particulier pour la construction du modèle de grande longueur d'onde. / Full Waveform Inversion (FWI) is a seismic imaging procedure to image the subsurface of the Earth. FWI is resolved as an optimization problem . Depending on the frequency content of the data, the objective function of FWI may be highly nonlinear. If a data set mainly contains reflections, this problem particularly prevents the gradient-based methods from recovering the long wavelengths of the velocity model.In this thesis, I propose a variant of FWI based on the wavefield separation, typically between up- and down- going waves, to mitigate the nonlinearity of the problem. The new method consists of decomposing the gradient of FWI into a short-wavelength part and a long-wavelength part after wavefield decomposition. The inversion is performed in an alternating fashion between these two parts. We apply this method to several case studies and show that the new method is more robust especially for constructing the long-wavelength model.

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The region of West Bohemia/Vogtland in the Czech–German border area is well known for the repeated occurrence of earthquake swarms, CO2 emanations and mofette fields. To deepen the understanding of these phenomena local earthquake tomography of the Vp and Vp/Vs structure and attenuation tomography are carried out in this study. In comparison with previous investigations the travel time tomography revealed more details of the near-surface geology, potential fluid pathways and features around and below the swarm focal zone. In the uppermost crust, for the first time the Cheb basin and the Bublák/Hartoušov mofette fields were imaged as distinct anomalies of Vp and Vp/Vs. The well-pronounced low-Vp anomaly of the Cheb basin is not continuing into the Eger rift indicating a particular role of the basin within the rift system. A steep channel of increased Vp/Vs is interpreted as the pathway for fluids ascending from the earthquake swarm focal zone up to the Bublák/Hartoušov mofette fields. As a new feature, a mid-crustal body of high Vp and increased Vp/Vs is revealed just below and north of the earthquake swarm focal zone. It may represent a solidified intrusive body which emplaced prior or during the formation of the rift system. The enhanced fluid flow into the focal zone and triggering of earthquakes could be driven by the presence of the intrusive body if cooling is not fully completed. The assumed intrusive structure is considered as a heterogeneity leading to higher stress particularly at the junction of the rift system with the basin and prominent fault structures. This may additionally contribute to the triggering of earthquakes. The three-dimensional (3-D) P-wave attenuation (Qp) model for West Bohemia is the first of its kind. Path-averaged attenuation t * is calculated from amplitude spectra of time windows around the P-wave arrivals of local earthquakes. Average value or Qp for stations close to Nový Kostel are very low (< 150) compared to that of stations located further away from the focal zone (increases up to 500 within 80 km distance). The SIMUL2000 tomography scheme is used to invert the t * for P-wave attenuation perturbation. Analysis of resolution shows that the model is wellresolved in the vicinity of earthquake swarm hypocenters. The prominent features of the model are located around Nový Kostel focal zone and its northern vicinity. Beneath Nový Kostel a vertically stretched (down to depth of 11 km) and a highly attenuating body is observed. This might be due to fracturing and high density of cracks inside the weak earthquake swarm zone in conjunction with presence of free gas/fluid. Further north of Nový Kostel two high attenuating body are located at depths between 2 to 8 km which can represents trapped laterally distributed fluids. The eastern anomaly shows a good correlation with the fluid accumulation area which was suggested in 9HR seismic profile.

