Les progrès de l'imagerie sismique ces trente dernières années ont permis de révéler la structure complexe de la graine : une anisotropie cylindrique de quelques pourcents dont la structure fine présente des variations radiales et latérales. Ce travail de thèse s’est concentré sur les différentes dynamiques susceptibles de provoquer une telle structure. [Il y a autre chose dans cette structure]Nous avons revisité la dynamique induite par la force de Lorentz, discutant les conditions aux limites, la croissance de la graine et la stratification en densité. La déformation n’est raisonnablement suffisante que pour des viscosités inférieures à 1012 Pa.s, dans la fourchette basse des estimations. Les modèles d'écoulements globaux dans la graine peuvent se classer en deux grandes catégories. Pour un profil de densité stable, seul un forçage extérieur, tel que la force de Lorentz, peut induire un écoulement. Dans le cas instable, la dynamique est contrôlée principalement par des instabilités de convection. Les nouvelles estimations de la diffusion thermique limitent les instabilités thermiques à des âges de graine de l'ordre de la centaine de millions d'années. En se focalisant sur deux paramètres, la viscosité et l'âge de la graine, nous avons construit un diagramme de régime qui compare quantitativement les différents modèles proposés dans la littérature. En croisant amplitude du taux de déformation et géométrie attendues, on peut raisonnablement restreindre les domaines qui pourraient engendrer la structure observée. Pourtant, aucun modèle n'est pour l'instant capable d'expliquer à la fois l'amplitude et la géométrie de l'anisotropie sismique et encore moins la dichotomie Est-Ouest. La couche F est une anomalie dans le noyau externe : d’une épaisseur de 200 km environ, à la base du noyau externe, elle présente des vitesses d’ondes sismiques plus faibles que celles prédites pour un noyau liquide parfaitement mélangé. Elle est interprétée comme une zone chimiquement appauvrie, en contradiction avec la cristallisation de la graine qui libère des éléments légers à la surface même de la graine. Nous étudions la possibilité d’une cristallisation en volume dans cette couche. Les particules de fer solides sédimentent en croissant dans un liquide de plus en plus appauvri en éléments légers. Cette neige de fer est stable sous certaines conditions, étudiées ici. / In the past thirty years, our understanding of the inner core structure has increased with the number of seismic studies. Observations reveal a global anisotropy with a cylindrical symmetry and radial and lateral heterogeneities. In this work, I have studied different hypothesis on the dynamics of the inner core to explain these observations. Revisiting the dynamics induced by the Lorentz force, we studied the effect of new boundary conditions, the effect of stratification and growth rate. However, the obtained flow is not strong enough to deform the media for viscosities larger than 1012 Pa.s, in the lower bound of the published inner core estimates. Deformation mechanisms can be subdivided between natural convection (arising from unstable thermal or compositional gradients) and externally forced flows, like the one induced by the Lorentz force. Recent estimates of the thermal diffusivity of iron at high pressure limit the possibility of thermal convection to an age of the inner core lower than a hundred of millions years. Two key parameters emerge for the inner core dynamics: the sign and strength of the density stratification and the viscosity of the inner core. We construct a regime diagram for the Earth’s inner core dynamics that compares the different published models in term of maximum instantaneous deformation rate. This diagram allows us to compare both expected strain rate and deformation geometry with the seismic observations. However, we find that no published model can explain all the seismic observations. The inner core anisotropy and the hemispherical dichotomy are especially difficult to reconcile with these models. The F-Layer is a 200km anomalous layer at the bottom of the outer that presents low P-Wave velocities compared to well-Mixed model. It has been interpreted as a layer depleted in light elements, whereas we usually consider that light elements are expelled at the surface of the inner core by freezing of the outer core alloy. We study the hypothesis of freezing in the bulk of the layer, with iron particles growing and settling in an increasingly depleted liquid.

