La collision alpine a créé des structures complexes comme des chaînes de montagnes très arqués et des interactions compliquées entre les slabs subduits. La polarité de subduction est inversée à la transition entre les Alpes et les Apennins et les Alpes et les Dinarides. Le fait que la plaque Adria subducte en même temps vers l'ouest et vers l'est avec un fort pendage, presque verticalement, suggèrent une flexion importante de cette plaque. Notamment, si on considère de plus la proposition qu'Adria subducte aussi vers le nord sous les Alpes de l'est, ce qui est toujours sujet de discussion. Des déchirures dans le slab adriatique sous les Dinarides du nord à plus de 150 km de profondeur et sous les Apennins à moins de 200 km, pourraient être des signes d'une forte tension et, en conséquence, un détachement de la plaque adriatique. La plaque européenne pourrait aussi avoir subi plusieurs déchirures le long des Alpes. Cette hypothèse sujette à débat nécessite de nouveaux modèles tomographiques. Le modèle tomographique présenté dans cette thèse se base sur les vitesses de phase des ondes de surface pour donner un modèle 3-D à haute résolution des vitesses de cisaillement de la surface jusqu'à 200 km de profondeur. Ce modèle est unique de par sa haute résolution dans le manteau lithosphérique où des modèles antérieurs montrent de fortes incertitudes. Afin d'imager la croûte et le manteau supérieur en même temps, une combinaison des données de vitesses de phase des ondes de surface mesurés à partir des bruits ambiants ainsi que des séismes est utilisée dans cette thèse.Pour tester la validité de cette procédure, une comparaison détaillée des mesures de vitesses de phases et des structures imagées avec les deux méthodes est présentée. De l’analyse résulte un faible biais qui montre des vitesses plus élevées avec les données se basant sur des séismes par rapport aux données se basant sur le bruit ambiant. En comparant avec des travaux antérieurs, il est apparu que ce biais est dû à une différence méthodologique. Plusieurs paramètres qui pourraient influencer les mesures du bruit ambiant sont testés numériquement. Une cause unique n'a pu être identifiée. L'explication la plus probable pour le biais est une combinaison entre différentes sensibilités des méthodes aux structures et l'influence des modes supérieurs. Néanmoins, l'écart est suffisamment faible par rapport aux variations structurales pour être négligé.Un modèle final de vitesse de cisaillement de la région alpine est obtenu avec une résolution latérale d'environ 25 km dans la croûte peu profonde. Les tests synthétiques donnent une résolution approximative de profondeur estimée à 2 km près de la surface et de 5 km à la profondeur du Moho. Dans le manteau supérieur, la résolution baisse rapidement mais les structures principales des panneaux plongeants restent bien imagées jusqu'à une profondeur de 200 km le long des Alpes et des Apennins.La partie crustale du modèle donne des informations à haute résolution sur la taille et la profondeur des bassins sédimentaires et du corps d’Ivrée ainsi que sur la profondeur et la structure du Moho. Ce modèle de vitesses de cisaillement est le premier montrant autant de détails et couvrant les Alpes entières, il est proposé que le modèle pourrait servir comme référence pour la région.Le modèle montre les limites des zones de subduction et les régions de basses vitesses asthénosphèriques montants sous les bassins Ligure et pannonien. Des structures connues comme les déchirures de slabs sous les Apennins et les Dinarides sont imagés. Des découvertes supplémentaires ont été mises en évidence : une petite zone de faible vitesse qui coupe la lithosphère au nord des Dinarides est interprété comme l'expression d'une grande faille décrochante... / The plate collision in the Alps and adjacent orogens has created a complex picture of highly arcuate mountain belts and complicated interactions of subduction slabs. The subduction polarity is reversed from European to Adriatic subduction in the transition of the Alps to the Apennines and to the Dinarides. The subduction of Adria both to the west and east and the almost vertical dip of the slabs implies an important flexure of this plate. Even more so if one considers the proposed subduction of Adria also to the north under the eastern Alps, which is still a matter of discussion. Gaps in the Adriatic slab under the northern Dinarides, below 150~km depth and in the southern Apennines above 200~km may be signs of the stresses and the consequent tearing that the Adriatic plate is exposed to.Also the European plate has supposedly undergone one or several break-offs all along the Alpine arc. Especially in the eastern and western Alps it is still an open question whether the European slab is detached below the lithosphere. New tomographic models are thus needed.The herein presented tomographic model is based on surface-wave phase velocities and gives a picture of the shear-velocity structure from the surface to 200 km depth. It is the first high-resolution shear-velocity model of the entire Alpine crust and upper