En août 1883, l'éruption du Krakatau a provoqué des vagues de tsunami. Au centre et au Nord du détroit de la Sonde, peuples au moment de l’évènement de 1883 ont fourni de nombreux témoignages visuels des phénomènes volcaniques et des tsunamis. Les côtes sauvages et austères du Sud, notamment de la région de Ujung Kulon ont toujours été exemptes de populations. Il existe donc des lacunes dans les connaissances concernant le nombre et les caractéristiques des inondations de tsunamis sur ces côtes de Ujung Kulon. L’objectif de ce travail est d’explorer et de comprendre la façon dont les tsunamis générés par les différentes phases éruptives du Krakatau en1883 ont eu lieu à Ujung Kulon sur la base d’un déchiffrage aussi poussé que possible de l'enregistrement de phénomènes extrêmes dans des dépôts sédimentaire le long des littoraux sud du détroit de la Sonde. Pour atteindre cet objectif, trois méthodes d'analyse de texture et de composition sont appliquées, à savoir l'analyse de distribution granulométrique, l'identification des microfaunes et l’Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique (ASM). Les résultats des analyses ont démontrés cependant que l'isthme en péninsule de Ujung Kulon a enregistré 4 (quatre) tsunamis liés aux éruptions et évidences que chaque vague a été enregistrée deux fois: i) par un flux direct provenant du détroit de la Sonde en ligne droite, ii) par une vague venant de l'océan Indien, retardée dans le temps après avoir été réfractée dans l’extrémité ouest de la péninsule de Ujung Kulon (près de l'île Panaitan). Cette preuve était unique et pourrait être liée au contexte géomorphologique exceptionnel de la péninsule de Ujung Kulon, y compris l'isthme et ses baies en forme de V, qui en font l'un des pièges les plus remarquables de dépôts de tsunami. / The giant tsunamis generated by the tremendous eruptions of Krakatau in 1883 were recorded along the coasts of Sunda Strait. Eyewitnesses testimony, tidal and pressure gauges recorded at Batavia (Jakarta), and tsunami signatures left by such event have been mostly used by researchers to evidencing the occurrence of the 1883-Krakatau tsunami around the Sunda Strait. Yet, there was still gap in knowledge when talking about the evidences of the 1883-Krakatau tsunami in the southern part of Sunda Strait and around Indian Ocean, due to the lack of eyewitness and a fact that some of the coasts is mostly noted as the remote areas. Laban Isthmus, one of the intriguing coastal landforms located 80 km to the south of Krakatau and connect Ujung Kulon Peninsula to Java Island, displayed the potential to record marine flooding events issuing from Sunda Strait and Indian Ocean. This study demonstrated however that the isthmus has recorded 4 (four) tsunami events related to the eruptions. Based on a new combination approach of sedimentary and micro-fossils analyses with the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) technique, the result of the study evidenced that each wave was recorded twice: i) by a direct flow coming from the Sunda Strait in straight line, ii) by a wave coming from the Indian Ocean, delayed in time after having been refracted around the West-end of Ujung Kulon Peninsula (near Panaitan Island). Such evidence was unique and could be related to the exceptional geomorphological context of the Ujung Kulon Peninsula, including the isthmus and its V-shape bays, which made it one of the most remarkable traps of tsunami deposits.

Coburn et Spence (2002) rappellent qu'au cours du dernier siècle, le coût des séismes ramené à la valeur de l'année 2000 est de l'ordre de mille milliard de dollars. Rapporté par an, ils constatent que cette valeur augmente au cours du XXème siècle, essentiellement à cause de l'augmentation et de la concentration des populations dans les grands centres urbains exposés à un aléa sismique fort. Des agglomérations de plus en plus grandes, exposées aux séismes et constituées d'un habitat hétérogène et de qualité très variable, sont donc les ingrédients qui positionnent le milieu urbain à l'étape la plus critique de l'évaluation du risque sismique. Cette position est renforcée du fait que de nombreuses villes gigantesques (mega-cities) exposées se trouvent, pour des raisons historiques et sociologiques, sur des remplissages sédimentaires majeurs, facteur aggravant de l'aléa sismique local. Le bâti existant va également présenter une hétérogénéité forte, conséquence de l'évolution de ses caractéristiques structurales au cours du temps, renforçant l'idée d'une ville vulnérable et fragile. Enfin, tandis que le risque sismique consiste bien souvent à aborder séparément l'aléa de la vulnérabilité, il n'est pas surprenant que l'urbain puisse modifier, perturber, voir même contaminer le mouvement sismique incident, en particulier lorsque l'habitat est dense et massif, ce qui à l'aube du 21ème siècle semble être l'évolution majeure des grandes concentrations urbaines. Au cours de cet exposé, nous aborderons la sismologie urbaine en essayant de comprendre sur des résultats expérimentaux récents la façon de réagir d'un milieu urbain à une sollicitation sismique. Deux échelles d'espace seront discutées: la réponse de la ville en montrant comment celle-ci peut à la fois subir le séisme (vulnérabilité sismique) et contribuer de façon significative au mouvement du sol (interaction site-ville); et la réponse d'une structure simple en évaluant sa capacité à se déformer sous une sollicitation sismique (analyse modale opérationnelle) et à prédire son intégrité à la fin de la secousse (courbes de fragilité et structural health monitoring).