Dans l'industrie pétrolière, de nombreuses campagnes sismiques visant à trouver de nouveaux champs pétroliers sont effectuées en mer. Afin de reproduire numériquement les résultats de ces campagnes d'acquisitions sismiques marine, les méthodes de différences finies ou d'éléments finis sont le plus souvent utilisées. Dans cette thèse, nous travaillons avec la méthode des éléments spectraux (Komatitsch et Tromp, 2002), qui est une méthode d'éléments finis explicite à haut degré d'interpolation polynomiale. Pour de l'acquisition sismique marine, la propagation d'ondes s'effectue dans des modèles composés de deux parties : une partie fluide (la couche d'eau épaisse homogène représentant l'océan) et une partie solide (les roches composant le fond des océans). La partie fluide étant moins intéressante que la partie solide où peuvent se trouver les réservoirs d'hydrocarbures, nous voulons une méthode numérique où la propagation d'ondes dans le fluide est la moins coûteuse possible en temps calcul. Un moyen de gagner ce temps est d'utiliser une méthode intégrant des pas de temps locaux (Diaz et Joly, 2005) où la partie fluide est traitée à l'aide d'un pas de temps plus grand que dans la partie solide. Pour cela, il faut s'assurer que l'augmentation du pas de temps sans modifier le maillage ne change pas la condition de stabilité CFL dans le fluide. Cette condition est calculée à partir de la vitesse maximale de propagation des ondes dans le domaine, et des pas de temps et d'espace. Or, les modèles utilisés présentent généralement un fort contraste des vitesses à l'interface fluide-solide en faveur du solide. C'est donc le pas de temps de ce dernier qui gouverne la condition CFL. Donc augmenter le pas de temps seulement dans le fluide ne changera pas la condition CFL et la simulation numérique pourra s'effectuer sans risquer l'explosion de la solution pour cause d'instabilité du schéma numérique. Mon travail a consisté à intégrer un tel procédé dans la méthode des éléments spectraux du code SPECFEM à 2D. Comme on a des pas de temps différents de part et d'autre de l'interface fluide-solide, les données à échanger entre les deux milieux ne sont pas coordonnées car à des temps différents. Pour palier à cette difficulté, on impose la conservation de l'énergie à notre système pour la construction des conditions de raccord. Cette manoeuvre implique néanmoins la résolution d'un système linéaire l'interface mais son coût est négligeable comparé aux calculs économisés dans la partie fluide. Afin de se rapprocher plus encore de la réalité des modèles pétroliers, j'ai travaillé sur l'implémentation de couches absorbantes de type CPML (convolutional perfectly match layer, voir Komatitsch et Martin 2007 ) qui permettent de simuler un milieu infini en absorbant toutes les ondes y pénétrant et donc évitent des réflexions parasites des bords du domaine. Ces conditions ont été implémentées pour des modèles fluide-solide à 2D.

Nous présentons une nouvelle méthode pour la restauration d'images sismiques. Quand on l'observe, une image sismique est le résultat d'un système de dépôt initial qui a été transformé par un ensemble de déformations géologiques successives (flexions, glissement de la faille, etc) qui se sont produites sur une grande période de temps. L'objectif de la restauration sismique consiste à inverser les déformations pour fournir une image résultante qui représente le système de dépôt géologique tel qu'il était dans un état antérieur. Classiquement, ce procédé permet de tester la cohérence des hypothèses d'interprétations formulées par les géophysiciens sur les images initiales. Dans notre contribution, nous fournissons un outil qui permet de générer rapidement des images restaurées et qui aide donc les géophysiciens à reconnaître et identifier les caractéristiques géologiques qui peuvent être très fortement modifiées et donc difficilement identifiables dans l'image observée d'origine. Cette application permet alors d'assister ces géophysiciens pour la formulation d'hypothèses d'interprétation des images sismiques. L'approche que nous introduisons est basée sur un processus de minimisation qui exprime les déformations géologiques en termes de contraintes géométriques. Nous utilisons une approche itérative de Gauss-Newton qui converge rapidement pour résoudre le système. Dans une deuxième partie de notre travail nous montrons différents résultats obtenus dans des cas concrets afin d'illustrer le processus de restauration d'image sismique sur des données réelles et de montrer comment la version restaurée peut être utilisée dans un cadre d'interprétation géologique.

