Les études géophysiques identifient une partition entre segments à comportement sismique et segments à comportement asismique le long des grandes failles actives californiennes. Il a été proposé que la présence des serpentinites le long de certains segments soit une cause potentielle d'un fluage asismique à ces endroits. Afin d'améliorer nos connaissances sur les mécanismes de déformation des serpentinites dans ce type de contexte, nous avons réalisé une étude des structures de déformation naturelles dans ces roches, collectées dans le réseau de failles actives de San Andreas (Californie). Le couplage de plusieurs techniques (microscope pétrographique, MEB, MET, microsonde) a été nécessaire pour préserver les informations au cours des changements d'échelles d'observations. Les serpentinites hors des zones cisaillées offrent des indices de leur histoire, antérieurement à la tectonique actuelle. L'étude détaillée des veines a permis, d'une part, une bonne caractérisation des textures optiques complexes classiquement rencontrées dans ces roches et, d'autre part, une meilleure compréhension des mécanismes de croissance des serpentines dans les interstices et les fractures ouvertes. Des effets capillaires pourraient faciliter la cristallisation dans des interstices de l'ordre du micron en permettant la mise en place d'un transfert de matière par diffusion en phase aqueuse depuis l'encaissant vers la veine. Ce mécanisme a été proposé pour expliquer la formation de veines fibreuses à ouverture lente ou saccadée (crack-seal). En revanche, les fractures ouvertes seraient nourries grâce à un transport advectif des éléments au sein d'un fluide. La précipitation serait alors permise par la chute de la solubilité du soluté au contact d'un encaissant relativement plus froid. La cinétique de croissance apparaît comme un facteur déterminant sur les conditions d'occurrence relative des différents types de serpentines représentés (lizardite et chrysotile), ce qui relativise le rôle des facteurs thermodynamiques classiques (pression et température). La déformation des serpentinites dans les failles naturelles, caractérisées par un taux de déformation lent et la présence de fluides, est très localisée, soit dans une zone de gouge, soit sur un plan de faille brillant. La déformation y est accommodée, respectivement, par un mécanisme de fluage par dissolution-cristallisation (glissement stable) et des épisodes de glissement fragiles instables (magnitudes faibles, M<0). Cela aboutit à un comportement globalement asismique des serpentines à l'échelle des failles actives.

Nous étudions ici différents aspects de la sismicité du Sud-Est de la France, en nous aidant des données nouvelles disponibles aujourd'hui. L'apparition récente de nouveaux réseaux sismologiques (L.O.G., S.E.O., I.G.G.) dans les Alpes, et la multiplication d'études géophysiques (grands profils, aéromagnétisme,paléomagnetisme,photos satellites, nivellement) et géologiques devraient aboutir dans les prochaines années à une synthèse géodynamique des Alpes. Notre travail apporte certains éléments Sismologiques pour cette future synthèse. Nous présentons d'autre part une étude sur une nouvelle méthode de zonage sismique que nous appliquons en particulier au ca's du S.E. de la France. Les trois premiers chapitres concernent surtout l'acquisition ou le traitement de nouvelles données de sismologie. Dans le Chapitre l, on constitue un fichier de séismes historiques et récents, avec lequel on trace des cartes de sismicité et on étudie la loi magnitude-fréquence. Le Chapitre II livre des solutions focales nouvelles. Le Chapitre III donne les résultats d'une campagne d'enregistrement de petits séismes en Ubaye-Queyras en septembre-octobre 1977 . Le Chapitre IV est consacré à la synthèse des données acquises dans les trois premiers chapitres et à leur comparaison avec d'autres données (géophysiques et géologiques). Enfin, le Chapitre V expose notre méthode de zonation sismique. Nous présentons en annexe le fichier de séismes, les cartes de sismicité, ainsi qu'un exposé sur la loi magnitude-fréquence.