Un des problèmes non résolus en sismologie concerne l'occurrence de séismes de forte intensité dans des régions intra plaques à faible déformation. Ce paradoxe (forte magnitude, faible déformation) a été l'objet de nombreux travaux qui intéressaient surtout la zone de New Madrid et le Canada. Cette thèse présente un même type d'étude pour la France et particulièrement pour le centre et l'Ouest où nous bénéficions de bons catalogues de sismicité, de connaissances géologiques précises et de récents résultats de géophysique. Le travail effectué concerne tout d'abord une révision de la sismotectonique dans une région englobant la Normandie, la Bretagne, la Charente et le Massif Central. L'augmentation du nombre de stations sismologiques permet en effet une ré-évaluation de la connaissance sismotectonique régionale, par une relocalisation des séismes, le calcul de nouveaux mécanismes au foyer et par une meilleure définition des champs de contraintes obtenus par inversion des mécanismes au foyer. Ce travail met en évidence un champ décrochant à compression NW-SE de signification régionale, mais aussi trois perturbations extensives au niveau du sud de la Bretagne, du seuil du Poitou et de l'est du Massif Central. L'échelle des perturbations, argumentent en faveur de processus d'ampleur crustale à lithosphérique. Nous proposons d'associer ces perturbations (Bretagne, Poitou) à l'influence d'une force de traction initiée dans Golfe de Gascogne, au niveau de la marge de Galice et pour le Massif Central, à la surrection sous l'effet de la remontée d'un panache mantellique à la base de la lithosphère. L'étude de la répartition des failles, du flux de chaleur et des solutions d'Euler, calculées à partir de l'anomalie de Bouguer régionale, permet de mieux comprendre la distribution des séismes, la concentration des contraintes et l'occurrence de séismes de magnitude supérieure à 4 dans cette région à très faible déformation. Des modélisations thermomécaniques 2D et 3D tenant compte des facteurs à la fois structuraux, thermiques et rhéologiques permettent de valider ces hypothèses.

Depuis maintenant une vingtaine d'années, l'essor des télécommunications numériques a généré toute une panoplie de méthodes dites de déconvolution aveugle. Celles-ci permettent de séparer les différentes composantes d'un produit de convolution sans en avoir aucune connaissance a priori. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier leurs modalités d'applications à la sismologie, afin notamment, d'estimer la fonction source du mouvement sismique ou les effets de site. L'adaptation de la déconvolution à phase minimale au signal de coda, nous a permis d'identifier les fonctions sources de deux types d'évènements sismiques : l'explosion sous-marine du Kursk (12/08/2000), d'une part et le séisme de Rambervillers (22/02/2003, Ml=5.4) d'autre part. Nous avons ainsi pu estimer respectivement la profondeur, la charge de l'explosion ainsi que la durée et le moment sismique du séisme. Grâce à cette méthode, nous avons montré qu'il est aussi possible d'estimer les effets de site en différentes stations du RAP pourtant séparées de plusieurs dizaines de kilomètres. Nous avons ensuite appliqué les méthodes de déconvolution aveugle par statistique d'ordre supérieur aux signaux de coda stationnarisés du séisme de Rambervillers. Ces méthodes ont l'avantage de supprimer l'hypothèse de phase minimale, contraignante et théoriquement non justifiée en sismologie. La fonction source obtenue grâce à la tricorrélation moyennée sur l'ensemble du réseau, est très similaire à celle obtenue après déconvolution par fonction de Green Empirique. Les exemples traités montrent que les méthodes développées ici sont très prometteuses et mériteraient d'être appliquées à de nombreux autres jeux de données.

