La multiplication du nombre de réseaux sismiques fait exploser le nombre de données sismologiques. Manuellement, leur traitement est long et fastidieux, d'où la nécessité d'automatiser la détection, la classification et la localisation des événements pour aider les observatoires qui surveillent continuellement la sismicité, mais aussi, dans un intérêt plus scientifique, rechercher et caractériser les phénomènes. La thèse se décompose en 2 axes majeurs : (1) la détection / localisation des séismes, avec le logiciel Waveloc. On a amélioré les outils pré-existants, ajouté de nouvelles fonctionnalités pour une analyse plus détaillée de la sismicité et validé le code avec les données du Piton de la Fournaise ; (2) la classification des séismes. Après calcul des attributs décrivant au mieux les signaux, on a démontré l'efficacité de 2 méthodes d'apprentissage supervisé (régression logistique et SVM) pour le Piton de la Fournaise et soulevé les difficultés pour un cas plus complexe (le Kawah Ijen). / For some time now the quantity of available seismological data has kept increasing. Manually, their processing is long and tedious. Then, the automation of the detection, location and classification of seismic events has become necessary and aims to help the local observatories and to search and characterize some rarer or not well-known phenomena. The work is divided into 2 main directions : (1) the detection and location of seismic events with the Waveloc software (we improved the pre-existing tools, added some new functions for a more detailed analysis of the seimicity and applied the code to data from the Piton de la Fournaise volcano) ; (2) their classification (after computing the seismic attributes, we proved the efficiency and reliability of 2 supervised learning methods - logistic regression and SVM - for the Piton de la Fournaise volcano, underlined the difficulties for a more complex case - the Kawah Ijen volcano - and tried to apply new strategies).

Geólogo / En el presente trabajo se evalúan y zonifican los peligros volcánicos del volcán Tacora. La investigación indica que el volcán Tacora tiene una historia eruptiva explosiva más reciente a la documentada, pues se encontró un depósito de flujo piroclástico estimado en edad menor a 20 ka. No se encontraron depósitos de caída piroclástica, por lo tanto, en la actualidad, presenta una baja probabilidad de tener una erupción explosiva de gran magnitud (VEI > 4). Para realizar la zonificación del peligro volcánico se modelaron los eventos volcánicos que se considera pueden causar mayor daño: lahares, flujos de densidad piroclástica, avalanchas volcánicas y caída de piroclastos, sobre la base de datos estadísticos globales y con diferentes metodologías apropiadas para cada caso. Para la modelación de flujos piroclásticos y avalanchas volcánicas se utilizó el método del cono de energía implementado a través del modelo computacional LAHARZ. Para modelar la caída piroclástica se utilizó el modelo Tephra2, al que se ingresaron datos de viento extraídos del National Oceanic and Atmospheric Administration (Re-análisis del NOAA), además de estimaciones de masa emitida en dos escenarios eruptivos y datos topográficos. La modelación de lahares señala que ante la eventual ocurrencia de este proceso volcánico y debido a la topografía del sector, las zonas que revisten mayor peligro se encuentran ubicadas hacia el NE y W del volcán, asociadas a las estaciones de mayor acumulación de nieve (invierno y verano). Según los resultados obtenidos, de producirse un evento explosivo, las zonas impactadas por los flujos piroclásticos y avalanchas volcánicas cubrirían un radio aproximado de 12 km siendo el sector N-NW el menos afectado, protegido por altos topográficos. La caída de piroclastos, dependiente de la dirección y velocidad del viento, afectaría mayoritariamente el sector Este del volcán en invierno, en otoño y en primavera, aunque no de forma tan clara en las dos últimas estaciones. En verano la caída de piroclastos podría afectar en todas las direcciones. Ante la instalación de una planta geotérmica se recomienda monitoreo de microsismicidad y de gases en fumarolas, levantar protecciones y construir canales para el desvío de posibles lahares.