Dans cette thèse, nous présentons trois études concernant les interactions entre séismes et la phase de nucléation des forts tremblements de terre. La première partie de ce travail concerne le NO de la Turquie, où deux systèmes tectoniques sont présents : décrochement sur la Faille Nord Anatolienne et extension dans des essaims situés autour de la faille. Nous montrons que ces deux systèmes interagissent, mais répondent différemment à l'excitation du séisme d'Izmit (1999). Les calculs des changements de contraintes de Coulomb induits par le séisme d'Izmit indiquent que les évènements en décrochement répondent aux contraintes dynamiques, alors que les séismes en extension semblent contrôlés par la déformation statique de la croûte. Dans la seconde partie de cette thèse, nous analysons une importante séquence sismique qui s'est produite en 2008 en Grèce. Cette analyse a montré que les séismes en subduction ou en décrochement composant la séquence reflètent le mouvement du SO rigide de la Grèce vers le SSO accompagné du plongement de la plaque Africaine et du retrait vers le sud de la subduction. Cette première étape de déformation est suivie, quelques mois plus tard, de la déformation interne de la plaque Egée qui se manifeste par de l'extension N-S. Cette séquence sismique est le témoin de l'existence d'un couplage dynamique entre la subduction et le prolongement de la Faille Nord Anatolienne dans la région égéenne. Enfin, le but de la dernière partie de cette thèse a été d'apporter des éléments de réponse à la question : existe-t-il un phénomène observable par le biais de la sismicité qui précède de manière systématique les grands tremblements de terre? Pour cela nous avons étudié l'activité sismique précédant des séismes de M$geq 6.5$ dans des régions bien instrumentées (Japon, Cascades et NO des Etats-Unis). Nous montrons que la grande majorité des séismes interplaques est précédée d'une accélération de la sismicité, au contraire des séismes intraplaques. Nous mettons également en évidence une différence entre les séismes en décrochement et les séismes en subduction : les pré-chocs des séismes en subduction sont localisés dans une grande région, rendant un déclenchement en cascade des évènements et du choc principal impossible. / We present three studies about earthquake interactions and the nucleation phase of big earthquakes. The first part of this work deals with the northwestern Turkey, where two tectonic regimes exist, with the transform North Anatolian Fault and extension clusters around it. We show that these two systems interact, but respond differently to Izmit earthquake (1999) stimulation. Computations of the Coulomb stress changes induced by the Izmit earthquake indicate that strike-slip events respond to dynamic stresses, whereas the extension ones seem to be controlled by the static deformation of the crust. In the second part, we analyze a seismic sequence that occurred in 2008 in Greece. This analysis shows that subduction or strike-slip earthquakes of the sequence depict the overall motion of the southwestern Greece to the SSW, accompanied by the plunge and the southward retreat of the slab. This first deformation stage is followed, few months later, by the internal deformation of the Aegean plate, which occurs as N-S extension. This seismic sequence depicts the existence of dynamic coupling between the Hellenic subduction and the prolongation of the North Anatolian Fault. The aim of the last part was to shed some lights on the question: is there a systematic seismic phenomena preceding the occurrence of big earthquakes? To do that, we studied seismic activity preceding M$geq$6.5 earthquakes in some well-instrumented areas of the North Pacific. We show that most of the interplate earthquakes are preceded by an increase of the activity, unlike the intraplate ones. We also highlight a different behavior between strike-slip and subduction events: foreshocks of subduction earthquakes are located in a large area, preventing a cascade triggering.