mantle. It is also unique in its good resolution in the lithospheric mantle, where previous body-wave models are subject to high uncertainties. In order to be able to image both crust and upper mantle, a combination of ambient-noise and earthquake-based phase-velocity measurements is used in the present thesis.The validity of this approach is tested by a detailed comparison of the phase-velocity measurements and the structures that are imaged from each method individually. A small bias between the methods results in slightly elevated velocities from earthquake measurements. By comparison with earlier works it appears that this bias is due to methodological differences. Several effects that may influence the ambient-noise records are tested with synthetic experiments, but no unique cause is found. The most likely explanation for the bias between the two methods is a combination of different structural sensitivities and the influence of higher modes. Nevertheless, the discrepancy is sufficiently small with respect to the structural variations that the bias can be neglected.A final shear-velocity model of the Alpine region is obtained which has a lateral resolution in the shallow crust of approximately 25 km. From synthetic tests, the average depth resolution is estimated to be 2~km close to the surface and 5 km for the Moho depth. In the upper mantle the resolution decreases significantly, but main slab structures are well imaged in the central Alps and the Apennines down to the bottom of the model at 200 km depth.Highlights of the crustal part of the model are size and depth of sedimentary basins, the Ivrea body and the Moho structure. Being the first shear-velocity model of this detail and extend it is proposed to serve as reference for the Alps...

Cette thèse s'intéresse au développement des méthodes d'auscultation sismique passive pour l'imagerie et la surveillance des mines profondes. Les résultats marquants sont 1/ la possibilité d'imager en profondeur les structures géologiques d'intérêt et 2/ la possibilité de suivre dans le temps les propriétés mécaniques des roches qui subissent les sollicitation associés à l'exploitation minière. Ce travail ouvre des perspectives quant à l'amélioration de la sécurité dans les mines profondes. / This work focus on using passive noise-based seismic methods to image and monitor the rock mass in underground mines. The main results show that it is possible to gain benefit from the diffuse ambient seismic field in mines to 1/ image the rock mass and 2/ monitor its mechanical property changes over time. This work opens a way to improve safety in deep underground mines.

Connaitre précisément la structure interne des corps célestes est indispensable pour, à la fois, comprendre la physique qui régit leur existence et le processus qui leur a donné naissance. La sismologie, d’abord appliquée à la Terre puis au soleil, s’est révélée être un outil très efficace pour sonder leurs intérieurs. Dans les années 70 (Vorontsov et al 1976), des premiers travaux théoriques ont étudié la possibilité d’une sismologie des planètes géantes gazeuses. Les premières tentatives de mesures d’oscillations ont eu lieu à la fin des années 80. La détection des modes d’oscillations de Jupiter s’est avérée une entreprise très délicate en raison de sa rotation rapide. Pour augmenter les chances de détection, un instrument spécifique a été construit au début des années 2000 à l’OCA. Cet instrument, appelé SYMPA, est un spectromètre imageur de type Mach-Zehnder capable de produire une carte de vitesse radiale de Jupiter. Une détection de modes d’oscillations sur Jupiter par cet instrument a été publiée par Gaulme et al en 2011. Une version améliorée de l’instrument (appelé DSI) a été proposée pour la mission spatiale JUICE à destination de Jupiter, et un nouveau prototype a été construit dans ce but. Par la suite, le projet s’est réorienté vers un programme d’observation depuis le sol sous la forme d’un réseau de trois télescopes répartis en longitude (USA, France, Japon) et financé par l’ANR à partir de 2015 (ANR JOVIAL). L’intérêt de la mise en réseau est d’assurer la continuité des données (météo mise à part). L’instrument étant capable de produire des cartes de vitesse radiales, le projet permet également l’étude de la dynamique atmosphérique des planètes géantes. Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte de préparation de JOVIAL, avec pour objectif de caractériser l’instrument en laboratoire et d’identifier les problèmes liés aux conditions réelles d’observation. Les mesures en laboratoires ont montré des performances conformes aux attentes, avec un bruit de mesure propre à l’instrument inférieur au bruit de photon attendu sur Jupiter. Les premières mesures sur le ciel avec un télescope ont mis en évidence une sensibilité de l’instrument au degré de polarisation de la lumière ainsi qu’une dérive de la vitesse mesurée liée aux instabilités de position de la pupille pendant les observations. Le design de l’instrument et de son interface avec le télescope a été revu pour résoudre ces problèmes. Plusieurs campagnes