Des déchets industriels de toutes natures sont enfouis en sous-sol pour un temps indéterminé. Ce déplacement spatial et temporel des déchets confronte les règles de droits à deux univers particuliers, et plus ou moins lointains, le sous-sol et le long terme. Les cadres juridiques des stockages géologiques vont accompagner la technique de stockage souterrain dans son rôle d'exécutoire pour les activités industrielles menées aujourd'hui en surface. Le stockage géologique déplace la charge environnementale des déchets. D'une part, le sous-sol possède un cadre juridique propice à son exploitation industrielle et donc à son utilisation comme lieu de stockage de déchets. Cela est susceptible de heurter les différents usages du sous-sol. Des arbitrages entre les intérêts en conflits doivent être réalisés, au plan technique mais aussi démocratique, s'agissant des modes d'élaboration des décisions publiques relatives à l'espace géologique. Les droits d'exploiter les ressources souterraines peuvent, en outre, entraver les mesures de protection environnementale. D'autre part, le stockage géologique oblige les règles de droit à se projeter dans le temps. Les outils juridiques pour appréhender le futur sont mis à l'épreuve. La difficulté est de partager le fardeau des déchets au cours du temps, entre la sphère publique et la sphère privée. De la même façon, l'enfouissement de déchets dangereux à des échelles transgénérationnelles interroge le contenu et la portée de la responsabilité juridique envers les générations futures. / Industrial waste of all kinds are burried in the underground for an indefinite period of time. With this displacement, both in space and time, the rules of law face the challenge of two specific, and more or less distant, worlds: the subsoil and the long term. Legal frameworks for underground storage strengthen the technique of underground storage in its role as an outlet for industrial activities which are carried out on the surface. Underground storage shifts the environmental load of waste. On the one hand, the legal frameworks for subsoil use is favourable to industrial exploitation and therefore to the use of the underground as a storage place for waste. When it comes to the decision-making process for public action in relation with the subsoil, arbitration must be made between the competing interests at stake, both in democratic and technical terms. Besides, the rights to exploit the underground ressources can hamper environmental protection measures. On the other hand, underground storage compels the rules of law to look to the future. The legal tools to anticipate the years ahead are placed under severe strain. The challenge lies in how to share the burden of waste over time between the public and the private spheres. In the same way, the landfill burial of hazardous waste on a transgenerational scale questions the content and scope of legal responsability towards future generations.

Ce travail traite d'une partie souvent oubliée de la ville, le sous-sol peu profond qui accueille les réseaux, les racines de la végétation, les déchets urbains, à travers le cas français, parisien en particulier. Dans une première partie, on met en exergue les dysfonctionnements actuels de la pédosphère urbaine : dégradations des réseaux, de la végétation, perturbation des nappes, etc. Dans la seconde partie, on recherche les racines historiques de la perte de connaissance sur le sol urbain en analysant les doctrines scientifiques et techniques qui se succèdent du XVIIIe au XXe siècles chez les médecins, géographes et ingénieurs. On montre comment les premiers ont analysé le rôle du sol dans l'épidémiologie urbaine au XVIIIe siècle puis ont perdu cette sensibilité dès la restauration en substituant la statistique à l'observation, avant de se tourner vers le milieu intérieur à la fin du XIXe siècle. Les géographes ont permis, malgré de nombreuses difficultés, la reconnaissance de la topographie urbaine en élaborant les outils cartographiques de représentation du relief, qui sont repris par les ingénieurs des Ponts et Chaussées auxquels est confiée au XIXe siècle la rectification de la ville. On insiste sur les difficultés que rencontrent ces derniers à saisir la nature du sol, qui se traduit par la mathématisation de la poussée des terres et l'empirisme dans les techniques de fondation. Les transformations de la ville, ébauchées sous le Premier Empire, entraînent dès la Monarchie de Juillet une série de dysfonctionnements dans la gestion du sol urbain : revêtement des rues, apparition du déchet liquide. Le sol industriel n'est plus considéré pour sa valeur artisanale ou son rôle délétère mais accueille parfois les eaux usées et est ravalé au rang de filtre. Si l'automobilisme permet l'accomplissement de la ville abiotique, on souligne le désintérêt des urbanistes, des hygiénistes (rarement médecins), des mécaniciens des sols du premier XXe siècle pour le milieu urbain. Un regain d'intérêt pour le sol urbain se manifeste dans l'Entre-deux-guerres, mais dans une nouvelle perspective, celle de l'urbanisme souterrain. Ces deux siècles et demi conduisent au chaos actuel du sous-sol et traduisent non seulement la complexité de l'industrialisation du sol mais aussi le désintérêt progressif de certaines disciplines scientifiques pour la ville dans laquelle elles ont vu le jour.

Peu d'informations sont disponibles sur la composition du sous-sol de la planète Mars. La recherche d'éventuels réservoirs, qui pourraient avoir subsisté à des profondeurs kilométriques reste d'actualité. Le sondage EM apparaît comme une des solutions les plus prometteuses. Un radar à pénétration de sol EISS Electromagnetic Investigation of the SubSurface a été développé pour la mission ExoMars et permet le sondage profond du sous-sol en mono et bistatique. Nous présentons des résultats d'études menées sur l'optimisation de l'antenne électrique constituée de deux monopôles chargés et sur l'impact de l'angle entre ces deux monopôles sur les performances de EISS. Le couplage entre l'antenne et le sol a été analysé afin d'estimer la permittivité du sous-sol proche. Différentes techniques d'interprétation des données en termes de détection, localisation en 3D et caractérisation des strates du sous-sol sont proposées et évaluées à partir de données simulées.