Cette recherche s’appuie pour certaines données, fournies par des institutions mexicaines sur des bases de donnée réelle. L’objectif est de mesurer les indices de fiabilité des bâtiments en béton armé soumis à des forces sismiques réelles avec épicentre proche, construits sur un sol rigide. Il existe une nécessité d’évaluer l’effet des incertitudes affectant les bâtiments de l’État de Guerrero, du fait que la recherche géophysique un estime GAP sismique avec une zone de 220x90 2km , qui produirait un événement sismique de magnitude Mw=8.4. Nous avons déterminé que la période prédominante de site dans un intervalle de 0.034 à 0.36 [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. Nous obtenons ceci, avec l’interprétation de 3600 séismes réels d’une base de données de la SMIS, sélectionnés pour leur grande magnitude et épicentre proche. Lorsque l’ordonnée du spectre de réponse du sol est plus grande que celle du spectre du code, on doit approfondir l’analyses des bâtiments qui s’y trouvent du fait du plus grand risque de dommage et effondrement. Trois propositions de bâtiments de différentes résistances apparaissent, à savoir : 1. Calculer avec les propriétés des matériels de l’Etat de Guerrero. 2. Calculer avec les propriétés de la région centre du pays [RCDF], comme l’on fait actuellement, et, 3. Estimer une dégradation de résistance des bâtiments pour les séismes observé dans le passé. La capacité de résistance latérale du bâtiment est estimée avec deux types d’analyse. Il s’agit de : 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], avec laquelle nous mesurons le niveau de ductilité que développe le bâtiment, connaissant le point de plastification et la déformation ultime de chaque bâtiment. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], pour évaluer en fonction de temps la résistance des bâtiments, soumis à des événements sismiques réels avec changement d’échelle et détermine les moments et la durée de l’état limite du bâtiment a été dépassé. On a observé que les indices de fiabilité dans les bâtiments soumis à des forces sismiques avec épicentre proche, dépendent beaucoup des conditions de sol et de la magnitude du séisme. Les effets de site changent de manière significative quand la magnitude de l’événement sismique augmente, ce qui fait varier les indices de fiabilité des bâtiments. Cette variation montre de l’importance à connaître les propriétés des matériaux de l’État de Guerrero, parce qu’ils influencent grandement sur la période fondamentale de l’édifice / With real information provided by Mexican Institution, we begin this research. The objective is to measure the indexes of reliability of reinforced concrete buildings subjected to real seismic forces with near epicenter, erected on hard soil. There is a need to assess the uncertainty affecting the buildings in the State of Guerrero, since geophysical researches estimate a GAP of area of 220x90 2 km , which will generate an earthquake of Magnitude Mw=8.4. We expect that the predominant period has a range of 0.034 to 0.36 sec [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. We achieved this, with the interpretation of 3600 real earthquake from a database of SMIS, selected by their great magnitude and near epicenter. Where the ordinate of the response spectrum of the ground should be superior than the design spectra, thereby considering the buildings that are at greatest risk of damage or collapse. Three proposals for buildings with different resistance emerge, that are: 1. To calculate according to the properties of the materials in the State of Guerrero. 2. To calculate with the properties of the region central of the country [RCDF], as currently done and. 3. To estimate a degradation of resistance of the buildings for the earthquakes suffered in the past. The capacity of lateral resistance of the buildings is considered with two analysis types, that are: 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], which measures the level of ductility that develops the building, knowing with this, the yield point and the ultimate capacity of each building. