Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Imagerie sismique passive“

La corrélation de bruit sismique est aujourd'hui une technique largement utilise en sismologie. L'aspect attrayante de cette technique est lie a la possibilité d'obtenir une estimation de la fonction Green partout sur la surface de la Terre, aussi en absence de source sismique comme le tremblement de terre. Les ondes des surface ils sont facilement obtenu par corrélation de bruit, et elles sont très utiliser pour l'imagerie de la croute et du manteau superieur. Dans la possible observation des ondes de volume par corrélation de bruit, il peut avoir le potentielle pour résoudre aussi les structures de la Terre profonde.Dans la première partie de la thèse, on utilise les ondes de surface estime par corrélation de bruit sismique au fin de produire en modèle tomographique de la croute en Finlande.Dans la deuxième partie, on se focalise sur la nouvelle possibilité d'obtenir des ondes de volume par corrélation de bruit. Suite a la démonstration aue des ondes des volume son bien observe par corrélation de bruit a toutes les échelles, on utilise ces ondes pour l'imagerie de la Terre profonde. Ces nouveaux et prometteur résultats ils permettent d’incrémenter la connaissance de la structure profonde de la Terre, avec un incroyable augmentation de la résolution de la méthode d'imagerie
Ambient seismic noise correlation technique is today widely applied in seismology. The attractive aspect of this method relies in the possibility of obtaining an estimated Green's function everywhere in the world, also in absence of explosions or earthquakes. As surface waves dominate the estimated Green's fucntion, they can be used for high-resolution imaging of the shallow Earth. Similar observation of body waves would provide the required resolution to solve the deeper Earth structures.In the first part of our work we focus on resolving the crustal structure of northern Finland. Using surface waves reconstructed from noise correlation, we reconstructed a threedimensional S waves model that gives acces to the ancient structures of the crust.In the second part we analyse how body waves can emerge from seismic noise correlation. We show that body waves travelling from regional to teleseismic distances are well reconstructed from noise correlation. As these waves contain information about the Earth structure they represent a new and original dataset to improve the knowledge of our planet

Ces dernières années ont vu le développement d'une nouvelle méthode d'imagerie des structures géologiques basée sur l'utilisation du bruit sismique continu. Dans ce travail nous avons utilisé cette approche dans deux problématiques différentes. La première consiste à réaliser le suivi temporel des vitesses des ondes sismiques dans la croûte lors de séismes lents qui ont eu lieu dans la région de Guerrero au Mexique. Les séismes lents sont des glissements asismiques et transitoires qui ont été découverts récemment dans la lacune sismique de Guerrero. Ils sont considérés comme une part importante de la relaxation des déformations dans le cycle sismique. Les séismes lents affectent le processus de chargement et déchargement de l'interface, il est donc important de comprendre le comportement mécanique de la subduction dans cette région pour mieux évaluer le risque sismique. Dans notre étude, nous avons mesuré les perturbations de vitesse des ondes associées à deux séismes lents en 2006 et 2009-2010 à partir des enregistrements continus du bruit sismique. Pour chacun des deux séismes lents on observe une chute de vitesse : elle s'élève à 0.2% pour celui de 2006 et à 0.8 % pour celui de 2009-2010. Au cours de ces séismes lents, les ondes de longues périodes (>10 s) sont perturbées. A courtes périodes, aucune variation de vitesse n'est observée ce qui suggère qu'un endommagement des couches superficielles de la croûte ne peut pas être à l'origine du changement de vitesse. Par ailleurs, la perturbation de vitesse est reliée au taux de dé- formation plutôt qu'à la déformation elle-même. Cette observation suggère que pendant de forts séismes lents, la croûte chevauchante présente un comportement mécanique non linéaire. Nous pouvons donc utiliser les variations de vitesse comme des marqueurs du taux de déformation du milieu. Enfin, une corrélation entre les trémors non volcaniques et les variations de vitesse suggère qu'une part importante de la déformation résultant des séismes lents est accommodée par la croute chevauchante. La deuxième problématique abordée dans cette thèse est l'imagerie de structures à fort contraste de vitesse et dans lesquelles la propagation des ondes de surface est complexe. Imager et comprendre la propagation des ondes dans la vallée de Mexico est crucial pour l'estimation du risque sismique à la capitale. Nous mesurons la dispersion des ondes de Rayleigh reconstruites à partir d'intercorrélations de bruit de fond sismique. Pour identifier les modes nous utilisons une mesure du rapport spectral des composantes horizontales sur la composante vertical (H/V) sur la coda des séismes que l'on compare avec le rapport H/V théorique. Grâce à cette identification des modes, nous pouvons retrouver le modèle de vitesse de la structure.

