Selon les codes de construction canadiens, dans les bâtiments susceptibles d'être soumis à des efforts sismiques, un système de reprise des forces sismiques (SRFS) doit être défini et il doit être en mesure de reprendre la totalité des efforts latéraux infligés par les tremblements de terre. Cette hypothèse permet de dimensionner le SRFS sécuritairement, mais soulève également une difficulté : déterminer les efforts sismiques dans les éléments n'en faisant pas partie, c'est-à-dire les éléments du système de reprise des charges de gravité (SRCG). Cette difficulté a même été mise en évidence lors de récents séismes à travers le monde. En effet, plusieurs bâtiments munis d'un SRFS bien défini se sont effondrés ou ont dû être démolis sans que le SRFS n'ait atteint sa pleine capacité. C'est plutôt parce que le SRCG n'a pas été en mesure de subir les déplacements latéraux. Selon les codes de construction canadiens en vigueur (CNBC 2010 et CSA A23.3-14), les efforts dans les éléments ne faisant pas partie du SRFS doivent être déterminés par analyse non linéaire ou par une méthode simplifiée si certains critères sont respectés. Ce mémoire de maîtrise présente une nouvelle méthode pour calculer les efforts dans les éléments ne faisant pas partie du SRFS basée sur l'analyse dynamique linéaire. Cette nouvelle méthode est basée sur l'hypothèse que si, dans le modèle d'éléments finis d'un bâtiment, la rigidité des éléments qui ne font pas partie du SRFS est réduite par un facteur assez élevé, les déplacements du modèle complet seront égaux à ceux du SRFS et les efforts peuvent être déterminés en les majorant par le facteur de réduction de la rigidité. La nouvelle méthode est démontrée par le calcul de la réponse sismique de bâtiments de 12 étages en béton armé symétrique et asymétrique. Aussi, ces résultats sont comparés à ceux obtenus à partir de l'application de la méthode d'analyse simplifié proposé dans la norme canadienne calcul des structures en béton (CSA A23.3-14, art. 21.11.2.2). Afin d'avoir des valeurs de comparaison cohérentes, des analyses non linéaires dans le temps sont également effectuées. Les résultats montrent que la nouvelle méthode peut prédire adéquatement le cisaillement et le moment de flexion en requérant moins de temps de modélisation que la méthode simplifiée de la norme A23.3-14. Par conséquent, cette nouvelle méthode est un bon substitut à l'analyse non linéaire pour prédire les forces sismiques dans les éléments ne sont pas considérés partie du SRFS.

Afin d'analyser le rôle de la saturation partielle sur la vitesse de phase et l'atténuation des ondes P directes, nous avons élaboré une expérience en laboratoire dans la gamme du kiloHertz. Celle-ci permet une corrélation avec les mesures de terrain et limite les effets d'échelle induits par l'utilisation des traditionnelles mesures ultrasoniques. Le montage expérimental est composé d'un container rempli de sable, équipé d'accéléromètres et de sondes de teneur en eau. Une propagation d'onde est générée par une source mécanique constituée d'une bille en métal frappant une plaque de granite. Plusieurs cycles d'imbibition/drainage sont réalisés entre les saturations résiduelles en eau et en air. Une transformée continue en ondelette a été choisie pour le traitement des données sismiques et validée numériquement par une simulation de propagation d'ondes dans un milieu viscoélastique 2D (code Specfem2D). En imbibition et en drainage, la vitesse de phase décroît avec l'augmentation de la saturation, ce qui peut être expliqué par la limite Biot-Gassmann-Wood (BGW) de la théorie de Biot. Ce comportement, typique des mesures de terrain, indique qu'il est possible de considérer le mélange de fluides (eau et air) comme un fluide effectif. L'interprétation de l'atténuation est plus complexe et ne peut être expliquée par le mécanisme de relaxation de flux macroscopique de la théorie de Biot. Il est nécessaire d'introduire une contribution viscoélastique reliée aux pertes frictionelles grain-à-grain et décrite par un modèle à Q constant. De plus, un hystérésis entre imbibition et drainage est observé et expliqué en introduisant une perméabilité effective du mélange, dépendante des perméabilités relatives à l'eau et à l'air.

