Ce travail, porte sur l'évaluation de la stabilité sismique de trois talus naturels typiques de l'Est du Canada situés à proximité de cours d'eau. Le but poursuivi pour ce travail est d'appliquer, comparer et évaluer les différentes méthodes de calcul de la stabilité sismique des talus naturels. Les principaux termes et concepts de base de la sismologie et les méthodes d'analyses de stabilité de talus sont d'abord présentés. Ensuite, la sélection des sites présentant une problématique de stabilité de pente a été effectuée (talus de Saint-Adelphe, talus de Maskinongé et talus de Baie Saint-Paul). La compilation des données de références, l'analyse de l'aléa sismique et la modélisation dynamique ont été réalisées sur chacun des sites. Ces travaux ont étudié le comportement sismique de trois talus naturels et ont permis de clarifier plusieurs aspects relatifs aux mécanismes de déformation des talus sous sollicitations sismiques.

La présente recherche porte sur l’utilisation de données de nivellement géométrique de premier ordre et de données GPS de haute précision pour quantifier les déformations locales causées principalement par le rebond postglaciaire dans la zone sismique de Charlevoix, la région de l’Est du Canada avec l’activité sismique la plus élevée. Pour le nivellement, une partie du réseau canadien de premier ordre, mesuré entre 1909 et 1991, est analysée pour des lignes de nivellement mesurées plus d’une fois. Pour le GPS, un réseau de points géodésiques de premier ordre le long du fleuve Saint-Laurent a été remesuré par GPS en 1991 et en 2005. Le changement des coordonnées de ces points géodésiques permet de déterminer les vitesses horizontales et verticales et d’en tirer de l’information sur la déformation de la croûte terrestre dans cette région. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de précédents levés GPS sur les piliers du Canadian Base Network (CBN) dans l’Est du Canada ainsi qu’avec les modèles géophysiques de rebond postglaciaire. / The present research concerns the use of first order spirit levelling and high precision GPS measurements to quantify the local deformations caused mainly by postglacial rebound in the Charlevoix seismic zone, the region with the highest concentrated seismic activity in eastern Canada. For the levelling, part of the Canadian first order network, measured from 1909 to 1991, is analyzed for repeating levelling lines. For GPS, a part of a first order geodetic network along the Saint Lawrence was surveyed by GPS in 1991 and 2005. The coordinate changes of these geodetic points allows for the determination of horizontal and vertical velocities leading to information on the crustal deformation of this region. The results obtained agree quite well with previous GPS surveys conducted on Canadian Base Network (CBN) pillars in eastern Canada and also with geophysical postglacial rebound (PGR) models.

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.