d’observations de Jupiter ont été réalisées, permettant de mettre sur pied une chaine complète de traitement des données, dont la validité a été vérifiée par des simulations réalistes. Les observations de Jupiter ont donné des résultats scientifiques particulièrement intéressants. L’analyse des données de deux campagnes de 2015 et 2016 a fourni des séquences temporelles de cartes de vitesses radiales de Jupiter. Une première étude a consisté à chercher dans ces cartes la signature des vents zonaux et de les comparer aux mesures réalisées par suivi des nuages sur des images résolues (cloud-tracking). Une telle mesure n’avait jamais été faite par effet Doppler. Le résultat, bien qu’affecté par des biais de mesures identifiés, montre des profils de vents stables d’une année sur l’autre et en cohérence avec les valeurs issues du cloud-tracking, sauf au niveau de la partie nord de la bande équatoriale de Jupiter. La mesure Doppler suggère en effet une vitesse de vent bien inférieure à la vitesse apparente dans cette zone, ce qui a potentiellement des implications sur les modèles de dynamique atmosphérique. Ces résultats sont très importants pour mieux comprendre les mesures de la sonde Juno, actuellement en orbite autour de Jupiter. L’analyse fréquentielle des données temporelles a été abordée en fin de thèse. Les analyses préliminaires ne semblent pas pour l’instant reproduire la détection de SYMPA. Une analyse plus poussée est nécessaire avant de conclure à une absence du signal. / To know precisely the internal structure of the celestial bodies is essential to both to understand the physics which governs their existence, and the process which gave them birth. First applied to the Earth and then to the sun, seismology has proven to be a very effective tool to sound their interiors. It has become natural and legitimate to question the possibility of seismology of gaseous giant planets. The first theoretical work was carried out in the 1970s (Vorontsov et al. 1976), and the first attempts to measure oscillations at the end of the 1980s. The detection of Jupiter's oscillating modes turned out to be very difficult (reduced flux, small apparent diameter, fast rotation ...). To increase the chances of detection, a specific instrument was built in the early 2000s at the OCA. This instrument, called SYMPA, is a Mach-Zehnder-type imaging spectrometer enable to produce radial velocity maps of Jupiter. A first detection of acoustic modes on Jupiter with this instrument was published by Gaulme et al in 2011. An improved version of the instrument (called DSI), based on the same principle, was built in the wake, with the primary objective of boarding a spacecraft to Jupiter. The project was finally reoriented towards an observation program from the ground in the form of a network of three telescopes equidistant in longitude (USA, France, Japan) and supported by the ANR fund starting in 2015 (ANR JOVIAL). The interest of the network is to ensure the continuity of data (weather apart). The instrument being able to produce radial velocity maps, the project also aims to study the atmospheric dynamics of giant planets. This thesis work is part of a preparation for JOVIAL, with the aim of characterizing the instrument and identifying the problems related to real observations conditions. Laboratory measurements showed expected performances with an instrumental noise level (related to thermal fluctuations) lower than expected photon noise on Jupiter. The first measurements on the sky with a telescope showed a sensitivity of the instrument to the degree of polarization of the light as well as drifts of the velocity measurements due the motions of the pupil position. Some adjustments of the design of the instrument and its interface with the telescope were necessary to solve these issues. Several Jupiter observation campaigns were carried out during the thesis, allowing the development of full data processing software. The complete procedure was tested against simulated data and validated. Two observations runs in 2015 and 2016 were analyzed to produce time sequences of radial velocity maps of Jupiter, providing very interesting scientific results. First, the maps were analyzed to look for the signature of the zonal winds and to compare them with the measurements made by cloud-tracking. Such measurements by Doppler effect were never made before. The result, albeit affected by measurement biases, showed stable year-to-year wind patterns and coherent results with cloud-tracking measurements, except at the northern part of the Jovian’s equatorial band. The Doppler measurement indeed suggests a wind speed well below the apparent speed in this area, which potentially has implications for the theory of atmospheric dynamics and will be helpful to interpret the Juno (a spacecraft presently orbiting Jupiter) measurements. Frequency analysis of temporal data was undertaken at the end of the thesis. The preliminary results do not seem for the moment to reproduce the SYMPA detection. Further analysis is necessary before concluding if the signal is absent or attenuated.