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], in which the resistance of the building is evaluated in the time-history, with real seismic events scaled to know the duration in which the value of the state limit of the building has been exceeded. We observed that the indexes of reliability in the buildings subject to seismic forces with near epicenter are highly dependent on the conditions of ground and the magnitude of the earthquake. The effects of site changes significantly, when the magnitude of the seismic event increases, that make vary the building reliability indexes. These variations show the great importance and attention that should be devoted to properties of the materials in the State of Guerrero, because they influence significantly the fundamental period of the buildings / Con información real proporcionada por instituciones mexicanas iniciamos este trabajo de investigación. El objetivo es medir los índices de confiabilidad de los edificios de concreto reforzado sometidos a fuerzas sísmicas reales con epicentro cercano, construidos sobre un suelo rígido. Existe una necesidad de valorar la certidumbre en los edificios del estado de Guerrero, debido investigaciones de geofísica que estiman un GAP de área de 220x90 2km que generaría un evento sísmico de magnitud Mw=8.4. Determinamos que el periodo predominante tiene un intervalo de 0.034 a 0.36 [Pérez D. and Mebarki A., 2007]. Logramos esto, con la interpretación de 3600 sismos reales de una base de datos de la SMIS, seleccionados por su gran magnitud y epicentro cercano. Donde la ordenada del espectro de respuesta del suelo debe ser mayor a la del espectro de diseño, con ello considerar a los edificios que se encuentren con mayor riesgo de daño o colapso. Tres propuestas de edificios de diferentes resistencias surgen, que son: 1. Calcular con las propiedades de los materiales del estado de Guerrero. 2. Calcular con las propiedades de la región centro del país [RCDF], como se hace actualmente y, 3. Estimar una degradación de resistencia de los edificios por los sismos sufridos en el pasado. La capacidad de resistencia lateral del edificio se estima con dos tipos análisis, estos son: 1. Static Adaptive Pushover Analysis [DAP], con el cuál medimos el nivel de ductilidad que desarrolla el edificio, conociendo con esto, el punto de fluencia y el de capacidad última de cada edificio. 2. Incremental Dynamic Analysis [IDA], se evalúa la resistencia del edificio en la historia del tiempo, con eventos sísmicos reales escalados para conocer el momento en el cuál el valor del estado límite del edificio ha sido excedido. Se observó que los índices de confiabilidad en los edificios sujetos a fuerzas sísmicas con epicentro cercano, dependen mucho de las condiciones de suelo y la magnitud del sismo. Los efectos de sitio cambian de manera considerable cuando la magnitud del evento sísmico aumenta, lo que hace variar los índices de confiabilidad de los edificios. Esta variación le da importancia a conocer las propiedades de los materiales del estado de Guerrero, porque influyen en el periodo fundamental del edificio

L’étude des séismes géants de subduction présente un intérêt de premier ordre, car ils sontsuffisamment puissants pour exciter le manteau et déclencher sa relaxation visco-élastique. Cephénomène est caractérisé par des déformations à grande échelle spatiale (plusieurs milliers dekilomètres) et temporelle (plusieurs décennies). L’étude des déformations post-sismiques en surfacepar géodésie spatiale permet de contraindre les caractéristiques géométriques et rhéologiques del’interface de subduction, ouvrant ainsi la voie à l’étude du cycle sismique dans sa globalité.Le 27 février 2010 se produit le séisme de Mw 8.8, dans la région du Maule, au large du Chili. Lasubduction de la plaque Nazca sous la plaque continentale Sud-Américaine offre, pour la premièrefois, la possibilité de mesurer de manière continue et dense les déformations post-sismiques sur plusde 1500 km. Par ailleurs, plus de 10 ans de campagnes de mesures GPS, ont permis d’imager uncouplage très hétérogène tout au long de l’interface de subduction. L’imbrication alors visible entreles déformations post-sismiques et inter-sismiques, appuyée par l’étude de la sismicité historique,met ainsi en évidence les interactions