Le suivi temporel est un processus d'acquisition et d'analyse d'acquisitions multiples répétées au même endroit sur la même cible à différentes périodes de temps. Cela s'applique bien à l'exploration sismique quand les propriétés de la cible varient au cours du temps comme pour les réservoirs pétroliers. Cette technique de sismique, dite 4D en raison de l'intégration du temps dans la construction des images, permet une détection et une estimation des variations du sous-sol survenues lors de l'évolution en temps du milieu. En particulier, dans l'industrie, le suivi et la surveillance peuvent améliorer notre compréhension d'un réservoir de pétrole/gaz ou d'un site de stockage de CO2. Analyser la sismique 4D peut aider à mieux gérer les programmes de production des réservoirs. Ainsi, des acquisitions répétées permettent de suivre l'évolutiondes fronts de fluide injectés: on peut optimiser les programmes d'injection de fluides pour une récupération améliorée des hydrocarbures (enhanced oil recovery). Plusieurs méthodes ont été développées pour l'imagerie variable dans le temps en utilisant les informations des ondes sismiques. Dans ma thèse, je montre que l'inversion de forme d'onde complété (FWI) peut être utilisée pour cette imagerie. Cette m'méthode offre des images sismiques quantitatives haute résolution. Elle est une technique prometteuse pour reconstruire les petites variations de propriétés physiques macro-échelle du sous-sol. Sur une cible identifiée pour ces imageries 4D, plusieurs informations a priori sont souvent disponibles et peuvent être utilisées pour augmenter la résolution de l'image. J'ai introduit ces informations grâce à la définition d'un modèle a priori dans une approche classique FWI en l'accompagnant de la construction d'un modèle d'incertitudes a priori. On peut réaliser deux reconstructions indépendantes et faire la différence les reconstruits: on parle de différence parallèle. On peut aussi effectuer une différence séquentielle o'u l'inversion de l'ensemble de données de la second acquisition, dite moniteur, se fait 'a partir du modèle de base et non plus à partir du modèle utilisé initialement. Enfin, l'approche double-différence conduit à l'inversion des différences entre les deux jeux de données que l'on rajoute aux données synthétiques du modèle de base reconstruit. J'étudie quelle stratégie est à adopter pour obtenir des changements vitesse plus précis et plus robustes. En plus, je propose une imagerie 4D ciblée en construisant un modèle d'incertitude a priori grâce 'a une information (si elle existe) sur la localisation potentielle des variations attendues. Il est démontré que l'inversion 4D ciblée empêche l'apparition d'artéfacts en dehors des zones cibles: on évite la contamination des zones extérieures qui pourrait compromettre la reconstruction des changements 4D réels. Une étude de sensibilité, concernant l'échantillonnage en fréquence pour cette imagerie 4D, montre qu'il est nécessaire de faire agir simultanément un grand nombre de fréquences au cours d'un cycle d'inversion. Ce faisant, l'inversion fournit un modèle de base plus précis que l'approche temporelle, ainsi qu'un modèle des variations 4D plus robuste avec moins d'artéfacts. Toutefois, la FWI effectuée dans le domaine temporel semble être une approche plus intéressante pour l'imagerie 4D. Enfin, l'approche d'inversion 4D régularisée avec un modèle a priori est appliquée sur des ensembles de données réelles d'acquisitions sismiques répétées fournis par TOTAL. Cette reconstruction des variations locales s'inscrit dans un projet d'injection de vapeur pour améliorer la récupération des hydro-carbures: Il est possible de reconstituer des variations de vitesse fines causées par la vapeur injectée.

L’espace souterrain, qui s’étend depuis la surface des terres émergées et des fonds marins jusqu’au centre de la Terre, est délaissé par le droit international. Aucune règle de droit international positif ne vient réglementer l’utilisation que les Etats font de leur espace souterrain territorial, cette utilisation et le régime de la propriété souterraine faisant partie de leur domaine réservé. Si les normes internationales régissent l’utilisation de l’espace souterrain extra-territorial, celui des grands fonds marins et celui de l’Antarctique, elles n’appréhendent l’espace souterrain qu’en termes d’utilisation et de mise en valeur des ressources minérales. De ce régime juridique d’exploration et d’exploitation des ressources minérales dépend d’ailleurs le statut juridique de l’espace souterrain qui va de la pleine souveraineté de l’Etat côtier à l’exclusion de toute appropriation nationale ou individuelle. Devant la multiplication des utilisations souterraines et face aux dommages environnementaux et aux violations des droits de l’homme liés à certaines de ces utilisations, le droit international doit réinvestir l’espace souterrain et notamment le contenu et l’étendue des droits qui le concernent tant dans l’ordre interne qu’international afin d’en réglementer la mise en valeur et d’en assurer la protection. / Until today, there has been little interest of international Law concerning the earth’s subsurface, as the space that extends from the surface of the soil or of the seabed to the center of the earth. On the one hand, there is no rule of international law that regulates the use Sovereign States have of their territorial subsurface. It is currently understood that subsburface activities and property law that regulates them, are within domestic jurisdiction only and do not come under international law scrutinity as they waive the exercice of an absolute independance of States. On the other hand, the existing rules of international law that regulates extraterritorial subsurface, notably the seabed and ocean floor and subsoil thereof beyond national jurisdiction and the Antarctic, consider the earth’s subsurface mostly in terms of use and exploitation of mineral resources. Faced with the evergrowing uses of the subsurface that are solely used for extraction or for injection and storing, and regarding the impacts of some underground activities on the environment and on human rights, International Law must play a role by regulating the content and extent of rights that are exercised over the earth’s subsurface inside and outside territorial jurisdiction for development and protection purposes.