Durant mes trois années de thèse, j'ai été amenée à travailler sur différents aspects de la surveillance des propriétés élastiques de la croûte, à la fois par analyses numériques, mais aussi par des applications d'utilisation du bruit ambiant. Ma thèse s'articule autour de deux parties principales: Les propriétés des ondes de la coda Le libre parcours moyen est un paramètre crucial rencontré continuellement dans les différentes parties de mon travail. Dans cette partie, je présente une nouvelle façon de déterminer ce libre parcours moyen à partir des statistiques de phase. Cette méthode a été testée avec succès dans l'étude d'un volcan situé en Auvergne (France). Je présente ensuite une analyse numérique de la sensibilité que les ondes de la coda manifestent en fonction de la profondeur. Ce travail nous a permis de relier cette sensibilité à la profondeur observée dans les ondes de la coda, à une combinaison de la sensibilité des ondes de volume et de celle des ondes de surface. En effet, cette sensibilité des ondes de volume et de surface dépend directement du temps considéré dans la coda et du libre parcours moyen du milieu étudié. Nous avons été capable de montrer que le changement de vitesse relatif dans la coda était lié à une dépendance en temps. Cette importante observation nous permet de pouvoir établir une distinction entre un changement qui se produit en surface et un changement ayant lieu en profondeur. Localisation des changements dans un milieu diffusif Nous avons développé une méthode d'inversion basée sur des approches probabilistes de la propagation des ondes, afin de pouvoir localiser les changements dans le milieu. Nous avons également étudié la décohérence de la forme d'onde, ce qui constitue un aspect additionnel des techniques de surveillance du bruit sismique, qui traditionnellement sont basés sur l'évaluation du temps de retard dans la coda. Au cours de cette thèse, nous avons affiné notre méthode d'inversion en l'appliquant à trois cas d'études. Dans un premier cas, nous avons étudié les changements ayant eu lieu avant et pendant l'éruption du volcan du Piton de la Fournaise situé sur l'Ile de la Réunion. Le challenge ici est de parvenir à localiser correctement la prochaine éruption. La seconde application a concerné le séisme de Mw7,9 de Wenchuan (Chine), sur lequel nous avons obtenu de nombreuses données. Dans ce cas, nous avons pris en compte l'évolution de la coda au cours du temps et nous avons conjointement inversé les données à différents temps dans la coda pour étudier les changements induits dans la croûte, avant et pendant le séisme. A partir de ces résultats, nous avons pu clairement voir que la décohérence de la forme d'onde et les variations de vitesse n'étaient pas sensibles aux mêmes propriétés physiques. Dans le troisième cas d'étude, nous avons testé la procédure d'inversion avec un noyau 3D pour étudier la fracturation dans un bloc de béton soumis à une contrainte croissante. / During my thesis, I worked on different aspects of monitoring the elastic properties of the crust, with both numerical analysis and applications with ambient noise. The main body of my thesis consists of two main parts: 1. Properties of coda waves A very important parameter that we continuously encounter in the different parts of my thesis work is the scattering mean free path. I present an original way to determine the scattering mean free path from phase statistics that was successfully tested on a volcano in Auvergne. Then I discuss an intensive numerical analysis of the depth sensitivity of coda waves. This work allowed us to relate the depth sensitivity of coda waves to a combination of bulk wave sensitivity and surface wave sensitivity that depends on the time in the coda and on the scattering mean free path of the medium. We were able to show a time dependence of the relative velocity change in the coda that allows us to discriminate a change that occurs at the surface from a change that occurs at depth. 2. Locating changes in multiply scattering media We developed an inversion method based on probabilistic approaches of the wave propagation to locate changes in the medium. As an additional aspect to seismic noise monitoring techniques that are based on the evaluation of time delays in the coda, we also study the waveform decoherence. Within this thesis, we apply and refine the inversion method with three case studies. We study pre-and co-eruptive changes at Piton de la Fournaise volcano in La Réunion Island. The challenge here is to correctly locate forthcoming eruptions. A second data set comes from the Mw7.9 Wenchuan earthquake in China. In this study, we take the time evolution of the coda into account and jointly invert the data at different times in the coda to study changes in the crust during and after the earthquake. From the results, we can clearly see that waveform decoherence and velocity variations are not sensitive to the same physical properties. In the third study, we test the inversion procedure with a 3D sensitivity kernel to study the fracturing of concrete blocks under increased tension.