inter-segments que seuls les modèles visco-élastiques de cyclesismique permettront de mieux comprendre.Cette thèse a été centrée autour de deux axes principaux, qui conduisent vers l’objectif finaldes modèles visco-élastiques de cycle sismique. Le premier et principal objectif est l’étude desdéformations post-sismiques du Maule. J’ai ainsi traité et analysé les cinq ans de données aprèsle séisme afin d’extraire le champ de déformation post-sismique. Ces données ont alors permis decontraindre les modèles visco-élastiques, grâce à la méthode des éléments finis. Un modèle combinéd’afterslip et de relaxation visco-élastique dans l’asthénosphère et dans un chenal à faible viscositétrès profond, permet ainsi d’expliquer le champ de déformation horizontal mais aussi verticalobservé. L’amplitude et la complexité des déformations en champ proche résulte de "l’afterslip",tandis que la relaxation dans le chenal permet de reproduire le très fort soulèvement de la Cordillèredes Andes. Enfin, la relaxation dans l’asthénosphère est responsable de l’extension sur plusieursmilliers de kilomètres des déformations post-sismiques. De plus, la continuité de l’effort de terrainet le traitement des données recueillies a permis de combler l’ultime gap de données. Il a ainsiété possible de déterminer un champ de vitesse inter-sismique continu sur la quasi totalité del’interface. Finalement, même si un modèle de cycle sismique à l’échelle de la subduction Chiliennen’a pas encore pu être réalisé, le modèle de post-sismique apporte déjà de nouveaux indices sur lesinteractions entre les différents segments de l’interface Chilienne, suite au dernier séisme. / The study of giant earthquakes on subduction zone represents a main interest. They are indeedsufficiently powerful to excite the mantle and trigger its viscoelastic relaxation, over a very largespatial (thousands of kilometers) and temporal (several decades) scale. Postseismic deformation,monitored by spatial geodesy, are a proxy to the geometrical and rheological characteristics of thesubduction interface, that will allow us to study the whole seismic cycle.On February 27th 2010 in the region of Maule, Chile, occurs the Mw 8.8 megathrust earthquake.Yet, the subduction of the Nazca plate beneath the continental South-American plate offers, forthe first time, the opportunity to measure continuously and densely the postseismic deformationfollowing the earthquake, over more than 1500 km. Otherwise, more than a decade of GPS repeatedmeasurements allowed to image a very heterogeneous coupling all along the Chilean interface. Thevisible imbrication between postseismic deformation and interseismic loading, supported by historicaland instrumental seismicity, highlights interactions between the segments. Viscoelastic modelsof seismic cycle appears to be the only way to understand these interactions.This PhD focused on two main axes, that will lead to the development of viscoelastic modelsof seismic cycle. The first part was dedicated to the study of postseismic deformation followingthe Maule earthquake. Therefore, we processed and analyzed very precisely GPS data in orderto extract the postseismic pattern and modeled it using the finite elements method. A combinedmodel of afterslip and viscoelastic relaxation in the asthenosphere and in a low viscosity channel,extending deep along the slab, can reproduce the complex deformation pattern, horizontaly and inverticaly. The amplitude and complexity of the near-field deformation result from aseismic slip onthe fault plane, while the great uplift of the Cordillera is reproduced by relaxation in the channel.The far field extension, up to 1600 km, entirely results from relaxation in the asthenosphere. Onthe other hand, the continuity of campaign measurements was the occasion to fill the ultimate gapof data, and thus estimate a continuous interseismic velocity field from the North of the Maulerupture zone up to North Chile. Finally, even if the final viscoelastic models of seismic cycle couldnot be processed yet, the present postseismic model already brings new insights on interactionsbetween the different segments of the Chilean interface, following the last Chilean earthquake.