Le présent travail de thèse aborde la question du couplage entre fluides et déformation en milieu sous-marin, un sujet d'importance dans le domaine des risques, naturels (séismes, glissements de terrain) ou industriels (stabilité des plateformes de forage en mer, par exemple). Trois études de cas sont présentées : les deux premières concernent la Mer de Marmara, en Turquie, une zone fortement exposée au risque sismique, du fait de la proximité de la Faille Nord-Anatolienne ; la troisième concerne une zone pétrolifère offshore, sur la pente continentale du delta profond du Niger. La première étude de cas en Mer de Marmara porte sur l'activité micro-sismique qui caractérise l'escarpement ouest du Bassin de Tekirdag. Notre étude montre que la déformation contribue à maintenir des perméabilités élevées associées au réseau de failles sous l'escarpement, ce qui permet aux fluides de remonter des réservoirs gaziers du Bassin de Thrace jusqu'à la surface. La deuxième étude de cas porte sur des micro-évènements enregistrés par les sismographes de fond de mer, non sismiques, de courtes durées (200 à 600 msec), et caractérisés par des fréquences comprises entre 10 et 30 Hz. Notre étude montre que ces micro-évènements sont liés à des expulsions de gaz. Les OBS fournissent donc des informations inattendues pour l'étude des processus de dégazage naturel en fond de mer. La troisième étude de cas, sur la pente continentale du Nigeria, démontre que la combinaison de piézomètres et d'OBS voisins en fond de mer permet de suivre l'évolution des phases d'accumulation et de vidange de gaz dans les sédiments superficiels. La détection et la surveillance des phénomènes de dégazage naturel en fond de mer est d'une importance qui pourrait s'avérer critique dans les zones d'exploitation pétrolière en domaine offshore. D'une manière générale, ce travail plaide pour la nécessité : i) de disposer de plusieurs réseaux d'observatoires sous-marins câblés en Mer de Marmara et d'un modèle de vitesse-3D rendant compte du fort gradient de vitesses sismiques dans les couches superficielles (la structure de vitesses du domaine sous-marin étant radicalement différente de celle du domaine émergé, la combinaison des données sismologiques à terre et en mer s'avère très difficile); ii) de développer des approches de surveillance multi-paramètres. Pour chaque paramètre, il est nécessaire de connaître la variabilité naturelle "normale", de manière à détecter les variations anormales. La recherche sur les processus physiques et le développement algorithmique doivent être conduits de front.

Ce travail de thèse a porté sur différents aspects de la prédiction des éruptions. La première partie, basée sur une approche statistique de l'information, nous a permis d'aborder la prédictabilité des éruptions de façon globale, et d'avoir une vision intégrée, à différentes échelles, de la dynamique éruptive. La dernière partie basée sur une approche déterministe du signal, nous a emmené de façon plus indirecte vers la prédiction des éruptions par le biais de l'analyse et la modélisation des comportements éruptifs d'un unique volcan à travers la sismicité. Ce travail de thèse nous a donc permis de traverser plusieurs échelles de temps et d'espace, en partant de la plus large, la Terre dans sa globalité, pour se concentrer ensuite sur le cas d'un volcan unique, le Piton de la Fournaise et finalement se focaliser sur une propriété spécifique de la sismicité du Piton de la Fournaise à travers la détermination des mécanismes source. Dans un premier temps, une analyse descriptive des propriétés statistiques de la dynamique éruptive à l'échelle mondiale et l'apparition de lois puissances à différentes échelles nous ont permis de relier la dynamique des éruptions à celle d'un système critique auto-organisé, justifiant de la difficulté rencontrée à prédire les éruptions de façon déterministe et de la nécessité de se tourner vers les méthodes statistiques. L'étude à l'échelle mondiale des lois d'Omori retrouvées pour la sismicité autour des éruptions, ainsi que l'analyse des propriétés de ces lois d'Omori en fonction de la taille des éruptions, suggèrent que l'énergie d'endommagement et de relaxation dans la croûte est distribuée en loi puissance autour des éruptions, mais avec des coefficients de chargement et de relaxation différents de la sismicité tectonique classique, et donc dépendant des processus qui génèrent l'endommagement. En zoomant sur trois observables du Piton de la Fournaise (sismicité, déformation et variations de vitesse sismique), nous avons montré que les comportement respectifs des observables imagent les différentes étapes du processus éruptif, pour différentes échelles de temps et d'espace. L'analyse des comportements pré-éruptifs et l'utilisation de méthodes de "pattern recognition" ont permis de mettre en évidence l'apport de la combinaison des informations des différents précurseurs dans l'amélioration des résultats de prédiction. Enfin, l'analyse plus spécifique et déterministe des mécanismes source au Piton de la Fournaise, à partir d'une méthode développée pour le contexte particulier d'une sismicité de magnitude très faible en milieu fortement hétérogène, a permis de mettre en évidence l'apparition de trois familles d'événements similaires. Deux de ces familles peuvent être interprétées comme l'ajustement du milieu au passage du dyke, la troisième famille correspondant à la signature de l'interaction entre les fluides et l'édifice volcanique au niveau du toit de la chambre magmatique.