Dans le contexte de la conception minière dans un environnement en transition vers de hautes contraintes et actif sismiquement, comprendre les paramètres géomécaniques et opérationnels influençant la sismicité est essentiel. Les tirs à l’explosif de production, ainsi que lesstructures géologiques, sont des contributeurs importants à la sismicité. Une meilleure compréhension des interactions entre ces différents paramètres avec la sismicité permettrait aux opérateurs miniers d’optimiser la planification des travaux afin de protéger les travailleurs et d’éviter des délais de production. Une campagne géotechnique a été effectuée à la mine Éléonore en mars 2017 afin d’identifier les familles de discontinuités principales et caractériser la qualité du massif rocheux. L’hypothèse selon laquelle la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore est contrôlée par les structures géologiques locales, a été testée à l’aide d’une nouvelle méthode quantitative. De cette étude, la sismicité après un tir à l’explosif de production semble fortement associée à la famille principale subhorizontale. Une analyse par une méthode des moindres carrés partiels a été utilisée afin d’identifier parmi 78 paramètres opérationnels et géomécaniques lesquels corrélaientavec la réponse sismique associée avec un tir à l’explosif de production. De cette analyse, les principaux facteurs corrélés à la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore sont les structures géologiques majeures, la dimension des chantiers et le patron de forage. Par la mise en commun de ces deux études, les structures géologiques locales et régionales ressortent comme les principaux facteurs associés à une plus forte réponse sismique après un tir à l’explosif de productionà lamine Éléonore. Les paramètres opérationnels identifiés comme des facteurs contributeurs à la réponse sismique sont la taille des chantiers et le patron de forage. / Seismicity in the mining environment is controlled by factors including stope and development blasting, the presence of geological features, and stress conditions. The Goldcorp Eleonore mine is located in the James Bay region, Quebec, Canada. Its 800-metre depth makes Eleonore a relatively shallow mine when compared to other seismically active Canadian mines. Despite the mine’s depth, seismicity is a geotechnical hazard that may be arguably attributed to a particular stress regime and complex geology. An improved understanding of the seismic responses following blasting can decrease seismic risk and is beneficial to mine planning and productivity. Seismic responses to blasting were spatially delineated using a density-based clustering approach. The spatial characteristics of clusters were assessed using Principal Component Analysis (PCA). The best-fit planar representation of seismic event clusters was identified. The orientation of the best-fit planar representations was then compared to the mine’s local jointing to investigate the causative seismic source mechanism for these events. The results of this study show that seismicity is linked to local jointing.

Ce projet de maîtrise présente les résultats portant sur l'analyse de la post-rupture du glissement superficiel de Deschaillons, Québec, de 2019. Une investigation géotechnique et rhéologique du glissement a été réalisée, notamment à l'aide d'essais en laboratoire sur les débris du glissement. Ces essais, incluant une analyse granulométrique, des limites de liquidité et de plasticité, des essais au rhéomètre, ont permis de caractériser le sol comme étant un silt et sable ayant une consistance très molle et une plasticité considérée faible. De plus, une analyse numérique de l'écoulement des débris a été réalisée à l'aide du logiciel DAN3D. Une analyse paramétrique a contribué à l'évaluation de l'influence de la viscosité et du seuil d'écoulement sur la distance d'étalement des débris, l'épaisseur des débris, la vitesse des débris et ultimement la force d'impact générée par ceux-ci. De façon générale, il est observé que pour des seuils d'écoulement élevés, la viscosité a peu d'influence sur la distance d'étalement des débris. Ainsi, le seuil d'écoulement a une influence plus importante sur le comportement de l'écoulement que la viscosité. La force d'impact maximale modélisée pour les deux cas considérés les plus représentatifs de la réalité varie entre 191 N et 324 N. Finalement, une étude statistique regroupant les caractéristiques des glissements superficiels de cette région a été réalisée. À l'aide des données LiDAR de cette région pour les années de 2011, 2017 et 2019, cette étude révèle la présence de talus encore actifs avec le recensement de 14 cas de glissements de terrain superficiel sur une distance d'environ 7 km. / This M.$\!$Sc. thesis outlines the findings from the post-failure analysis of the superficial landslide that occurred in 2019 at Deschaillons, Québec. A geotechnical and rheological investigation of the landslide was carried out, using laboratory tests on the landslide debris. These tests, including a granulometric analysis, liquidity and plasticity limits, rheometer tests, made it possible to characterize the soil as being a silt and sand having a very soft consistency and a plasticity considered to be low. In addition, a numerical analysis of the debris runout was carried out using DAN3D software. A parametric analysis contributed to the evaluation of the influence of viscosity and yield stress on the runout distance of the debris, debris thickness, debris velocity and ultimately the impact force generated by the debris. It is observed that for higher shear strengths, the viscosity has little influence on the runout distance of the debris. Thus, the modelled yield stress has a greater influence on the flow behaviour than the viscosity. The maximum impact force modelled for the two cases considered the most representative of reality varies between 191 N and 324 N. Finally, a statistical analysis regrouping the characteristics of superficial landslides in this region was carried out. Using LiDAR data from this region for the years 2011, 2017 and 2019, this study reveals the presence of slopes that are still active with the recording of 14 cases of superficial landslides over approximately 7 km.