Le 26 octobre 2010, le Merapi, volcan le plus peuplé et le plus actif de l'île de Java en Indonésie, est entré en éruption. Depuis plusieurs mois, l'activité du volcan avait crû de manière exponentielle et les scientifiques s'attendaient à une éruption exceptionnelle. Leurs pronostics furent confirmés puisqu'un blast parcourut une distance de 8 km, rasa en partie deux villages évacués, et tua mbah Marijan, le « gardien des clés du volcan » et son entourage, ce qui perturba l'équilibre culturel de la région. Dans les jours suivants, l'activité du volcan continua de s'intensifier et des évacuations massives furent organisées. L'éruption paroxysmale du Merapi eut lieu dans la nuit du 4 au 5 novembre ; alors que plusieurs dizaines de milliers de villageois étaient en train de fuir le volcan, de puissantes coulées pyroclastiques dévastèrent les flancs du volcan, tuant et détruisant tout sur leur passage sur une distance maximale de 17 km. Cette nuit-là, plus de 250 personnes furent tuées et des milliers d'autres blessées. Le secteur agricole subit de lourdes pertes puisque de nombreuses récoltes et un grand nombre de têtes de bétail furent perdus. L'activité touristique de la région connut une réaction en chaîne d'impacts, générée en grande partie par la fermeture de l'aéroport de Yogyakarta. La thèse propose de faire une étude transversale et systémique de ces impacts en analysant comment gouvernement et populations se remettent de cette éruption et s'apprêtent à faire face à une future crise causée par le Merapi. / On October 26th 2010, the Merapi volcano, the most populated and active volcano on the Java Island in Indonesia, began erupting. During several months, the volcano's activity grew exponentially and scientists were expecting an exceptional eruption. Their predictions got confirmed as a blast ran through a distance of 8 km, partially destructed two villages (that got evacuated) and killed mbah Marijan, the « Volcano's keys guardian » and his entourage. As a consequence, the cultural balance of the region got disrupted for a while. In the following days, the volcano's activity kept increasing and mass evacuations were organized. The paroxysmal eruption of Merapi occurred in the night of November 4th to 5th 2010, while tens of thousands of villagers were running away from the volcano. Powerful pyroclastic flows ran down its flanks, killing and destroying everything on their way over a maximum distance of 17 km. During that night, over 250 people were killed and thousands were injured. The agricultural sector suffered from heavy losses as many crops and livestock were lost. The tourism industry in the region experienced a chain reaction of impacts generated by the closure of Yogyakarta airport. The thesis offers to make a transversal and systemic study of these impacts by analyzing how the government and people recovered from the eruption and how they are to face a future crisis caused by the Merapi.

Les connaissances actuelles sur le comportement hydrogéologique des édifices volcano-détritique sont encore limitées et cela limite la bonne gestion des ressources en eau. Depuis une décennie, sur les flancs du volcan Merapi, à Java Centre, en Indonésie, une pression croissante se fait sur la ressource en eau avec l'intensification des pratiques agricoles irriguées, la croissance de la population et les utilisations industrielles de l'eau. Le manque de connaissances sur les processus du cycle de l'eau par les consommateurs déclenche des conflits d'usage et le partage de l'eau devient une question centrale. Une compréhension plus précise du cycle de l'eau dans sa globalité dans ce genre de contexte est donc un point fondamental qui a besoin d'être amélioré.Ce travail a été axé sur la caractérisation des ressources en eaux souterraines à travers l’étude de la géométrie et des propriétés hydrodynamiques des systèmes aquifères /aquitards multi-couches à l'échelle d’un bassin versant expérimental sur le flanc Est du volcan Merapi. Pour couvrir tous les processus impliqués dans la circulation des eaux souterraines, une approche multi-disciplinaire a été choisi.Une nouvelle approche géologique et géomorphologique a été réalisé afin de caractériser la structure interne et l'architecture de dépôt sur le flanc Est du Merapi. Sur la base de ces résultats, un modèle conceptuel géologique et géomorphologique a été construit et révèle des formations détritiques chenalisées et connectées depuis les hautes altitudes jusqu’aux vallées, créant des chemins préférentiels pour les eaux souterraines.La caractérisation du climat avec l'estimation des termes du bilan hydrique et la description des principaux processus hydrologiques sont décrits par le suivi de deux années hydrologiques (2011-2012 et 2012-2013 ). Le climat tropical de cette région se caractérise par une période de mousson (Novembre à Mai ) et une saison sèche (Juin à Octobre ). Le bilan hydrologique est