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.

Au Nord-Est de la microplaque Adriatique la jonction Alpes-Dinarides représente une région clé pour comprendre les interactions entre la microplaque et l’Europe stable. Alors que la tectonique active de la partie alpine de cette zone est relativement bien contrainte, peu de données sont disponibles quant aux déformations actives contrôlées par la rotation de la microplaque à travers les Dinarides. Par une approche morpho-tectonique (étude de terrain combinée à l’analyse d’images aériennes et satellitaires, de cartes topographiques et modèles numériques de terrain haute résolution) nous avons cartographié en détails les failles actives des Dinarides septentrionales et de la partie orientale des Alpes du Sud. Sur la base de cette cartographie et des données géologiques une quarantaine de décalages tectoniques cumulés allant de quelques mètres à plusieurs kilomètres a été identifiée. A l’aide de datations 36Cl de marqueurs morphologiques affectés par les failles combinées aux chronologies existantes les vitesses de déformation actuelles ont ensuite été estimées. L’évolution des déformations depuis le Pliocène a pu être contrainte dans les Dinarides mettant en évidence une initiation des failles au début du Pliocène et un changement cinématique important autour du Pléistocène moyen. Les vitesses obtenues, notamment environ 3mm/an de mouvement dextre le long des Dinarides, ont finalement été confrontées aux modèles existants ce qui a conduit à proposer un modèle cinématique décrivant l’accommodation de la rotation de l’Adriatique par le mouvement relatif de blocs lithosphériques rigides et qui permet d’expliquer les déformations actives observées aux frontières de ces blocs. / At the northeastern corner of the Adria microplate the Alps-Dinarides junction represents a key region to understand the interactions between the microplate and the stable Europe. While the active tectonics of the alpine part of the area is relatively well-known, few data allow characterizing the present-day deformations controlled by the microplate rotation across the Dinarides. Using a morpho-tectonic approach (field study combined to the analysis of aerial and satellite images, topographical maps and high-resolution digital elevation models) we mapped in details the active faults in the Northern Dinarides and the eastern part of the Southern Alps. Based on this mapping and geologic data forty tectonic cumulative displacements ranging from few meters to several kilometers have been identified. By determining the 36Cl exposure ages of faulted geomorphic markers and comparing it to existing chronologies the present-day rates of deformation have then been assessed. The evolution of the deformations since the Pliocene could also have been constrained revealing an Early Pliocene age for the onset of strike-slip faulting and a major kinematic change during the Middle Pleistocene. Finally the yielded faults slip-rates, especially about 3 mm/yr of right-lateral motion across the Dinarides, have been compared to existing models. That allowed proposing a kinematic model describing the Adria rotation accommodation through the relative motion of rigid lithospheric blocks and explaining the observed active deformations at their boundaries.