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.

Les methodes d'inversion par moindres carres necessitent la simulation de propagation d'ondes modelisees par des equations lineaires. C'est dans cette partie modelisation que se situe la majeure partie de notre travail qui comporte quatre chapitres. Dans le premier chapitre, nous etudions l'inversion d'un milieu localement perturbe, c'est a dire que nous recherchons une heterogeneite de forme donnee dans une matrice homogene. Nous montrons dans ce cas simple l'influence de la frequence de la source sur la non-linearite de la fonction cout. Dans le second chapitre, nous introduisons et analysons une famille de schemas numeriques pour l'equation des ondes acoustiques en milieu homogene. Ces schemas d'ordre sont deux ou quatre en temps et d'ordre quelconque en espace. Nous avons estime le cout informatique des simulations et preconise un choix du nombre de points par longueur d'onde et du nombre de points par periode. Ceci donne alors les pas d'espace et de temps. Dans le troisieme chapitre nous etudions la stabilite et la precision de cette famille de schemas numeriques en milieu heterogene. Nous obtenons des resultats quelque soit l'heterogeneite du milieu, et donnons l'ordre d'approximation de ces schemas numeriques en milieux heterogenes. Nous etudions egalement les condition absorbantes eponges. Dans le dernier chapitre nous nous sommes interesse a une estimation d'erreur a posteriori pour l'equation des ondes en milieu unidimensionnel. Ces estimations sont generalisables au cas bidimensionnel. Elles permettent de mesurer l'erreur commise sur la solution a l'aide de quantites calculables; donc on peut par procedure adaptive regler les pas de temps et d'espace.

Cette étude traite de la dynamique des éruptions volcaniques explosives, depuis les mécanismes de sub-surface jusqu’aux processus d’émission et de dispersion des pyroclastes. A cet effet un radar Doppler sol est utilisé (VOLDORAD), lequel renseigne sur la charge / vitesse des ejectas. Les données sont intégrées avec d’autres techniques géophysiques, et des modèles numériques sont développés afin de simuler les émissions pyroclastiques, générer des signaux radar synthétiques, pour finalement améliorer notre compréhension des processus qui leurs sont sous-jacents. L’Arenal (Costa Rica) est utilisé comme volcan cible, où de fréquentes éruptions de faible magnitude émettent des panaches de cendres et des projections balistiques jusqu’à quelques centaines de mètres au-dessus de l’évent. Dans un premier temps, nous combinons des données sismiques et radar afin d’explorer la relation entre les processus de conduit et les émissions pyroclastiques. Leurs interactions complexes sont interprétées via un modèle conceptuel, lequel décrit les fractures parsemant le bouchon de lave comme responsables du dégazage du système, et en retour des signaux sismiques et radar collectés (ces derniers dépendants de la charge en cendres des émissions de gaz). Par ailleurs, nous investiguons la dynamique des émissions pyroclastiques à travers l’étude de radargrammes Doppler. La distribution spatio-temporelle de la vitesse des ejectas indique l’existence de deux phénomènes aux dynamiques distinctes. Des modélisations numériques permettant la reconstruction de signaux synthétiques indiquent qu’il s’agit de l’émission simultanée de blocs balistiques et de panaches de cendres. Une procédure d’inversion de type Monte Carlo couplée d’un algorithme d’optimisation permet de retrouver les radargrammes synthétiques qui reproduisent au mieux ceux observés. Les résultats apportent des contraintes sur divers paramètres éruptifs, tels que les tailles, trajectoires, vitesses des ejectas et des gaz, ainsi que la vitesse / direction de dispersion des panaches de cendres par le vent. Enfin, nous discutons du potentiel des radars Doppler appliqués à la surveillance opérationnelle des émissions volcaniques. En particulier, la possibilité de quantifier les masses éjectées dans l’atmosphère ou retombant sur les flancs du volcan, fournit des paramètres éruptifs à la source pouvant alimenter les modèles de dispersion de panaches de cendres. / This study investigates the dynamics of explosive volcanic eruptions, from the sub-surface source mechanisms through to the emission dynamics and downwind dispersal of tephra. To this end, we use a ground-based Doppler radar (VOLDORAD) which informs on the loading / velocimetry of the expelled ejecta. Data are