caractérisé par 40 % des précipitations sont perdus par évapotranspiration, 10 % s'écoulent et la moitié restante s'infiltre à travers l'édifice volcano-détritique et recharge les aquifères multicouches.Le fonctionnement hydrogéologique d'un environnement volcano-détritique complexe a pu être appréhendé à l’aide d’un suivi hydrogéologique, hydrochimique et géochimiques sur les sources et des puits peu profonds. Deux ceintures de sources ont été identifiées: la première est caractérisée par des sources de dépression alignées le long d'une ligne topographique tandis qu'une faille normale est probablement à l'origine de la seconde. L’utilisation de la température de l’eau de source comme traceur de l’altitude de recharge a permis l’identification de plusieurs systèmes aquifères multi-couches. Les propriétés hydrauliques de ces aquifères ont été établi à partir des l'analyses des essais hydrauliques. Le premier système aquifère est situé proche de la surface et possède une faible conductivité hydraulique. En revanche, un second système aquifère a été identifié en profondeur et possède une forte perméabilité. Le traceur “température” met en évidence un effet de mélange entre le premier et le deuxième aquifère au niveau des sources de basses altitudes . Ce phénomène est confirmé par les résultats des analyses isotopiques.L'application d'un modèle numérique couplant la circulation des flux, le transfert de masse ou le transfert de chaleur confirme le modèle conceptuel hydrogéologique et permet de quantifier la ressource en eau. / The current knowledge on the hydrogeological behavior of the volcano-detritic edifices is still sparse and these lacks limit the attempting of water resource management. Since a decade, on the flanks of Merapi volcano, in Central Java, Indonesia, an increasing pressure is done on the water resource with the intensification of the irrigated agriculture practices, the growth of population and the water industrial uses. The lack of knowledge about the water cycle processes by the consumers triggers water use conflicts and the water sharing becomes a central issue. A most accurate understanding of the water cycle in its globality in this kind of context is hence a fundamental point that need to be improved.This work has been focused on the characterization of groundwater resource thought the identification of the extent, the geometry and hydrodynamic properties of the aquifers/aquitards multi-layered system at the experimental catchment scale on the Eastern flank of Merapi volcano. To cover all the processes involved into the groundwater circulation, a multi-disciplinary approach has been chosen.A new geological and geomorphological approach is performed to characterize the internal structure and the deposit architecture on this zone of the Eastern flank of the Merapi. Based on these results, a geological and geomorphological conceptual model has been built and insists on the channelized detritic formations connected from the upper parts to the low lands through the volcanic edifice and that create preferential groundwater path ways.The climate characterization with the estimation of the water balance terms and the description of main hydrological processes are described with the monitoring of two hydrological years (2011-2012 and 2012- 2013). The tropical climate of this region is characterized by seasonal monsoon (November to May) and dry season (June to October). The global water balance can be distributed as follow: 40% of rainfall are lost by evapotranspiration, 10% runs off and the remaining half infiltrates through the volcano-detritic edifice to recharge the multi-layered aquifers.The hydrogeological functioning of a complex volcano-detritic environment is explained through the implementation of hydrogeological, hydrochemical and geochemical monitoring on inventoried springs and wells. Two spring belts are described, the first one is characterized by depression spring along a topographic line while a normal fault is probably at the origin of the second one. The identification of a multi-layered aquifer systems has been done based on the determination of the spring water temperature as a relevant tracers of the recharge elevation and the groundwater circulations. The hydraulic properties of these aquifers have been investigated from the analysis of hydraulic tests. Results show a low permeable aquifer close to the surface with a local recharge while a second aquifer system with high permeability and regional recharge is located deeper. The tracer temperature shows a mixing effect between the first and the second aquifers in the springs at low elevation. This phenomenon is confirmed by the isotope analysis.The application of a coupled numerical model between flow circulation, first mass transfer and second heat transfer confirms the hydrogeological conceptual model of volcano-sedimentary edifice and allows to quantify the water resource.