Le basin du Qaidam, situé sur la bordure nord du Plateau Tibétain est unique au monde en ce qu’il représente le bassin intracontinental le plus profond bien que situé sur le plus haut plateau et la plus épaisse croute continentale actuels. Comprendre le développement et l’évolution de ce bassin en lien avec la collision Inde-Asie a des implications multiples pour la géologie du Tibet en particulier et la tectonique continentale en général. De nombreuses études incluant de la thermochronologie, de la paléobotanique, du paléomagnétisme, de la paléoaltimétrie, de la sédimentologie et de la géologie structurale se sont intéressées à l’histoire tectonique et topographique de cette région. Toutefois la topographie initiale de la région actuellement représentée par le Plateau Tibétain ainsi que les premiers stades de développement du plateau restent méconnus et très débattus. Les travaux présentés ici sont basés sur des données de terrain, de sismique 2D et 3D, de géochimie, de géochronologie détritique, de sédimentologie et d’analyse d’images satellitaires. Ils décrivent: 1) l’évolution cénozoïque conjointe du bassin du Qaidam et de la chaine des Eastern Kunlun ; 2) les relations entre la sédimentation dans le bassin du Qaidam et la tectonique le long de la faille de l’Altyn Tagh ; 3) une estimation quantitative de l’extrusion latérale du nord Tibet les long du système Altyn Tagh – Qilian Shan ; 4) la nature et la typologie du bassin du Qaidam. Je démontre que la chaîne du Kunlun formait un relief en érosion au Paléocène et que la zone de dépôt du bassin du Qaidam s’est élargie vers le sud jusqu’à l’Oligocène. Dès le Miocène inférieur le SO du bassin du Qaidam était limité par un système tectonique décrochant. L’accroissement du relief dans les chaines du Kunlun et de l’Altyn Tagh entraine alors un isolement puis un rétrécissement du bassin. Je suggère que la faille de l’Altyn Tagh qui forme la bordure nord du Plateau, a accommodé environs 360 km de déplacement depuis sont initiation au Miocène inférieur. Cette déformation est prise en compte par du décrochement et de l’épaississement dans les Qilian Shan, de l’épaississement crustal dans les Qinling et de l’extension dans le système de grabens de Chine du Nord. Enfin, je conclu que le bassin du Qaidam est contrôlé conjointement par les failles décrochantes de l’Altyn Tagh et du Kunlun Est. La superposition dans le temps et l’espace des effets de ces deux décrochements majeurs durant le Cénozoïque a contrôlé l’évolution du bassin et la répartition des réserves d’huile et de gaz. / The Qaidam basin, located within the northern Tibetan plateau, is the deepest intracontinental basin, yet located in the highest plateau with the thickest continental crust. Understanding how this peculiar basin developed has broad implications for the Tibetan geology in particular and for continental tectonics in general. Many approaches have been used to decipher the tectonic and topographic history of that region, however, the initial topography of the area now represented by the northern Tibetan plateau, as well as the early stages of development of the present day topography remain poorly constrained and highly debated. In order to better understand the Cenozoic evolution of the Qaidam basin and its surrounding regions (including Eastern Kunlun Range to the south, Altyn Tagh Range to the northwest, and Qilian Shan to the northeast), four critical issues are addressed in this thesis: 1) the Cenozoic joint tectonic evolution of the Qaidam basin and the Eastern Kunlun Range; 2) the interplay between the sedimentation within the Qaidam basin and the active tectonics within the Altyn Tagh Range; 3) a quantitative estimate of the lateral extrusion along the Altyn Tagh Fault-Qilian Shan tectonic system; 4) the nature and classification of the Qaidam basin. I suggest that the SW Qaidam basin has been bordered by a series of strike-slip faults to the south since the Early Miocene, rather than, as previously suggested by a continuous northward or southward thrusting system. Based on U-Pb dating (LA-ICP-MS) of detrital zircons collected from 4 sections (Paleocene to Holocene) within the southwestern Qaidam basin combined with provenance analysis and new seismic profile interpretation, I demonstrated that the Eastern Kunlun Range was already exhumed prior to the Paleocene. I show that the Qaidam basin was widening southward during thet early Cenozoic period (Paleocene to Oligocene). From Oligocene the relief of the Eastern Kunlun and Altyn Tagh ranges increased, leading to isolation and narrowing of the Qaidam basin from Miocene to the present. Along the northern edge of the basin, I identified the Tula-Huatugou and Anxi-Eboliang regions as residual parts of the original Qaidam basin. I suggest that the Altyn Tagh Fault has experienced a total of ~360 km of displacement since its Early Eocene initiation. Based on this ~360 km northeastward migration of the relatively rigid Qaidam block along the Altyn Tagh Fault and 3D isovolumetric balance of the crustal deformation within the Altyn Tagh Fault – Qilian Shan system, I demonstrate that 250 ± 28 km (43.8~49.4 %) of N20E directed crustal shortening and an additional ~250 to ~370 km of eastward motion of the Qilian Shan crust must be accounted for by strike-slip faulting in the Qilian Shan and crustal thickening in the Qinling area, as well as extension in the adjoining North China block graben systems.