Ce travail a pour objectif l'étude des différents paramètres sismologiques utilisables en géodynamique, c'est à-dire principalement l'étude des structures profondes, de la sismicité et des mécanismes focaux. La première étape consiste dans la collecte de données nouvelles et fiables ce qui nous a amenés : premièrement à compléter le réseau sismologique existant au Maroc et deuxièmement à organiser ou participer à plusieurs campagnes de sondages sismiques profonds. De nombreux modèles géodynamiques ont été proposés pour la Méditerranée occidentale, nous présenterons les principaux d'entre eux en tentant d'expliquer quelles sont les données qui ont été à l'origine de leur élaboration. Souvent ces modèles s'appuient sur des données géologiques mais peu tiennent compte de l'ensemble des contraintes apportées par les données géophysiques. Ayant acquis des données géophysiques récentes, je les confronterai à ces modèles et à leurs conséquences. Notre exposé sera composé de plusieurs chapitres dans lesquels nous introduirons en annexe certaines de nos publications ayant trait au sujet. - Une étude de la dispersion des ondes de surface pour preclser la structure profonde dans le domaine atlantique et le domaine nord africain et tenter de déceler une différence entre la plaque Europe et la plaque Afrique. - Plusieurs interprétations de sondages sismiques profonds, en mer d'Alboran où la nature de la croùte (océanique, continentale ... ) conditionne toute hypothèse quant à son mode de formation, au Maroc où de nombreux profils ont été effectués principalement dans la zone rifaine. - Une étude gravimétrique faite en mer d'Alboran en utilisant les structures définies par les sondages sismiques pour confirmer ou infirmer certains résultats de ces derniers. - Plusieurs études de sismicité: de type général à partir du fichier de données U.S.G.S. de 1900 à 1976, ou plus locales concernant particulièrement l'arc de Gibraltar à partir des nouvelles données ou l'Algérie du Nord en redéterminant les épicentres de la période 1950-1970. Le problème de la profondeur des foyers est crucial pour tout modèle supposant une subduction lithosphérique, nous tenterons, examinant les données avec un soin particulier, de préciser la profondeur des foyers. Ce chapitre se terminera par quelques considérations sur les mécanismes associés aux tremblements de terre en domaine océanique ou continental. Les mécanismes focaux, du fait de la faible magnitude des séismes sur le pourtour méditerranéen, sont mal connus ; nous tenterons. à partir de données de sismogrammes courte période d'en proposer de nouveaux et de les relier à des accidents tectoniques existants. Cet exposé se terminera, non par la proposition d'un nouveau modèle supplantant tous les précédents, mais par une revue critique des différents modèles proposés à la lumière des données nouvellement acquises ou de données géophysiques déjà publiées.

L'objet de notre travail est l'étude de la sismicité superficielle dans le N.E. de l'Afghanistan. Dans le chapitre 1, nous rappelons dans quel contexte géodynamique se trouve cette région. Nous mettons en évidence la place privilégiée qu'elle occupe. Le chapitre II décrit sommairement comment ont été acquises les données. La localisation des évènements fait l'objet du chapitre III. Essentiellement nous cherchons à évaluer la précision avec laquelle sont déterminées la position de l'épicentre et la profondeur des séismes. Des résultats obtenus, nous dressons des cartes de sismicité (chap. IV). ) L'expérience "Sud-Nouristan" nous ayant fourni un nombre important d'évènements (284) nous faisons une étude statistique de la magnitude et de la profondeur des séismes. Le chapitre V. traite des mécanismes au foyer. Nous en déduisons principalement le sens de mouvement des failles de la région et l'orientation privilégiée de l'axe P. Remises dans le contexte géodynamique, nous essayons d'intégrer toutes ces données dans un modèle sismo-tectonique régional. (Chap. VI)