En 2004 et 2007, neuf structures d'échappements de fluides (SEF), constituées de volcans de boue (VdB), d'évents de gaz (GS, gas seeps en anglais) et/ou de sources, ont été échantillonnées dans la partie émergée du Bassin de la Côte Est (BCE) de l'île nord de la Nouvelle-Zélande.L'étude granulométrique indique que la boue émise par les VdB, les roches encaissantes et les niveaux de décollement voisins sont composés d'argiles et de silts en majorité. L'étude de la fraction argileuse et de la roche totale par diffraction des rayons X (DRX) a révélé de nombreuses similitudes. Les volcans de boue, les roches encaissantes et les niveaux de décollement présentent ainsi le même assemblage minéralogique, à savoir smectite, illite, chlorite, kaolinite, quartz et feldspaths. Les proportions sont variables d'un échantillon à un autre mais le couple smectite-illite est toujours majoritaire.L'étude géochimique de la fraction solide indique que les échantillons sont riches en Si02, pauvres en Fe2O3, MgO, MnO et en alcalins, à quelques exceptions près. La composition en éléments majeurs s'organise entre un pôle argileux alcalin et un pôle carbonaté. Les spectres de terres rares sont similaires et caractéristiques des argiles ; Ils présentent également un faible degré de fractionnement, lié à la formation des carbonates. Ce sont donc les mêmes minéraux qui contrôlent la chimie des échantillons.L'étude géochimique de la phase liquide montre que l'eau impliquée dans les volcans de boue est d'origine marine essentiellement, et des réactions eau/roche similaires, notamment l'altération de smectite en illite. Cette étude a permis aussi d'obtenir une estimation de la température d'équilibre, comprise entre 60 et 110°C, impliquant une profondeur d'origine de 2 à 3 km, voire plus.L'étude géophysique indique qu'à l'aplomb des VdB et des deux sources chaudes étudiés, la croûte continentale a sensiblement la même épaisseur et que la profondeur de la croûte océanique en subduction avoisine les 20 km. A cette profondeur, la fusion de la péridotite n'est pas possible et la fusion résultante de la croûte continentale, responsable du volcanisme d'arc, non plus. Le gradient géothermique mesuré à TePuia est donc influencé par un autre phénomène, mais la modélisation de la lithosphère ne nous a pas permis de trouver lequel.Ces différentes études mettent en évidence des caractéristiques géochimiques, pétrographiques et minéralogiques communes aux volcans de boue de Nouvelle-Zélande. Les fluides impliqués dans ces structures proviendraient donc d'un même niveau source, recouvert du même assemblage sédimentaire. L'étude géophysique ne nous apporte aucune information à ce sujet mais permet cependant d'établir avec certitude que le régime thermique est le même du Nord de Hawke's Bay au Sud du BCE ; la région de TePuia est un cas particulier, peut-être influencée par le complexe volcanique de Matakaoa. / In 2004 and 2007, nine areas of fluids escapes structures (FES) with mud volcanoes (MVs), gas seeps (GSs) and springs, were sampled in the East Coast Basin (ECB) emerged part of New Zealand's north island.The grain size study indicates that the mud emitted by MVs, like surrounding rocks and decollement layers in the vicinity, is mainly composed of clays and silts. Clay fraction and whole rock XRD study revealed many similarities. Mud volcanoes, surrounding rocks and decollement layers have exactly the same mineral assemblage, i.e. smectite/illite, chlorite, kaolinite, quartz and feldspars. The proportions vary from one sample to another but the couple smectite/illite is always majority.The geochemical study of the solid fraction indicates that the samples are rich in Si02, low in Fe2O3, MgO, MnO and alkaline, with a few exceptions. The major element composition is organized between a pole and a pole clay alkaline carbonate. The REE patterns are similar and characteristics of clays They also have a low degree of fractionation, due to the formation of carbonates. So these are the same minerals that control the chemistry of samples.The liquid phase geochemical study shows that water involved in the MVs is mainly of marine origin, that water/rock reactions are similar, including weathering of illite in smectite, allowed us to obtain an estimate of the water equilibrium temperature between 60 and 110°C, implying an origin depth of 2-3 km.The geophysical