integrated with complementary geophysical techniques, and numerical models are developed to simulate pyroclastic emissions, generate synthetic radar data, and in turn enhance our understanding of the underlying dynamical processes. Arenal (Costa Rica) is used as a case study volcano, where frequent mildly-explosive eruptions commonly expel ash plumes and ballistic projections up to a few hundred meters above the vent. Firstly, we combine seismic and radar data to investigate the link between conduit processes and pyroclastic emissions. A conceptual model is proposed to account for their complex interplay, whereby fractures through a rigid lava cap control the system’s degassing, which in turn governs both the seismic and radar signals (the latter depending on the ash load carried by the gas). Secondly, we investigate the dynamics of pyroclastic emissions from the analysis of Doppler radargrams. Time-velocity distribution of the expelled tephra shows the signature of two distinct phenomena. Numerical modeling and computation of synthetic radargrams show that these are consistent with both ballistic projections and ash plume crossing the beam simultaneously, whose respective mass load can be derived. Inverse modeling using a nearneighborhood Monte Carlo procedure was used to find synthetic Doppler radargrams which best matched the observed ones. The results give constrains on eruptive parameters, such as the size, trajectory, exit velocities and source gas velocities of the ballistics, as well as the speed / direction of the ash cloud drifted by trade winds. Lastly, because Doppler radars are powerful tool for real-time allweather monitoring of volcanic activity, we address issues relative to the operational radar monitoring of ash plumes. In particular, the ability to remotely quantify the mass proportions of ejecta either falling on the slopes of the volcano or prone to be ejected into the atmosphere, gives source eruptive parameters which may feed volcanic ash dispersal models.

Depuis maintenant une dizaine d'années, la vision du cycle sismique en zone de subduction a beaucoup évolué. Des découvertes récentes ont mis en évidence une grande diversité des régimes de glissement dans ces zones, avec notamment des glissements asismiques transitoires appelés « séismes lents » (SSE) et des vibrations de faibles amplitudes, persistantes dans le temps, appelées « trémors non volcaniques » (NVT). Ce travail a pour objectif l'étude des trémors non volcaniques afin de caractériser ces nouvelles manifestations des zones de faille. Nous avons abordé ce problème avec deux approches distinctes :1. Observer les trémors dans le milieu naturel afin de déterminer leurs caractéristiques. La zone étudiée correspond à la lacune sismique de Guerrero le long de la subduction mexicaine. Nous avons développé une méthode de détection et de localisation des NVT au Mexique grâce à des analyses d'antennes par formation de voie sur les corrélations. Cette méthode permet de mettre en évidence cer taines caractéristiques des NVT : une complexité des sources pour un épisode de trémors, une corrélation entre les activités de NVT et les pics de vitesse des glissements lents à plus long terme. Par ailleurs, l'étude de l'impact du séisme de Maule (2010, Chili, Mw 8.8) au Mexique montre qu'il a déclenché le second sous évènement du séisme lent de 2009-2010. Ce déclenchement d'un SSE s'ac- compagne de fortes activités de trémors, modulées par les ondes du séisme de Maule dans un premier temps, puis simplement associées au SSE.2. Modéliser les trémors expérimentalement et numériquement pour mieux com- prendre leur origine physique et leurs évolutions sur le long terme. Nous avons en particulier utilisé une expérience de frottement à faible vitesse qui indique une corrélation systématique entre les accélérations d'un glissement et l'émission de signaux qui ressemblent à des NVT. Une modélisation numérique de la zone de subduction mexicaine est également présentée et montre la possibilité de reproduire des trémors en considérant une transition d'affaiblissement critique associée à un processus de décrochage. / The vision of the seismic cycle in subduction zones has considerably evolved over the last 10 years. New discoveries has pointed the diversity of slip behaviors in these zones with aseismic slow slip called « slow slip events » (SSE) and persistent low amplitudes vibrations called « non-volcanic tremors » (NVT). The goal of this thesis is to study the