Afin de fournir une meilleure prévision du mouvement du sol attendu dans la région de Port-au-Prince, ce travail de thèse propose de détecter et de quantifier les effets de site, d’analyser les caractéristiques des ondes sismiques piégées dans la couche meuble du bassin, et de simuler des accélérogrammes synthétiques réalistes que produirait un séisme futur. A cette fin, nous proposons d’analyser les signaux de 78 séismes qui ont eu lieu entre mars 2010 et février 2013 en appliquant les méthodes de rapports spectraux H/V séisme et SSR. Cette étude met en évidence une forte variabilité spatiale dans les amplifications mesurées, qui est tout à fait cohérente avec la géologie de surface très hétérogène de la zone. On note aussi des amplifications à basse fréquence sur les sédiments marins proches de la côte. Sur les contreforts du massif de la Selle, les réverbérations des ondes sismiques amplifient fortement le mouvement sismique au sommet de la colline. De plus, sur certaines stations nous mettons en évidence, un allongement du signal dû à la présence d’ondes de surface. Pour la génération des accélérogrammes synthétiques, nous utilisons d’abord la méthode des fonctions de Green empiriques. Les résultats obtenus montrent que les mouvements du sol les plus forts sont attendues dans les sédiments quaternaires près de la côte et sur les crêtes des collines du Sud de Port-au-Prince. Ensuite, une méthode hybride de simulation combinant fonctions de transfert complexes et simulations EGF au rocher a été mise en place, et validée à partir de test sur des sites instrumentés de la région métropolitaine de Port-au-Prince / In order to help estimating the seismic ground motion expected in the Port-au-Prince area (Haiti), we characterize local site effects, pointing out the seismic waves trapped in the loose layer of Cul-de-Sac basin, and provide realistic synthetic accelerograms for an hypothetical future earthquake.To this end, we propose to analyze signals from 78 earthquakes that occurred between March 2010and February 2013, by applying two methods of spectral ratios : The H/V earthquake method and the classical spectral ratio (SSR). A strong spatial variability was observed in the measured amplifications, which is quite consistent with the heterogeneous surface geology of the area. We notice in particular strong amplification on marine sediments close to the coast. In the foothills of the Massif de la Selle the reflection of the seismic waves lead to the concentration of the wave fields that strongly amplify seismic ground motion at the top of the hills. In addition, an increase of the signal duration due to the presence of surface waves was also highlighted on some stations of the plain. For the generation of synthetic accelerograms, we first use Empirical Green functions (EGF) method. The results show that the strongest acceleration is expected in Quaternary sediments near the coast and on the ridge of south hills of Port-au-Prince. Then, a hybrid simulation method combining complex transfer functions (amplitude and phase) and the EGF simulation on bedrock was set up and validated from testing on instrumented sites in the metropolitan area of Port-au-Prince

Le développement de nouvelles technologies applicables en milieux souterrains, combiné à la rareté des gisements disponibles en surface, explique que l’extraction de minerai en grande profondeur est de plus en plus commune. Exploiter en grande profondeur implique la réalisation de travaux miniers dans des conditions de terrain difficiles et sous un régime de contraintes élevées. Gérer le risque sismique et les dommages qui peuvent en découler est un défi de taille pour ce type d’exploitation. Cette gestion de risque sismique n’est pas aisée, puisque les conditions opérationnelles et sismiques ainsi que les mécanismes menant à la rupture du massif rocheux ne sont pas pleinement compris. Afin de mieux délimiter ce risque, la totalité des données reliées de près ou de loin à la séismicité doit être accessible et facilement consultable afin d’en faire l’analyse intégrée. Ce mémoire présente le développement d’un modèle géomécanique global intégrant de nombreuses bases de données pour améliorer la compréhension de la réponse séismique et aséismique du massif rocheux aux activités minières. La collecte, le traitement et l’analyse des données concernant la géologie, la géomécanique, la séismicité et les opérations minières ont été réalisés pour le cas d’étude de la mine LaRonde exploitant actuellement à plus de trois kilomètres de profondeur. Les outils développés au sein du modèle géomécanique global ont entre autres permis d’évaluer quantitativement la variabilité spatiale et temporelle des propriétés géomécaniques et de la fracturation du massif rocheux. La création d’outils spécifiquement conçus pour l’analyse des coups de terrain a également permis de réaliser une analyse préliminaire identifiant les facteurs clés reliés aux caractéristiques géologiques présentes à grande échelle influençant l’occurrence et la sévérité de coups de déformation propre au site minier à l’étude. Ce mémoire démontre la contribution à la conception minière et à la gestion du risque sismique d’un modèle géomécanique intégré dans un environnement minier complexe sous hautes contraintes et actif sismiquement.