La partie ouest du rift de Corinthe, en Grèce, s'ouvre à une vitesse d'environ 15 mm par an générant un taux de déformation parmi les plus élevés au monde, quelques séismes destructeurs de magnitude M>6 par décennie, et une forte activité microsismique irrégulière spatialement et temporellement. Afin de mieux comprendre les mécanismes liés à cette déformation crustale et de préciser les structures majeures actives, ce travail de recherche exploite la base de données sismologiques du Corinth Rift Laboratory de 2000 à 2015 en analysant finement les microséismes et leur évolution spatio-temporelle. La relocalisation globale des sources sismiques ainsi que leur classification en multiplets ont permis de préciser la géométrie des failles et d'identifier des comportements mécaniques différents. La zone ouest, au milieu du golfe, est affectée par des variations de pressions de fluides dans une couche géologique, entraînant des migrations des essaims de microséismes à des vitesses d'environ 50 m par jour. Les multiplets profonds de la partie centrale, près de la côte nord, sont persistants et semblent déclenchés par des épisodes de glissements lents asismiques sur un détachement immature pouvant atteindre la croûte ductile. Le faible pourcentage de déclenchement dynamique par les ondes sismiques suggère que l'état global du système de failles n'est pas au seuil critique de rupture. La magnitude des séismes est corrélée à l'impulsivité initiale de la rupture. Ces résultats précisent la dynamique de déformation du rift, les interactions sismique-asismiques, et permettront d'améliorer les modèles d'aléas sismiques de la région / The western part of the Corinth Rift in Greece is opening at about 15 mm per year, generating one of the highest deformation rates in the world, some destructive earthquakes of magnitude M>6 per decade, and high microseismic activity irregular in space and time. In order to better understand the mechanisms related to this crustal deformation and to specify the major active structures, this research work makes use of the seismological database of the Corinth Rift Laboratory from 2000 to 2015 by finely analyzing microearthquakes and their spatio-temporal evolution. The global relocation of the seismic sources and their classification into multiplets enable to refine the geometry of the faults and to identify different mechanical behaviors. The western zone, in the middle of the gulf, is affected by fluctuations of fluid pore pressures in a geological layer, resulting in microseismic swarm migrations at a velocity of about 50 m per day. The deep multiplets of the central part, near the northern coast, are persistent and appear to be triggered by episodes of slow aseismic slip along an immature detachment, which can reach the ductile crust. The low percentage of dynamic triggering by passing seismic waves suggests that the overall state of the fault system is not at the critical breaking point. The magnitude of earthquakes is correlated with the initial impulsiveness of the rupture. These results specify the dynamics of the rift deformation, the seismic-aseismic interactions, and will make possible the improvement of the seismic hazard models of the region

Cette thèse présente une nouvelle vision de la structure interne de la Lune, au travers des données sismologiques Apollo, et des résultats récents de Clementine et Lunar Prospector. Après une revue de l'exploration et de la science lunaires, nous présentons la première utilisation des fonctions récepteur sur les données sismologiques lunaires, qui a permis d'identifier des phases Sp, converties à la base de la croûte. Nous décrivons ensuite notre ré-investigation complète des données sismologiques Apollo, et l'inversion des temps d'arrivée qui nous conduit à proposer un nouveau modèle de l'intérieur de la Lune. La principale caractéristique en est une croûte d'environ 30 km d'épaisseur, deux fois plus fine que les précédentes estimations. La dernière partie de la thèse envisage pour la première fois les données sismologiques en termes de variations latérales de profondeur du Moho, via une inversion de Monte-Carlo, dont les résultats sont directement comparables aux modèles gravimétriques.

La technique de calcul de sismogrammes synthétiques par représentation discrète des champs d'ondes a été étendue aux cas de milieux comportant des couches d'épaisseur variant latéralement ou des corps diffractants. La méthode employée repose sur une discrétisation des frontières et une linéarisation des équations intégrales traduisant les conditions aux limites en toute généralité. Cette technique reste valable quelque soient la forme des interfaces et la gamme de fréquence considérées. Cette approche a été appliquée dans le cas des ondes SH et dans le cas élastique (P-SV). Elle permet en particulier de traiter des problèmes d'interfaces quelconques entre des milieux stratifiés plans de manière très efficace. Le cas de profils de sismique (de surface et profils verticaux) à proximité d'un dôme dans un empilement de couches sédImentaires a pu être simulé. Le calcul de sismogrammes synthétiques a permis d'étudier les caractéristiques du rayonnement sismique produit par une source naturelle depuis la zone épicentrale jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres de distance. Il a ainsi été examiné les conditions d'émission des ondes par une fissure étendue. Les mécanismes de propagation et d'atténuation des phases sismiques régionales Pg et Lg ont été étudiés ainsi que les différents effets que produisent sur ces ondes les variations de profondeur et de mécanisme de la source. Les ondes Pg et Lg s'avèrent être des ondes respectivement partiellement et tota lement guidées dans la croûte . L'amplitude produite en surface par l'onde Lg est peu sensible à la présence de, variations locales de l'épaisseur de la croûte ou de la couche sédimentaire. A partir d'enregistrements courte-période, l'atténuation dans la croûte du centre de la France a été étudiée. Les résultats obtenus montrent une claire dépendance fréquentielle du facteur de qualité. La répartition géographique de ce dernier est très corrélée avec les caractéristiques géologiques locales.

Un des buts de ce travail est la mise au point et l'application de procédés de mesures in situ permettant de déterminer les caractéristiques dynamiques à introduire dans les codes numériques. Dans les méthodes spectrales, principalement utilisées dans cet ouvrage, les milieux géologiques sont caractérisés par un modèle de comportement de type viscoélastique linéaire qui, outre la densité, est défini par la vitesse de propagation sismique et le facteur de qualité. Le deuxième objectif principal de ce travail est de tester les capacités actuelles de prévision des effets de site à partir de cas réels. Plusieurs sites de contexte géologique différent ont été choisis en Belgique et en France ; des mouvements du sol dus à diverses sollicitations sismiques (tremblements de terre, tirs de carrière, chutes de poids) ont été enregistrés. Après une première phase de reconnaissance permettant de déterminer la structure géologique et les caractéristiques dynamiques en chaque site, la concordance entre les mouvements mesurés et calculés sera évaluée.