Ce travail apporte de nouvelles contraintes sur les interactions entre déformation et processus d'hydratation et de percolation de magma ou de fluides et leurs implications sur les propriétés sismiques dans le coin mantellique. Il se base sur l'analyse de péridotites à spinelle provenant du massif de Ronda (Espagne) et deux séries de xénolites issues de zones de subduction actives (Kamchatka, Papouasie-Nouvelle-Guinée). L'étude structurale, pétrologique et géochimique de ces échantillons montrent qu'ils ont subi une percolation réactive de magma ou de fluide synchrone d'une déformation de haute température basse contrainte cohérente avec les condition PT de la base de la lithosphère ou de l'asthénosphère. Cette percolation réactive est responsable d'un enrichissement en pyroxènes localisés dans des bandes parallèles aux structures de déformation. Cet enrichissement est associé à la décroissance et à la désorientation des cristaux d'olivine. Le système de glissement dominant dans l'olivine est {0kl}[100], cela implique que la direction de polarisation rapide des ondes S dans la partie supérieure du coin mantellique est parallèle à la direction d'écoulement du manteau. L'enrichissement en pyroxène associé à une décroissance de l'intensité des OPR de l'olivine a pour conséquence une baisse non négligeable de l'anisotropie qui peut induire jusqu'à 33% d'erreur sur l'interprétation de la couche anisotrope. Un enrichissement en orthopyroxène peut entraîner une baisse du rapport Vp/Vs, mais ne peut expliquer des Vp/Vs <1,7 cartés dans certains avant-arcs. Cependant de telles valeurs peuvent être expliquées si l'anisotropie des péridotites du coin mantellique est prise en compte. / This work provides new constraints on the interactions between deformation and hydration process and the percolation of melt or fluids, and their implications for seismic properties of the mantle wedge. It is based on the analysis of spinel peridotites from the massif of Ronda (Spain) and two xenolith suites from active subduction zones (Kamchatka, Papua New Guinea). The structural, petrological and geochemical of these samples show that they underwent a reactive percolation of melt or fluid, which was synchronous to a deformation event occuring under high temperature and low stress consistent with the PT conditions of the base of the lithosphere or in the asthenosphere. This reactive percolation is responsible for pyroxenes enrichment localized in bands parallel to the deformation structures. This enrichment is associated with the grain size recuction and the disorientation of the crystals of olivine. The dominant slip system in olivine is {0 kl}[100], which results in fast S-wave polarization parallel to the flow direction in the mantle. The enrichment in pyroxene, associated with a decrease in the intensity of the olivine crystal preferred orientations, results in a significant decrease of the anisotropy that may induce error on the interpretation of the anisotropic layer (up to 33%). The observed orthopyroxene enrichment also lowers the Vp/Vs ratio, but cannot explain Vp/Vs < 1.7 mapped in some fore-arc mantles. Such low Vp/Vs ratios may however be explained by considering the intrinsic anisotropy of the peridotites, which is generally ignored in large-scale Vp/Vs ratio mapping of the mantle wedge.

La donnée sismique depuis sa conception (modélisation d’acquisitions sismiques), dans sa phase de traitement (prétraitement et migration) et jusqu’à son exploitation pour en extraire les informations géologiques pertinentes nécessaires à l’identification et l’exploitation optimale des réservoirs d’hydrocarbures (interprétation), génère un volume important de calculs. Nous montrons dans ce travail de thèse qu’à chacune de ces étapes l’utilisation de technologies accélératrices de type GPGPU permet de réduire radicalement les temps de calcul tout en restant dans une enveloppe de consommation électrique raisonnable. Nous présentons et analysons les éléments sous-jacents à ces performances. L’importance de l’utilisation de motifs d’accès mémoire adéquats est particulièrement mise en exergue étant donné que l’accès à la mémoire représente le principal goulot d’étranglement pour les algorithmes abordés. Nous reportons des facteurs d’accélération de l’ordre de 40 pour la modélisation sismique par résolution de l’équation d’onde par différences finies (brique de base pour la modélisation et l’imagerie sismique) et entre 8 et 113 pour le calcul d’attributs sismiques. Nous démontrons que l’utilisation d’accélérateurs matériels élargit considérablement le champ du possible, aussi bien en imagerie sismique (modélisation de nouveaux types d’acquisitions à grande échelle) qu’en interprétation (calcul d’attributs complexes sur station de travail, paramétrage interactif des calculs, etc.). / During the seismic imaging workflow, from seismic modeling to interpretation, processingseismic data requires a massive amount of computation. We show in this work that, at eachstage of this workflow, hardware accelerators such as GPUs may help reducing the time requiredto process seismic data while staying at reasonable energy consumption levels.In this work, the key programming considerations needed to achieve good performance are describedand discussed. The importance of adapted in-memory data access patterns is particularlyemphasised since data access is the main bottleneck for the considered algorithms. When usingGPUs, speedup ratios of 40× are achieved for FDTD seismic modeling, and 8× up to 113× forseismic attribute computation compared to CPUs.