Ce travail de thèse a eu pour objectif d' utiliser des enregistrements effectués à distance régionale pour déterminer la nature d'une source sismique et étudier sa complexité éventuelle, à savoir l'existence de plusieurs sous-événements. A l'issue d'une synthèse bibliographique, nous avons choisi d'utiliser une méthode d' inversion linéaire qui permet d'estimer le tenseur des moments sismiques représentant la source. Dans un premier temps, nous avons testé le programme d'inversion sur des données numériques, en s'affranchissant des problèmes liés à la modélisation de la propagation. L'influence du type d'ondes inversées et de la profondeur de la source sur la qualité du résultat de l'inversion a été évaluée, ainsi que l'impact de la géométrie du réseau de stations et du type de source. Dans un deuxième temps, nous avons traité trois cas d'événements réels. Nous nous sommes tout d'abord intéressés à un effondrement de mine, de magnitude 4.8, dont les caractéristiques de la source étaient a priori connues, ce qui nous a permis de mettre au point une méthodologie d'inversion. Nous avons également mis en évidence l'existence d'une composante isotrope de la source de l'ordre de 35%. Nous avons ensuite étudié le séisme de Roermond (avril 1992) comme un événement tectonique de référence. Le mécanisme obtenu par l'inversion des données basses fréquences est cohérent avec les études précédemment publiées. Des inversions à plus hautes fréquences ont permis d'évaluer la limite de validité de la méthode. Enfin, nous avons traité un événement tectonique de plus petite taille, pour lequel un enregistrement en champ proche était disponible. Nous avons montré que les mécanismes issus de l'inversion de données régionales d'une part, et de champ proche d'autre part, sont compatibles entre eux, ainsi qu'avec le mécanisme issu de l'étude du sens des premiers mouvements.

La Zone sismique de Charlevoix-Kamouraska (ZSCK) est la plus active de l'est du Canada. En dépit de cette forte activité, la récente colonisation du Québec limite les archives sismiques historiques aux 400 dernières années. Au Québec, plusieurs séismes provenant de la ZSCK et la Zone sismique de l'Outaouais (ZSO) ont atteint une magnitude égale ou supérieure à 6 sur l'échelle de Richter et ont causé des glissements de terrain depuis la déglaciation (Lamontagne, 1987). Reconstituer l'activité des zones sismiques au sud du Québec est donc primordial pour la gestion des risques naturels de la région, vu l'établissement d'une grande densité de population sur les argiles sensibles des mers postglaciaires. L'utilisation d'échosondeurs multifaisceaux permet la cartographie complète à haute résolution de la morphologie et l'identification de la dynamique sédimentaire dans les bassins lacustres. De façon complémentaire, les profils de sous-surface établissent un cadre stratigraphique alors que les carottes sédimentaires fournissent d'importantes informations sur les taux et processus de déposition. L'utilisation d'une telle approche dans le Lac Maskinongé, le Lac Mékinac, le Lac-aux-Sables et le Lac Saint-Joseph, tous situés sous l'influence de la ZSCK et/ou la ZSO, permet de reconstituer l'histoire sismique postglaciaire à partir des enregistrements sédimentaires de mouvements de masse subaquatiques présents dans leur bassin. Les données acquises entre 2012 et 2014 indiquent que ces bassins lacustres ont tous été fortement perturbés par des mouvements de masse subaquatiques durant l'Holocène, soit de la déglaciation à aujourd'hui et, ce, sur ≥ 36% de leur superficie. En utilisant les taux de sédimentation dérivés de l'activité radio-isotopique du 210Pb, lesquels varient entre 0,07 cm/an et 0,18 cm/an selon le lac, trois épisodes de tremblements de terre majeurs ont pu être datés : 1) lors de la déglaciation (vers 12,4 à 10,1 Ka BP dans la région d'étude) (par ex. : Shaw et al., 2006; Occhietti et al., 2011); 2) vers 810 ± 370 AD; et 3) 1663 AD (M ≥ 7) (Lamontagne, 1987; Locat, 2011). Les résultats suggèrent aussi qu'un tremblement de terre de forte intensité s'est produit vers 810 ± 370 AD, indiquant que le centre-sud du Québec peut être aussi soumis à d'importants séismes.