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

Dans le cadre d’un programme de recherche mené par le GISOS (Groupement d’Intérêt Scientifique de Recherche sur l’Impact et la Sécurité des Ouvrages Souterrains), le site pilote de Cerville-Buissoncourt (Lorraine, France) a fait l’objet d’une importante instrumentation géophysique et géotechnique pour assurer la surveillance d’une cavité saline à 200 m de profondeur, depuis son état stationnaire jusqu’à l’effondrement des terrains du recouvrement. Les objectifs principaux de cette thèse consistaient à : 1) valider la technique de surveillance basée sur l’écoute microsismique dans un contexte salin, et 2) modéliser numériquement le comportement mécanique complexe du recouvrement, particulièrement l’initiation des microfissures et leur propagation. L’analyse de la sismicité induite enregistrée a permis de caractériser l’état initial de la cavité en terme d’activité microsismique. Deux types d’événements ont été identifiés : les événements isolés correspondant aux ruptures localisées, et les événements en rafale, d’une dizaine de secondes de durée. D’après les résultats de localisation d’hypocentres, la totalité de la sismicité enregistrée est générée au niveau de la cavité dans le gisement de sel, ou bien dans les faciès marneux qui composent le toit immédiat de la cavité actuelle. Les déclenchements en rafale seraient liés à des phénomènes de délitement puis de décrochement de blocs de marne, suivis des chutes de blocs dans la cavité remplie de saumure. Le travail de modélisation numérique a été focalisé sur la possibilité de rendre compte de l’endommagement dans les couches fragiles du recouvrement. Nous avons mis en oeuvre un modèle géomécanique hybride à l’échelle du site pilote qui intègre les différentes formations géologiques présentes dans le recouvrement, ainsi que l’initiation, la propagation et la coalescence des microfissures dans le banc raide, à l’aide des logiciels FLAC et PFC2D. La calibration du modèle discret PFC2D pour reproduire le comportement en traction du banc raide a été vérifiée numériquement à l’échelle du site pilote. Cette vérification a été basée sur la comparaison, en termes de la réponse élastique et d’apparition des ruptures dans le banc raide, entre l’approche hybride FLACPFC 2D et la modélisation purement continue avec FLAC. Le modèle hybride ainsi défini pourra être utilisé dans le cadre d’une retro-analyse une fois que les mesures in-situ, notamment les enregistrements microsismiques et les données de déformation, seront disponibles à Cerville-Buissoncourt / Within the framework of a research program carried out by the GISOS (Scientific Grouping of Research Interest on the Impact and Safety of Underground Works), the pilot site of Cerville-Buissoncourt (Lorraine, France) was the subject of a large geophysical and geotechnical instrumentation to ensure the monitoring of a salt cavity at 200 m depth, from its stationary state to the final overburden collapse. The main objectives of this work consisted on : 1) the validation of the microseismic monitoring technique in a salt mine environment, and 2) the numerical modelling of the mechanical behavior of the overburden, particularly the initiation and the propagation of microcracks. The analysis of the recorded induced seismicity allowed to characterize the initial state of the cavity in terms of microseismic activity. Two types of events were identified : isolated events corresponding to localized ruptures, and swarms of events, of tens of seconds of duration. According to hypocenter location results, the totality of the recorded seismicity is generated either in the cavity surroundings within the salt layer, or in the marly facies of the current cavity roof. Swarms would be related to delamination of clayley marls in the immediate roof, followed by rock debris falling in the brine filled cavity. The numerical modelling was focused on the possibility of accounting for the damage in the fragile layers of the overburden. We implemented a hybrid geomechanical model of the pilot site which integrates the various geological formations present in the overburden, as well as the initiation, the propagation and the coalescence of microcracks in the stiff layer, using FLAC and PFC2D softwares. The calibration of the discrete PFC2D model to reproduce the tensile behaviour of the stiff layer was numerically checked on the site scale. The validation was based on the comparison, in terms of the elastic response and the damage onset in the stiff layer, between the hybrid approach FLAC-PFC2D and the purely continuous modelling using FLAC. The hybrid model thus defined would be used for back-analysis studies once in-situ measurements, in particular microseismic recordings and deformation data, will be available at Cerville-Buissoncourt