Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100. / Several major earthquakes have struck the 2500 km long Himalayan range during the past century. However, both the maximum size of such earthquakes and the probability of occurrence of a magnitude 9 megaquake are still a mater of debate. In this framework it is of key importance to investigate the lateral segmentation of the Himalayan arc in order to deepen our understanding of the mechanisms that control such events as well as their extents. Besides the remarkably uniform tectonic set-up and the fact that most studies on the Himalayas have focused on Central Nepal, several indications of along strike changes can be gathered.This thesis brings new constraints on lateral variations of crustal structure and of deformation between western Nepal (~80°E) and eastern Bhutan (~92°E).The first part of this thesis focuses on the lateral variations of crustal structure. In the past three years we have carried out four land gravity campaigns. We have established 366 new gravity measurement points to fill the data gaps in central and western Nepal as well as in Bhutan. This new dataset, together with available seismological data, is used to constrain thermo-mechanical models of the bending of the India plate underneath the Himalayas. While the inferred crustal geometry does not exhibit major along-strike variations over central and eastern Nepal, the shorter wavelength flexure of the lithosphere in Bhutan is associated with a weaker upper mantle rheology.The second part focuses on the lateral variations of recent deformation in the Himalayas. Fifteen years of paleoseismological investigations have extended the catalogue of major Himalayan events over the last millennium. Combining these information with secular loading, we assess the spatial and temporal stress changes on the Main Himalayan Thrust along the orogen over the last nine centuries. Our calculations indicate that inter-seismic loading has now nearly overcome the Coulomb stress decrease caused by the great ~1100 medieval earthquake. Our results also point out that the 1897 Shillong plateau earthquake does not have a major influence on the stress accumulated on the Main Himalayan Thrust since then. In order to better characterize active tectonics in the Bhutan Himalayas where no studies were done so far, we carried out a morphotectonic analysis in the south-central part of the kingdom. We show that the same amount of Holocene deformation is accommodated on the frontal thrust in Bhutan as on the neighbouring portions of the Himalayan arc. We also find evidences for two major (M>8) earthquakes on this thrust in the Bhutan Himalayas during the last millennium. Our results therefore show that Bhutan cannot be considered as a seismic gap. They also challenge the interpretation of one single ~1100 medieval mega-event that would have ruptured the Main Frontal Thrust from central Nepal to eastern Bhutan.

La tectonique récente et actuelle de l'arc des Alpes occidentales internes est étudiée ici d'un point de vue structural et sismologique. L'approche pluridisciplinaire de ce sujet a permis de caractériser un régime tectonique tardi-alpin extensif à grande échelle dans les zones internes. L'analyse structurale et morphotectonique d'une zone cible, au sud-est du massif du Pelvoux, montre qu'une fracturation tardi-alpine extensive s'y exprime suivant un réseau de failles longitudinales et transverses à l'arc alpin. Cette déformation cassante est postérieure à la mise en place des nappes de charriage, à leurs plissements et aux schistosités associées, la dernière se développant au cours du Miocène. Elle se poursuit au Plio-Quaternaire, comme le montre un faisceau d'indices néotectoniques. Un jeu décrochant est postérieur au jeu normal ; il s'exprime par des mouvements dextres suivant les failles longitudinales et sénestres suivant les failles transverses. Le calcul des champs de contraintes associés (inversion des données microtectoniques) montre que les jeux normaux et décrochants correspondent à une seule « phase » tectonique globalement transtensive au cours de laquelle il y a permutation des axes de contraintes principaux. La zone cible fait partie de l'arc sismique briançonnais. Le calcul des mécanismes au foyer dans ce secteur établit que l'extension cassante tardi-alpine se poursuit actuellement. L'amélioration des localisations par l'utilisation de modèles de vitesses élaborés (1D/3D) a permis de montrer que plusieurs failles reconnues par l'analyse structurale sont sismiques. L'étude de la fracturation et les coupes sismotectoniques en arrière du front pennique crustal montrent que les failles normales se branchent sur cette discontinuité majeure de l'arc alpin, et suggère sa réactivation en détachement extensif. Les résultats d'une campagne de mesures GPS de 1996 dans la zone cible, comparés à des données IGN de 1972, sont compatibles avec les analyses sismotectonique et structurale. Ils mettent en relief une déformation plutôt décrochante, avec des vitesses de l'ordre de 3 à 4 mm/an. La déformation asismique dépasse 90% de la déformation totale déduite de ces mesures, durant le laps de temps considéré. L'élargissement de l'approche sismotectonique à l'ensemble des zones internes de l'arc alpin occidental montre que l'extension se développe au nord jusqu'au massif de l'Aar, et à l'est dans l'arc sismique piémontais. L'activité de ce dernier se localise à la bordure occidentale du corps d'Ivrée, laquelle fonctionne actuellement en faille normale. Le calcul du champ de contraintes actuel (inversion des solutions focales) permet de caractériser une extension radiale à l'arc alpin occidental dans une grande partie de ses zones internes. Elle entraîne la réactivation en extension des structures crustales majeures (front pennique crustal et bordure ouest du corps d'Ivrée). De part et d'autre de la zone en extension, le champ de contraintes est compressif (à l'est sous la plaine du Pô ; à l'ouest au front des massifs cristallins externes). L'extension affecte donc une zone de 400 km de long et de 50 km de large au coeur d'une chaîne en convergence. Une compétition entre des forces de volume dans la racine lithosphérique alpine et les forces aux limites de la chaîne (translation et rotation du poinçon apulo-adriatique) pourrait être à l'origine du contraste de régimes tectoniques mis en évidence dans l'arc alpin occidental. Nous proposons deux modèles dynamiques dans lesquels l'extension s'explique par le détachement ou le retrait d'un panneau lithosphérique plongeant sous la racine alpine.

Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100.

Le Nord de l'Amérique Centrale est une zone complexe d'interaction entre trois grandes plaques tectoniques majeures : La plaque Caraïbe (CA) la plaque Amérique du Nord (AN) et la plaque Cocos (CO). Alors que la plaque Cocos subducte sous les plaques Caraïbe et Amérique du Nord, le mouvement relatif entre ces deux dernières plaques, en domaine continental, est principalement accommodé par le système de failles décrochantes sénestres Est-Ouest Polochic-Motagua. Nous avons installé, début 2005 et pour une période de 6 mois, un réseau de 30 stations sismologiques afin d'analyser l'activité sismique actuelle du système de failles Polochic Motagua ainsi que d'imager la structure de la lithosphere en profondeur. Nous montrons que l'activité sismique enregistrée est principalement concentrée au-dessus de 15 km de profondeur et distribuée le long des deux failles de Polochic et de Motagua qui montre une activité comparable. Aucun événement enregistré n'est associé à la faille de Jocotan. Nous observons également l'activité d'un des grabens Nord-Sud situé au sud de la faille de Motagua ainsi que probablement des plis Est-Ouest situés au Nord de la faille de Polochic. A l'aide de la méthode de fonctions récepteur nous avons localisé la discontinuité de Mohorovic à une profondeur moyenne de 35 kilomètres. L'image du Moho le long d'un profil perpendiculaire au système de faille semble suggérer qu'il existe un amincissement de la croûte entre les failles de Polochic et de Motagua bien que ce résultat reste à confirmer. Dans le but de caractériser la déformation à la jonction triple CA-CO-AN, en terme d'interactions et de contribution relative des différentes structures (les failles de Polo- chic, de Motagua, la série de grabens Nord-Sud, l'arc volcanique...) et l'interface de subduction, nous avons utilisé des données GPS provenant de différents réseaux géodésiques localisés au Guatemala (24 sites mesurés en 1999, 2003 et 2006), au Chiapas, Mexique méridional (8 sites mesurés tout les ans entre 2002 et 2005) et au Salvador (3 sites mesurés en 2003 et 2006). Les données ont été traitées et combinées avec les logiciels GAMIT et GLOBK. Le champ de vitesse obtenu fut dans un premier temps ajusté à l'aide d'un simple modèle élastique. La faille de Motagua semble accommoder la majorité du mouvement sénestre entre les plaques CA et AN, dont seulement 15% est accommodé par la faille de Polochic malgré sa morphologie, son histoire sismique récente et sa sis- micité actuelle comparables à celles de la faille de Motagua. Ceci semble suggérer des interactions mécaniques complexes entre les deux failles décrochantes à l'échelle de plu- sieurs cycles sismique ou une rhéologie complexe de la lithosphère sous le système de failles Polochic-Motagua. Un modèle à une seule faille centrée sur la faille de Motagua bloquée sur 15 km de profondeur suggère une vitesse de glissement décroissante d'Est (20 mm/an) vers le centre du Guatemala (15 mm/an) vers la jonction triple CA-CO-AN (∼ 0 mm/an). Cette décroissance semble être cohérente avec le taux d'extension Est-Ouest observé à travers les grabens d'Ipala et de Guatemala-City. Nous observons également un mouvement dextre à travers l'arc volcanique d'Amérique Centrale d'environ 15mm/an au salvador et 10mm/an au Guatemala. Ce mouvement est cohérent avec celui observé plus au Sud au Nicaragua et au Costa-Rica. Afin de prendre en compte les rotations de blocs et la déformation élastique localisée sur des failles situées aux frontières de ces blocs, nous avons utilisé un modèle élastique inverse 3D (DEFNODE, McCaffrey, 2002) pour ajuster notre champ de vitesse. Un modèle à 4 blocs (CO, CA, AN et une micro plaque côtière située entre l'arc volcanique d'Amérique Centrale et l'interface de subduction CO/CA) suggère un couplage décroissant à l'interface de subduction du Chiapas vers le Guatemala bien que ce résultat ne soit pas entièrement résolu par la densité actuelle de nos données.