L'analyse de la déformation des massifs subalpins de Vercors et Chartreuse, qui constituent l'avant-pays des massifs cristallins externes de Belledonne et du Pelvoux chevauchant vers l'Ouest, a permis de reconstituer le champ de déplacement ainsi que l'état initial avant déformation de cet avant-pays. Cette analyse repose sur un grand nombre de données géologiques et géophysiques, et en particulier sur des données issues de profils sismiques réalisés dans les massifs subalpins. Ces données ont permis de préciser la géométrie des structures profondes, et notamment la position des plans de décollement. Deux méthodes. qui intègrent toutes les données disponibles dans un schéma de déformation cohérent. ont été utilisées. Il s'agit d'une part de la construction de coupes géologiques équilibrées et d'autre part de l'établissement de carte de déformation finie. La déformation globale des massifs subalpins de Vercors et de Chartreuse est liée principalement au chevauchement crustal de la partie externe du massif de Belledonne et peut se décomposer en deux étapes majeures : un premier chevauchement de grande ampleur déformé ensuite par des épisodes chevauchants secondaires.

Ce mémoire traite du rehaussement d'images sismiques tridimensionnelles, constituées d'un empilement de couches géologiques, elles-mêmes interrompues par des failles sismiques. L'objectif, en apparence contradictoire, est de lisser les couches géologiques, tout en préservant certaines discontinuités : les failles. Les méthodes de filtrage adaptatif – couramment employées dans le domaine de l'imagerie sismique – ainsi que la diffusion anisotrope sont bien adaptés à cette problématique car elles permettent une prise en compte de l'orientation des couches, ainsi que de critères indiquant la possible présence de failles. Reprenant les points clefs des approches précédentes, nous proposons une équation d'évolution fondée sur la définition de trois zones de comportement différentié à l'intérieur du voisinage de chaque point. La première contient les points appartenant à la même couche géologique que le point central, la deuxième ceux correspondant aux couches voisines et la troisième les points incertains. La définition de ces zones est réalisée en chaque point à l'aide de l'orientation estimée des couches géologiques. Une évolution de cette méthode consiste à sélectionner, dans le voisinage défini précédemment, la sous-partie qui présente le moins de chances d'être traversée par une faille. Cette nouvelle approche permet non seulement de lisser l'image, mais également de renforcer la visibilité des failles. Les performances des méthodes proposées sont comparées à celles des approches classiques à l'aide d'un estimateur objectif de gain de qualité, employé sur des images de synthèse. Une comparaison visuelle de résultats obtenus sur des données réelles est également réalisée.

Dans le domaine de la sismologie, la modélisation numérique de la propagation des ondes est un outil essentiel pour, par exemple, la quantification du risque sismique ou l'imagerie du sous-sol par inversion de données sismiques. Ces applications géophysiques nécessitent le développement de méthodes numériques sophistiquées de modélisation des ondes dans des milieux de propagation 3D hétérogènes. Parmi les approches possibles,les méthodes directes fondées sur la représentation du milieu sur des grilles numériques permettent la prise en compte de toute la complexité du champ d'onde dans des milieux fortement hétérogènes. Dans ce contexte, la représentation optimale du milieu de propagation et du champ d'onde propagé sur des grilles numériques irrégulières est actuellement. un axe de recherche fortement développé car elle permet d'atteindre le meilleur compromis entre la précision et la rapidité d'exécution des simulations dans des grilles numériques de taille considérable. Dans cette thèse, je propose une nouvelle méthode de modélisation de la propagation des ondes acoustiques par différences finies dans le domaine des fréquences . Le problème numérique associé est la résolution d'un système matriciel. L'approche développée propose une discrétisation spatiale optimisée de l'équation d'onde rendant possible des modélisations en 3D. Premièrement, je compare des modélisations acoustiques en milieu hétérogène calculées avec des schémas aux différences finies en quinconce et. des schémas optimisés, discrétisés suivant deux systèmes d'axe tournés de 45 degrés (schémas tournés). Pour des modélisations 2D, la seconde approche montre des performances supérieures en terme de temps calcul et de stockage mémoire. J 'en conclus que la discrétisation suivant des grilles tournées doit être utilisée pour des simulations 2D. Dans le cas 3D, les schémas utilisant les deux types de discrétisation contiennent 19 coefficients dans le cas des grilles en quinconce et 27 coefficients dans le cas des schémas tournés. Je suggère que les performances, en termes de précision numérique et de stockage mémoire, des deux types de discrétisation doivent être examinées dans le futur. Deuxièmement, je propose une approche mixte multi-échelles combinant une méthode directe et itérative de résolution du système matriciel qui permet d'effectuer des modélisations réalistes dans des milieux 3D. Dans un premier temps, le champ d'onde exact est calculée via la factorisation LU de la matrice sur une grille de résolution grossière. Deuxièmement, ce champ d'onde approché est interpolé sur une grille numérique de résolution fine pour être injecté comme estimé initial dans l'algorithme de résolution itérative. J 'ai exploré deux approches multi-échelles fondées respectivement sur une" nested iteration ", appellée méthode "Direct-Iterative-Space Solver" (DISS), et une décomposition multigrilles en ondelettes, appellée méthode" Direct-lterative- Wavelet Solver" (DIWS) . Les performances respectives, en termes de temps-CPU et de stockage mémoire, de ces deux méthodes de modélisation des ondes en milieu 2D et 3D sont comparées. L'algorithme de la méthode DISS permet la construction rapide du système matriciel. La convergence de l'algorithme itératif dépend fortement de sa capacité à éliminer des artefacts numériques associés à des phénomènes déphasage. L'importance de ces artefacts dépend fortement de la précision de la solution initiale et de la discrétisation numérique du champ modélisé dans l'algorithme itératif. Un nombre important d'itérations ou l'utilisation de cycles en V et W sont nécessaires pour supprimer ces phénomènes. Dans la méthode DIWS, une représentation multirésolution du système matriciel est développée par projection sur une base d'ondelettes. Malgré le coût induit pour transformer le système dans le domaine spectral, la représentation multirésolution a fourni un outil numérique de préconditonnement permettant de stabiliser et d'accélérer significativement l'algorithme itératif. L'accélération de la convergence est attribuée à la représentation du système sur plusieurs grilles numériques de résolution différente dont les interactions sont prises en compte au cours des itérations. Par ailleurs, la formulation en ondelettes ouvre des perspectives d'optimisation sous forme d'adaptation spatial du maillage en fonction des propriétés locales du milieu et du champ propagé. Plusieurs exemples de simulation d'ondes dans des milieux 2D et 3D de complexité variable sont présentés pour illustrer les performances respectives des méthodes DISS et DIWS. La taille des applications 3D présentées a été limitée par l'utilisation de programmes séquentiels. Finalement, des stratégies de parallélisation en mémoire distribuéedes codes sont proposées.