study indicates that directly above the MVs and the two hot springs studied, the continental crust has substantially the same thickness and the depth of the subducting oceanic crust is around 20 km. At this depth, the melting of the peridotite is not possible and the resulting fusion of continental crust, responsible of arc volcanism, neither. The geothermal gradient measured at TePuia is influenced by another phenomenon, but the modeling of the lithosphere does not allow us to find which one.These studies show geochemical, petrographical and mineralogical characteristics common to mud volcanoes in New Zealand. Fluids involved in these structures therefore come from the same parent bed, covered with the same sedimentary package. The geophysical study gives us no information about it but nevertheless allows us to establish with certainty that the thermal regime is the same from Northern Hawke's Bay to the south of the ECB; TePuia region is a special case, perhaps influenced by the Matakaoa volcanic complex.

Ce travail de thèse a porté sur différents aspects de la prédiction des éruptions. La première partie, basée sur une approche statistique de l'information, nous a permis d'aborder la prédictabilité des éruptions de façon globale, et d'avoir une vision intégrée, à différentes échelles, de la dynamique éruptive. La dernière partie basée sur une approche déterministe du signal, nous a emmené de façon plus indirecte vers la prédiction des éruptions par le biais de l'analyse et la modélisation des comportements éruptifs d'un unique volcan à travers la sismicité. Ce travail de thèse nous a donc permis de traverser plusieurs échelles de temps et d'espace, en partant de la plus large, la Terre dans sa globalité, pour se concentrer ensuite sur le cas d'un volcan unique, le Piton de la Fournaise et finalement se focaliser sur une propriété spécifique de la sismicité du Piton de la Fournaise à travers la détermination des mécanismes source. Dans un premier temps, une analyse descriptive des propriétés statistiques de la dynamique éruptive à l'échelle mondiale et l'apparition de lois puissances à différentes échelles nous ont permis de relier la dynamique des éruptions à celle d'un système critique auto-organisé, justifiant de la difficulté rencontrée à prédire les éruptions de façon déterministe et de la nécessité de se tourner vers les méthodes statistiques. L'étude à l'échelle mondiale des lois d'Omori retrouvées pour la sismicité autour des éruptions, ainsi que l'analyse des propriétés de ces lois d'Omori en fonction de la taille des éruptions, suggèrent que l'énergie d'endommagement et de relaxation dans la croûte est distribuée en loi puissance autour des éruptions, mais avec des coefficients de chargement et de relaxation différents de la sismicité tectonique classique, et donc dépendant des processus qui génèrent l'endommagement. En zoomant sur trois observables du Piton de la Fournaise (sismicité, déformation et variations de vitesse sismique), nous avons montré que les comportement respectifs des observables imagent les différentes étapes du processus éruptif, pour différentes échelles de temps et d'espace. L'analyse des comportements pré-éruptifs et l'utilisation de méthodes de "pattern recognition" ont permis de mettre en évidence l'apport de la combinaison des informations des différents précurseurs dans l'amélioration des résultats de prédiction. Enfin, l'analyse plus spécifique et déterministe des mécanismes source au Piton de la Fournaise, à partir d'une méthode développée pour le contexte particulier d'une sismicité de magnitude très faible en milieu fortement hétérogène, a permis de mettre en évidence l'apparition de trois familles d'événements similaires. Deux de ces familles peuvent être interprétées comme l'ajustement du milieu au passage du dyke, la troisième famille correspondant à la signature de l'interaction entre les fluides et l'édifice volcanique au niveau du toit de la chambre magmatique. / This PhD work focused on several aspects of the eruptions prediction. It allowed us to consider different space scales from global scale to a single volcano, Piton de la Fournaise, through statistical approaches. We then focused more specifically on the volcano-seismicity associated to its eruptive processes, using deterministic methods. First, we analyzed the statistical properties of the eruptive dynamics