1 ° partie: Géométrie et cinématique de la subduction égéenne. Utilisant le fichier de séismes localisés parl'ISC, nous avons effectué un tri (fonction du nombre de lectures, de la couverture azimutale, des ondes pP etc ... ) concernant les séismes subcrustaux. Ce tri nous permet de définir une géométrie précise de la subduction, peu pentée sur environ 150 km, puis plongeant avec un angle de 45° jusqu'à 150 km de profondeur. Cette géométrie, qui n'est pas symétrique, est en accord avec le modèle cinématique de McKenzie . Les vecteurs glissements des mécanismes principaux, le long de l'arc, montre une grande dispersion pour les mécanismes crustaux, mais une direction moyenne similaire à celle du rapprochement Europe-Afrique pour les séismes intermédiaires. 2° partie: Structure en vitesse sous le Péloponnèse. L'inversion des temps d'arrivée de séismes locaux, enregistrés dans un réseau couvrant le Péloponnèse, montre une grande stabilité des résultats quelque soit le type d'onde considéré. Les anomalies de surface sont représentatives de la géologie de surface. Dans la croûte nous retrouvons la direction NW-SE, correspondant aux grandes unités structurales. Sous la croûte, une anomalie rapide peut être associée à la lithosphère plongeante. 3° partie: Structure en atténuation sous le Péloponnèse. Nous avons calculé le facteur Qc à partir de la décroissance de l'amplitude de la coda de séismes locaux enregistrés sous forme numérique dans le Péloponnèse. Une régionalisation du facteur Qc met en évidence une atténuation plus élevée sous le Péloponnèse que sous les bordures, ceci traduit probablement le passage d'une croûte amincie à une croûte épaisse. La variation de Qc avec la fréquence suit une loi de la forme Q, =73.5±34.5f.05±.11 similaire à ce qui est observé dans les régions à tectonique active.

Les failles importantes en coulissage orientées NS comme la faille du Zendan-Minab-Palami (ZMP) et la faille de Borazjan-Kazerun-Dena séparent des styles différents de déformation au sud de l'Iran. Le ZMP sépare la zone de collision du Zagros à la zone de subduction du Makran. Nous utilisons des données microsismiques et téléséismiques enregistrées par un réseau temporaire de 50 stations qui a fonctionné en novembre et décembre 1999. La microsismicité observée dans cette région montre une activité diffuse entre la faille de Zendan-Minab-Palami et la faille de Jiroft, limitée par la dépression du Jaz-Murian. La distribution de la sismicité en profondeur montre que nos données sont localisées entre 15-35 km, plus profond que dans le Zagros et avec une augmentation des profondeurs vers le NE. L'analyse des mécanismes au foyer montre des mécanismes en coulissage dextre et des mécanismes en chevauchement de pendage faible distribués en profondeur. L'inversion des résidus des séismes locaux montre une anomalie de vitesse plongeant vers le N associée aux séismes. La tomographie téléséismique confirme une variation importante de la structure au passage de la faille zone de Zendan-Minab-Palami, rapide sous le Zagros, lente à proximité du ZMP, qui affecte toute la croûte et le manteau supérieur. L'analyse des fonctions récepteurs montre une structure complexe sous la zone de faille de Zendan-Minab-Palami avec des conversions dans la croûte supérieure à 15 km . En revanche l'interface observée pour la région du Makran se situe à 35 km profondeur. Un réseau temporaire de 29 stations sismologiques a fonctionné en avril et juin 2002 dans la région de Borujen située dans le Zagros nord , au nord du système Qatar-Kazerun. La distribution de la sismicité dans cette région est diffuse et suit approximativement la direction des structures tectoniques, la faille de Dena, d'Ardal (MRF) et le HZF. En revanche le MZT (Main Zagros Thrust) n'est pas sismiquement actif. La sismicité est localisée entre 2-16 km de profondeur et montre des alignements verticaux à proximité de la faille d'Ardal et la faille de Dena. L'analyse des mécanismes au foyer montre des mécanismes en décrochement et des mécanismes en chevauchement. L'étude de la structure de la croûte en utilisant la méthode des fonctions récepteurs montre une conversion claire à 60 km de profondeur sans aucune variation importante au passage de la faille de Dena.

La première partie de la thèse analyse les relations entre séismes et contraintes. Après un rappel sur la mécanique des milieux continus et son application aux contraintes dans le globe, on présente le calcul des déplacements engendrés par une faille rectangulaire de jeu et de pendage quelconques, dans un demi-espace élastique homogène. La deuxième partie est consacrée à l'étude des doublets sismiques, c'est-à-dire des paires de séismes ayant des formes d'onde identiques. On distingue des doublets temporels, situés au même endroit mais à des dates différentes, et des doublets spatiaux situés à quelque distance l'un de l'autre (au plus quelques centaines de mètres), mais à des dates très rapprochées. L'étude de ces données est fondée sur une analyse interspectrale par fenêtre mobile. Pour une fenêtre donnée, on mesure le délai (décalage en temps) entre les deux signaux en calculant la pente du déphasage en fonction de la fréquence. On calcule aussi la cohérence et le rapport spectral pour chaque fréquence. Le délai est mesuré avec une précision atteignant 1 ms, et ceci en tout point du sismogramme. L'étude porte sur 24 doublets et multiplets (67 séismes au total) situés en Californie centrale, à l'aide d'une soixantaine de stations du réseau CALNET. La relocalisation relative des séismes d'un multiplet est faite avec une précision atteignant 1 mètre. On a pu ainsi démontrer la simplicité et l'unicité locale des plans de faille en profondeur. Le délai mesuré dans la cauda permet de préciser l'origine de celle-ci, profonde pour les stations à l'écart des failles, superficielle pour les stations à l'aplomb des grandes failles. L'étude des doublets temporels permet de mesurer les variations de vitesse des ondes dans la croate avec une grande précision. Une variation régionale induit un " étirement de sismogramme ". La mesure de ce dernier permet une résolution de 0,01 % de variation de vitesse des ondes S. Les variations ainsi mesurées atteignent 0,4 % dans la région de Hollister et sont attribuées au séisme de Coyote Lake (M=5,6).