L'analyse des chevauchements à vergence opposée du secteur de la Sainte-Victoire (Provence) a permis de définir les modalités d'amortissement de systèmes chevauchants, principalement dans l'avant pays des chaînes de collision. Cette analyse s'est appuyée sur un grand nombre de données géologiques et géophysiques, et en particulier sur des données issues de profils sismiques réalisés pour cette étude. La construction de coupes géologiques équilibrées a permis d'intégrer au mieux l'ensemble des données de surface et de profondeur et de proposer un modèle géométrique et une cinématique cohérente. Le problème de la détermination des facteurs qui conditionnent l'apparition de l'une ou l'autre des vergences a ensuite été abordé par une approche mécanique (calcul de l'énergie minimale dissipée dans la déformation) et cinématique (comparaison avec des modèles analogiques). Les valeurs des paramètres mécaniques ont pu être calculées sur l'exemple d'inversion de vergence observée sur les coupes équilibrées. Il a été montré que dans le cas d'une série décollée sur un palier légèrement montant, un pro-chevauchement est plus économique, en terme d'énergie dépensée, qu'un rétro-chevauchement. Mais un basculement progressif vers l'arrière de l'ensemble socle/couverture qui affecte le pendage des rampes, conduit à faciliter le développement de rétro-chevauchement ; ce type de flexion progressive de l'avant-pays est classiquement observé dans les chaînes de collision. Ces rétro-chevauchements peuvent être aussi facilités par des gradients de vitesse de déplacement entre le bas et le haut de la série (rôle déterminant des conditions aux limites et de la cinématique des systèmes chevauchants .).

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3519. Résumé en français et en anglais. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 127-132.

L'analyse de données sismiques pour l'étude du sous-sol est un travail long et difficile qui demande beaucoup de connaissances a priori au géophysicien qui l'effectue. L'outil informatique permet d'accélérer ce travail par une mise en valeur des zones d'intérêt, formées de continuités (horizons) et discontinuites (failles, domes de sel ...). L'analyse par ondelettes est particulièrement adaptée à l'étude des continuités et discontinuités et permet, à l'aide d'ondelettes directionnelles, de détecter des fractures, problème extrêmement difficile. Nous présentons dans ce travail un exposé succint de la théorie des ondelettes suivi des différents algorithmes de la transformée en ondelettes ainsi que les problèmes de représentation d'une telle transformée. Nous introduisons la notion d'ondelette directionnelle, sensible aux discontinuités dans une direction donnée et étudions quelques-unes de ses propriétés. Divers applications aux images sismiques sont exposées. Une méthode de filtrage basée sur l'algorithme à trous pour l'amélioration du pointe d'horizons est présentée. L'utilisation de la transformée en ondelettes directionnelles aboutit, entre autres, à la détection de failles. Ceci peut être améliorer par l'utilisation d'un filtrage préalable adapté et la représentation angle-espace-échelle.