at the global scale. The emergence of recurrent power laws allowed us to relate the eruptive dynamics to the SOC systems, thereby attesting for the difficulty to predict eruptions by means of deterministic methods. At the global scale, the study of the Omori-law found for eruptions foreshocks and aftershocks, along with the analysis of the parameters of those Omori laws given the size of eruptions, suggests that the damage and relaxation energy in the crust around eruption time and location is power-law distributed. However, the loading and relaxation coefficients are found different than for classical tectonic seismicity, thereby attesting their dependency to the damage processes. When zooming on three observables of Piton de la Fournaise volcano (seismicity, deformation and seismic velocity changes), me showed in a third part that the respective behaviors of the three observables respond to the different steps of the eruptive process, at different time and space scales. The analysis of the pre-eruptive behaviors of those forerunners under pattern recognition techniques enhanced the optimization of the prediction results by combining simultaneously their pre-eruptive information. Lastly, we performed a specific and deterministic study of the volcano-tectonic seismicity of Piton de la Fournaise through the assessment of the source mechanisms of the volcano-tectonic seismicity. Given the complexity of volcanic context, we developed a method to retrieve the source mechanisms of small and high-frequency seismic signals. Using this method three main families of events with different locations and times of occurrence emerge. Two of them may be interpreted as the readjustment of the crust during dyke opening whereas the third family is interpreted as the signature of fluids-rock interactions at the top of the magma Storage zone.

La compréhension des mécanismes d'écoulements des avalanches de débris volcaniques est essentielle pour l'évaluation des risques volcaniques. L'étude de la séquence épiclastique de Perrier (France) illustre la difficulté de distinguer les dépôts d'avalanches de débris (DADs) de leurs produits dérivés. L'étude des DADs du Chimborazo (Équateur) et du Ticsani (Pérou) met en évidence la magnitude de ces évènements et permet de reconstruire les conditions ayant entraîné leur déstabilisation. L'analyse sédimentologique de plusieurs DADs suggère que les avalanches de débris s'écoulent comme un « plug » divisé en domaines sur une semelle lubrifiée. La présence de confinement se traduit par la transition entre un régime de déformation extensif et compressif dans l'écoulement. L'intense cisaillement à sa base permet l'incorporation de substratum par abrasion et probablement par fluidisation. Un modèle statistique, basé sur les données de la littérature, permet l'estimation rapide de cet aléa.

Durant mes trois années de thèse, j'ai été amenée à travailler sur différents aspects de la surveillance des propriétés élastiques de la croûte, à la fois par analyses numériques, mais aussi par des applications d'utilisation du bruit ambiant. Ma thèse s'articule autour de deux parties principales: Les propriétés des ondes de la coda Le libre parcours moyen est un paramètre crucial rencontré continuellement dans les différentes parties de mon travail. Dans cette partie, je présente une nouvelle façon de déterminer ce libre parcours moyen à partir des statistiques de phase. Cette méthode a été testée avec succès dans l'étude d'un volcan situé en Auvergne (France). Je présente ensuite une analyse numérique de la sensibilité que les ondes de la coda manifestent en fonction de la profondeur. Ce travail nous a permis de relier cette sensibilité à la profondeur observée dans les ondes de la coda, à une combinaison de la sensibilité des ondes de volume et de celle des ondes de surface. En effet, cette sensibilité des ondes de volume et de surface dépend directement du temps considéré dans la coda et du libre parcours moyen du milieu étudié. Nous avons été capable de montrer que le changement de vitesse relatif dans la coda était lié à une dépendance en temps. Cette importante observation nous permet de pouvoir établir une distinction entre un changement qui se produit en surface et un changement ayant lieu en profondeur. Localisation des changements dans un milieu diffusif Nous avons développé une méthode d'inversion