Dans cette thèse, un algorithme d'inversion de formes d'ondes (FWI) est développé pour l'imagerie 3D des paramètres élastiques de la lithosphère à partir des enregistrements télésismiques dans le but d'accroître la résolution des images lithosphériques. La modélisation sismique est effectuée par un méthode hybride d'injection de champ d'ondes. Une première modélisation est effectuée dans une Terre globale avec le logiciel AxiSEM pour déterminer les champs d’ondes aux bords de la cible lithosphérique. Ces solutions sont ensuite propagées dans cette cible par une méthode aux éléments finis spectraux. Le problème inverse est résolu avec un algorithme d’optimisation locale de type quasi-Newton (l-BFGS). La sensibilité de la méthode à la configuration expérimentale (paramétrisation du milieu, modèle initial, géométrie et échantillonnage du dispositif de capteurs) est tout d’abord analysée avec un modèle synthétique réaliste des Alpes Occidentales. L’algorithme est finalement appliqué à neuf événements de la campagne CIFALPS dans les Alpes occidentales jusqu’à une fréquence de 0.2Hz. Les modèles de vitesses P et S et de densité révèlent les grandes structures lithosphériques de la chaîne alpine, en particulier le corps d’Ivrée et la géométrie des Moho européen et adriatique. Plus profondément, deux anomalies de vitesses lentes sont imagées dans le manteau et sont interprétées comme la signature d’une remontée asthénosphérique et la localisation du détachement du panneau plongeant européen. Ces résultats corroborent l’hypothèse d’une subduction continentale de la croûte européenne et d’une éventuelle déchirure du panneau plongeant européen lors de la phase de collision. / In this thesis, a full-waveform inversion (FWI) algorithm is developed with the aim to image the elastic properties (Vp, Vs and density) of 3D lithospheric models from teleseismic recordings with a spatial resolution of the order of the wavelength. Seismic modeling is performed with a wavefield injection hybrid approach. A first simulation is performed in a global radially symmetric Earth with the AxiSEM code to compute the wavefields on the borders of the lithospheric target. Then, these wavefields are propagated in the target with the spectral finite-element method. After linearization, the inverse problem is solved with a quasi-Newton (1-BFGS) optimization algorithm. The sensitivity of the teleseismic FWI to the experimental setup (subsurface parameterization, initial model, sampling and geometry of the station layout) is first assessed with a realistic synthetic model of the Western Alps. The method is finally applied to nine events of the CIFALPS experiment carried out in the Western Alps, up to a frequency of 0.2Hz. Reliable models of P and S wave speeds and density reveal with an unprecedented resolution the crustal and lithospheric structures of the Alpine Belt, in particular the geometry of the Ivrea body, and the European and Adriatic Mohos. Deeper, two slow velocity anomalies beneath the Western Alps are imaged in the mantle. The first, to the west of the chain, is interpreted as the signature of an asthenospheric upwelling, the second near the location of the Ivrea body indicates the European slab break-off. The study supports the hypothesis of the European continental crust subduction and confirms the possible tearing of the European slab.

La construction du macro-modèle de vitesse est une étape cruciale de la chaîne d’imagerie sismique afin de produire un modèle adéquat pour la migration ou l'inversion de la formes d’onde complètes (Full Waveform Inversion). Parmi les approches possibles pour construire ce macro-modèle, la tomographie des pentes est fondée sur le pointé d’évènements localement cohérents caractérisés par leur temps de trajet et leurs pentes dans les collections de sismogrammes à source et réflecteur communs. Chaque évènement dans les observables est associé à un petit segment de réflecteur dans le sous-sol caractérisé par sa position et son pendage. Cette thèse propose une reformulation de la tomographie des pentes pour palier aux deux limitations sus-mentionnées. Les temps de trajet sont calculés à l’aide d’un solveur eikonal et la méthode de l’état adjoint est utilisée pour calculer efficacement le gradient de la fonction coût dans le contexte de méthodes d’optimisation locale. Le solveur eikonal est fondé sur une méthode aux différences finies pour la discrétisation des opérateurs différentiels. La méthode est implémentée pour des milieux 2D transverses isotropes avec un axe de symétrie dont l’orientation varie spatialement (milieux TTI). La méthode est évaluée avec différents examples synthétiques comme les cas du modèle isotrope complexe Marmousi et du modèle 2D TTI BP-salt. Dans le cas de milieux TTI, les couplages pouvant exister entre les paramètres de différente nature sont analysés avec un cas synthétique canonique. Cette thèse se conclut par une application à des données de sismique réflexion multitrace large bande (fournie par CGG) afin de reconstruire le modèle de vitesse vertical. / Velocity macro-model building is a crucial step in seismic imaging workflows as it provides the necessary background model for migration or full waveform inversion. Slope tomography, as a reliable alternative for conventional tomography, provides a tool to achieve this purpose where one picks the local coherent events rather than continuous events. These approaches are based on the slopes and traveltimes of the local coherent events which are tied to a reflecting/diffracting point (scatterer) in the subsurface. In this thesis, I introduce an anisotropic slope tomographic approach which aim at macro-model building for subsurface properties in 2D tilted transversely isotropic (TTI) media. In this method, I reformulate the stereotomography, as an slope tomographic tool, such that I replace the ray-based forward engine with a TTI eikonal solver and take advantage of the adjoint state method to calculate the gradients. In result, I can efficiently calculate the traveltimes for complex media and long offset acquisition on a regular grid of the subsurface and formulate a matrix-free framework for the inversion. Different synthetic examples including the isotropic Marmousi and 2D TTI BP-salt model are considered to assess the potential of the method in subsurface parameter estimations. Also, through a simple example, the footprint of parameter cross-talk is investigated for the Thomsen parametrization. As a real data application, the proposed method is applied on a 2D marine BroadSeis data set (provided by CGG) to retrieve the vertical velocity of the subsurface.