non-volcanic tremors in order to characterize these new manifestations of fault zones. We used two different approaches: 1. We first observed the non-volcanic tremors in the nature in order to characterize this phenomenon. The area of interest is the Guerrero seismic gap along the Mexican subduction zone. We develop a new detection and location method based on beamforming of correlations of seismic signals. This new method exhibits some characteristics of NVT: a complex source for a single tremor episode and a correlation between the NVT episodes and the long-term peak of movement velocity in southwards direction. Moreover, the study of the consequences of the Maule earthquake on the Mexican subduction zone showed that this earthquake triggered the 2009-2010 SSE in Guerrero. This triggering of slow slip is accompanied by strong seismic tremor actvity that are first modulated by the passing waves and then associated to the SSE. 2. We model numerically and experimentally the tremors in order to better understand their physical origin and their long-term evolution. We used a very slow friction experiment that indicates a systematic correlation between slip acceleration of a slider and emission of acoustic signals that are similar to NVT. A numerical modeling of the Mexican subduction zone is also presented and shows the possibility to reproduce NVT with a critical depinning transition.

L'objectif de cette thèse est de construire un modèle d'atténuation sismique du manteau supérieur dela Terre en utilisant un jeu de données original construit par Debayle et Ricard (2012). Ce jeu dedonnées est l'un des plus complet au monde (plus de 375 000 sismogrammes analysés pour extrairel'atténuation et la vitesse de phase du mode fondamental et des cinq premiers harmoniques des ondesde Rayleigh).Les mesures d'atténuation sont tout d'abord traitées pour extraire les effets de l'expansion géométriqueet de la focalisation, minimiser les effets d'erreurs sur la source, écarter les mesures incertaines etregrouper les mesures redondantes. Elles sont ensuite régionalisées pour obtenir des cartes desvariations latérales de l'atténuation des ondes de Rayleigh pour chaque mode et chaque période. Ladernière étape est l'inversion en profondeur des cartes. Elle permet d'obtenir QsADR17, un modèle 3Dde l'atténuation des ondes S dans le manteau supérieur.QsADR17 est corrélé avec la tectonique de surface jusqu'à 200 km de profondeur, avec une faibleatténuation sous les continents et une forte atténuation sous les océans. Des anomalies de forteatténuation sont observées jusqu'à 150~km de profondeur sous les rides océaniques, et persistent à plusgrande profondeur jusque dans la zone de transition sous la plupart des points chauds. La présence delarges anomalies atténuantes situées à 150 km de profondeur sous l'océan Pacifique suggère queplusieurs panaches thermiques viennent s'étaler dans l'asthénosphère. Nous avons également détecté laprésence d'hétérogénéités de composition à la base des cratons et dans un certain nombre de régionsactives. / The aim of this study is to build a 3-D attenuation model of Earth's upper-mantle using a unique datasetbuilt by Debayle & Ricard (2012). This dataset is among the largest in the world: more than 375,000seismograms were analyzed to extract Rayleigh-wave attenuation and velocity measurements for thefondamental mode and the five first harmonics between 40 and 240 s periods.First, attenuation measurements are processed to extract the effects of geometrical attenuation and offocusing and defocusing, in order to minimize the influence of errors on the seismic source, to avoidpotentially incorrect data, and to cluster redondant measurements. Then, measurements are regionalizedto obtain Rayleigh-wave maps for each mode and each period. The last step is the inversion of thesemaps to obtain the depth dependent attenuation. Eventually, we obtain QsADR17, a 3-D model of Swaveattenuation in the upper mantle.QsADR17 is correlated with surface tectonics down to 200 km depth, with low attenuation under thecontinents and high attenuation under the oceans. High-attenuation anomalies are found under oceanicridges down to 150~km depth, and under most of the hotspots at larger depth down to the transitionzone. A large high-attenuation anomaly at 150~km depth under the Pacific ocean suggest that thermalplumes pound into the asthenosphere. We also detect compositional heterogeneities at the base of thecratons and in active areas.