basée sur des approches probabilistes de la propagation des ondes, afin de pouvoir localiser les changements dans le milieu. Nous avons également étudié la décohérence de la forme d'onde, ce qui constitue un aspect additionnel des techniques de surveillance du bruit sismique, qui traditionnellement sont basés sur l'évaluation du temps de retard dans la coda. Au cours de cette thèse, nous avons affiné notre méthode d'inversion en l'appliquant à trois cas d'études. Dans un premier cas, nous avons étudié les changements ayant eu lieu avant et pendant l'éruption du volcan du Piton de la Fournaise situé sur l'Ile de la Réunion. Le challenge ici est de parvenir à localiser correctement la prochaine éruption. La seconde application a concerné le séisme de Mw7,9 de Wenchuan (Chine), sur lequel nous avons obtenu de nombreuses données. Dans ce cas, nous avons pris en compte l'évolution de la coda au cours du temps et nous avons conjointement inversé les données à différents temps dans la coda pour étudier les changements induits dans la croûte, avant et pendant le séisme. A partir de ces résultats, nous avons pu clairement voir que la décohérence de la forme d'onde et les variations de vitesse n'étaient pas sensibles aux mêmes propriétés physiques. Dans le troisième cas d'étude, nous avons testé la procédure d'inversion avec un noyau 3D pour étudier la fracturation dans un bloc de béton soumis à une contrainte croissante.

Ce travail de thèse a porté sur différents aspects de la prédiction des éruptions. La première partie, basée sur une approche statistique de l'information, nous a permis d'aborder la prédictabilité des éruptions de façon globale, et d'avoir une vision intégrée, à différentes échelles, de la dynamique éruptive. La dernière partie basée sur une approche déterministe du signal, nous a emmené de façon plus indirecte vers la prédiction des éruptions par le biais de l'analyse et la modélisation des comportements éruptifs d'un unique volcan à travers la sismicité. Ce travail de thèse nous a donc permis de traverser plusieurs échelles de temps et d'espace, en partant de la plus large, la Terre dans sa globalité, pour se concentrer ensuite sur le cas d'un volcan unique, le Piton de la Fournaise et finalement se focaliser sur une propriété spécifique de la sismicité du Piton de la Fournaise à travers la détermination des mécanismes source. Dans un premier temps, une analyse descriptive des propriétés statistiques de la dynamique éruptive à l'échelle mondiale et l'apparition de lois puissances à différentes échelles nous ont permis de relier la dynamique des éruptions à celle d'un système critique auto-organisé, justifiant de la difficulté rencontrée à prédire les éruptions de façon déterministe et de la nécessité de se tourner vers les méthodes statistiques. L'étude à l'échelle mondiale des lois d'Omori retrouvées pour la sismicité autour des éruptions, ainsi que l'analyse des propriétés de ces lois d'Omori en fonction de la taille des éruptions, suggèrent que l'énergie d'endommagement et de relaxation dans la croûte est distribuée en loi puissance autour des éruptions, mais avec des coefficients de chargement et de relaxation différents de la sismicité tectonique classique, et donc dépendant des processus qui génèrent l'endommagement. En zoomant sur trois observables du Piton de la Fournaise (sismicité, déformation et variations de vitesse sismique), nous avons montré que les comportement respectifs des observables imagent les différentes étapes du processus éruptif, pour différentes échelles de temps et d'espace. L'analyse des comportements pré-éruptifs et l'utilisation de méthodes de "pattern recognition" ont permis de mettre en évidence l'apport de la combinaison des informations des différents précurseurs dans l'amélioration des résultats de prédiction. Enfin, l'analyse plus spécifique et déterministe des mécanismes source au Piton de la Fournaise, à partir d'une méthode développée pour le contexte particulier d'une sismicité de magnitude très faible en milieu fortement hétérogène, a permis de mettre en évidence l'apparition de trois familles d'événements similaires. Deux de ces familles peuvent être interprétées comme l'ajustement du milieu au passage du dyke, la troisième famille correspondant à la signature de l'interaction entre les fluides et l'édifice volcanique au niveau du toit de la chambre magmatique.