Le suivi de la déformation de la croûte terrestre durant la phase intersismique pour la recherche des transitoires nécessite des instruments précis capables d'opérer pour de très longues durées. Le projet ANR-LINES a visé le développement de trois nouveaux instruments : un sismomètre mono-axial, un inclinomètre hydrostatique à longue base et un inclinomètre de forage pendulaire. Ces trois instruments profitent d'un capteur interférométrique de déplacement à longues fibres optiques du type Fabry-Pérot Extrinsèque (EFFPI). Leurs architectures mécaniques et l'utilisation de longues fibres permettent à ces instruments géophysiques nouvellement fabriqués d'atteindre les objectifs fixés. Le premier objectif de cette étude est de proposer des méthodes adaptées à l'estimation de la phase du chemin optique dans les cavités Fabry-Pérot. Une modulation du courant de la diode laser, suivie par une démodulation homodyne du signal d'interférence et un filtre de Kalman permettent de déterminer la phase en temps réel. Les résultats sont convaincants pour des mesures de courtes durées mais exigent des solutions complémentaires pour se prémunir des effets de la variation des phénomènes environnementaux. Le capteur EFFPI intégré dans l'inclinomètre de forage LINES lui offre l'opportunité d'établir une mesure différentielle de l'oscillation de la masselotte pendulée grâce à trois cavités Fabry-Pérot. Le sismomètre LINES utilise lui aussi le capteur de déplacement EFFPI pour la mesure du déplacement de sa bobine. Une description de l'architecture mécanique de ces instruments et une analyse des phénomènes détectés (mouvements lents, marées, séismes, microséismes . . . ) font partie de cette thèse.

Cette étude présente tout d'abord la récente banque de données fort mouvement pan-européen qui est mis à jour et la version étendue de bases de données paneuropéennes précédentes. Les métadonnées relatives est soigneusement compilé et réévalué. La base de données est conforme aux normes élevées pour être des ressources de la communauté paneuropéenne de génie parasismique. Ensuite, une étude empirique non linéaire place amplification modèle, fonction de la moyenne en fonction du temps de la plus haute 30m profil de vitesse des ondes de cisaillement et l'accélération maximale du sol sur le roc, est développé. L'objectif principal de tirer un tel modèle est de l'utiliser dans les équations de prédiction des mouvements du sol (GMPEs). Par ailleurs, l'évaluation des facteurs de site dans les codes de conception parasismique montre qu'il est également applicable dans les facteurs de sites informatiques. À cette fin, une autre méthodologie qui prend en compte les résultats de l'analyse de l'aléa sismique probabiliste et déterministe modèles de site est proposé. Cette étude génère GMPEs de réponse élastique ordonnées spectrales horizontale et verticale d'amortissement de 5%. Plutôt que d'équations directs pour le mouvement vertical, afin d'obtenir spectre du danger horizontale et verticale cohérente, compatible GMPE de rapport vertical à horizontal est préférable. Modèles de mise à l'échelle d'amortissement supplémentaires pour modifier les spectres horizontaux et verticaux d'autres ratios d'amortissement sont proposées. / This study firstly presents the recent pan-European strong-motion databank that is updated and extended version of previous pan-European databases. The pertaining metadata is carefully compiled and reappraised. The database meets high standards for being resource of pan-European earthquake engineering community. Then, an empirical nonlinear site amplification model, function of time-based average of uppermost 30m shear wave velocity profile and peak ground acceleration on rock, is developed. The primary aim of deriving such a model is to use it in ground motion prediction equations (GMPEs). Besides, the evaluation of site factors in the seismic design codes shows that it is also applicable in computing site factors. To this end, an alternative methodology that considers the results of probabilistic seismic hazard analysis and deterministic site models is proposed. Finally, this study generates GMPEs for horizontal and vertical elastic response spectral ordinates for different damping values between 1% to 50%. Rather than direct equations for vertical motion, to obtain consistent horizontal and vertical hazard spectrum, compatible vertical-to-horizontal ratio GMPE is preferred. Additional damping scaling models to modify horizontal and vertical spectra at other damping ratios are proposed