Les petits séismes ne sont pas destructeurs, ils font peu parler d'eux, pourtant ils sont très utiles. Ce mémoire d'HDR décrit à travers plusieurs travaux de recherche comment les petits séismes peuvent être utilisés pour (1) comprendre la source des séismes plus importants par un processus d'inversion des fonctions de Green empiriques (2) imager les failles actives grâce à des méthodes de localisation et relocalisation relative (3) prédire les mouvements du sol engendrés par des séismes majeurs à partir d'une méthode de simulation originale décrite en détail. Les travaux portent sur des séismes de magnitude 3 à 8 dans différentes régions du monde (Mexique, Antilles, Italie, Grèce, France).

Nous présentons une analyse des variations du taux de sismicité liées aux doublets de forts séismes. Cette étude se concentre sur la zone des répliques du 1er séisme, et cherche à estimer l'impact du 2nd choc principal sur cette activité. Nous nous sommes penchés sur deux cas de doublets de séismes : la séquence turque des séismes d'Izmit et de Düzce en 1999, et le doublet sud-islandais de juin 2000. Ces deux exemples nous apprennent que la réactivation de sismicité induite par le 2nd séisme d'un doublet n'est pas forcément corrélée avec les régions d'augmentation de la contrainte statique, et qu'elle s'établit avec prédilection sur les sites d'une activité géothermale. Sa décroissance temporelle n'est pas systématiquement conforme à la loi d'Omori, puisque des apaisements de ce taux peuvent apparaître avec un délai de quelques jours à quelques mois. Nous avons également investigué les propriétés des doublets de séismes à l'échelle globale, et nous montrons que ceux-ci peuvent être simplement décrits par les lois habituelles gouvernant la sismicité, la loi d'Omori-Utsu et la loi de Gutenberg-Richter. Enfin, contrairement aux résultats obtenus à partir de catalogues régionaux, il semblerait que la production moyenne de répliques consécutive aux 2nds séismes des doublets soit équivalente à la superposition des productions de deux séismes isolés de magnitudes similaires. Cette dernière remarque mérite toutefois d'être étayée par une analyse plus fine des catalogues régionaux, au vu du manque de résolution d'un tel catalogue global pour les séismes de petite magnitude.

Alors que les oscillations solaires n'ont pas fini de nous révéler tous leurs secrets, des oscillations acoustiques analogues sont détectées dans un nombre croissant d'étoiles. Comme sur le Soleil, ces oscillations (dite de type solaire) sont amorties par des mécanismes complexes et encore mal connus et excitées par la turbulence dans l'enveloppe convective supérieure des étoiles. Grâce à la qualité photométrique exceptionnelle des missions spatiales CoRoT (CNES) et Kepler(NASA) ainsi qu'à la continuité long terme des observations qu'elles fournissent, on mesure maintenant précisément fréquences, amplitudes et durées de vie de ces oscillations dans une variété d'étoiles dotées de caractéristiques diverses concernant leur stade évolutif, paramètres fondamentaux, composition chimique, champ magnétique, rotation ... etc. Plus que ne le fait la mesure de leurs fréquences, la mesure des amplitudes et durées vies des modes de type solaire nous fournit des contraintes sur les propriétés statiques et dynamiques de la convection, sur la physique des modes et enfin sur la stratification en surface des étoiles. Le jeux conséquent d'étoiles pulsantes détectées par CoRoT et Kepler nous révéle aussi que les amplitudes et durées de ces oscillations varient d'une étoile à l'autre selon des lois d'échelles caractéristiques qui dépendent d'un nombre restreint de paramètres stellaires (masse, luminosité, température effective ... etc). Ce mémoire de thèse résume les travaux que j'ai menés dans ce contexte depuis plus de dix ans en collaboration avec mes collègues et avec les étudiants que j'ai encadré. Ces travaux ont cherché à comprendre et mieux modéliser les amplitudes des oscillations excitées par la convection turbulente, notamment les lois d'échelles observées. Ce faisant, ils ont visé à établir des diagnostics sur les propriétés statiques et dynamiques des régions convectives, avec pour objectif à plus long terme d'améliorer la modélisation des processus de transport convectif dans les intérieurs stellaires.