La structure des zones de faille a une directe implication sur l'évaluation des risques sismiques. Les techniques d'imagerie par réflexion, en particulier la migration, sont couramment utilisées pour imager le sous-sol. Un modèle de vitesse précis est souvent nécessaire pour localiser correctement les réflecteurs en profondeur. L'imagerie des zones de faille est un défi en raison de la distribution complexe de la vitesse des ondes de volume en leur sein. La plupart des techniques de réflexion imagent les zones de faille indirectement à partir de la discontinuité des couches géologiques. Les hétérogénéités à petite échelle, telles que les fissures et les fractures, sont généralement négligées. Dans cette thèse, nous proposons une approche d'imagerie matricielle pour l'exploration géophysique qui compense les variations de vitesse dans la croûte pour imager les hétérogénéités de cette dernière avec une résolution de l'ordre de la longueur d'onde autour des zones de faille.L'imagerie matricielle est inspirée de précédents travaux en imagerie ultrasonore et optique. D'une part, les corrélations du bruit ambiant sont utilisées pour construire la matrice de réflexion. La composante des ondes de volume dans cette matrice contient toute l'information disponible sur le milieu. D’autre part, l'approche présentée ne nécessite pas un modèle de vitesse détaillé du sous-sol.Dans une première application, nous utilisons des enregistrements de bruit ambiant dans la bande de fréquence [10 20] Hz provenant d'un réseau dense de géophones afin d'imager la faille de San Jacinto, Californie, à petite échelle. Les corrélations ZZ sont calculées et organisées en matrice 2D. En appliquant des lois de retard temporels sur les réponses impulsionnelles entre géophones, la matrice de réponse est projetée en profondeur, en se basant sur un modèle de vitesse homogène. Une matrice de réflexion focalisée est obtenue et contient les réponses impulsionnelles entre un ensemble de sources et récepteurs virtuels à chaque profondeur. A partir de cette matrice, l'image du milieu est construite et ses aberrations peuvent être quantifiées. La différence entre le modèle de vitesse considéré et la réalité entraînent des distorsions de phase, qui dégradent la résolution de l'image. Un processus de correction matricielle des aberrations permet de compenser ces distorsions en introduisant la matrice distorsion. Une image 3D des 4 premiers km de la croûte terrestre est obtenue avec une résolution huit fois plus fine que celle attendue en milieu homogène. Des différences de réflectivité sont observées entre le Nord-Ouest et le Sud-Est de la faille avec une zone de dommages intense et localisée dans le Sud-Est.Dans un deuxième cas d'étude, nous imageons la structure à grande échelle de la faille Nord Anatolienne en utilisant les corrélations horizontales [0.1 0.5] Hz calculées entre 73 paires de stations. Un modèle de vitesse multi-couches est considéré. Une correction locale des distorsions de phase est effectuée. La structure profonde des principaux blocs géologiques est révélée. Des différences dans la profondeur du Moho sont mises en lumière, avec un saut sous la branche nord. Une forte réflectivité est observée dans la région située le long de la branche Nord de la faille, coïncidant avec la limite des blocs lithosphériques. La diffusion dans le nord s'étend jusqu'à 60 km de profondeur, suggérant une zone de cisaillement qui pénètre dans le manteau supérieur sous la branche Nord.Dans la dernière partie de cette thèse, nous proposons une approche qui ouvre la voie à une tomographie passive 3D de la vitesse des ondes de volume. Enfin, toutes les applications présentées confirment l'efficacité de la matrice de réflexion pour révéler la distribution des hétérogénéités dans la croûte terrestre. Elle peut être appliquée sur n'importe quelle bande de fréquence, pourvu que l'échantillonnage spatial du réseau de géophones satisfasse au critère de Nyquist
Revealing the structure of fault zones provides insights required to assess seismic hazards. Reflection imaging methods, in particular migration, are commonly used to image the subsurface. An accurate velocity model is often needed to properly locate the reflectors in depth.Imaging fault zones is challenging due to the complex distribution of velocity. Also, most reflection techniques image fault zones indirectly from the discontinuity of geological layers. Wave diffraction by small-scale heterogeneities, such as cracks and fractures is generally neglected.In this thesis, we propose a matrix imaging approach for geophysical exploration that handles the velocity variation in the crust and allows to resolve heterogeneities of the order of the wavelength throughout the fault zone.The reflection matrix approach is inspired from previous studies in ultrasound and optical imaging of complex media. First, ambient noise cross-correlations are used to retrieve the reflection matrix associated with a dense array of geophones. The body wave components of this matrix contains all the information available on the medium. Second, the presented approach does not require a detailed velocity model of the subsurface. A set of matrix operation is applied to compensate for the mismatch between the actual wave velocity model and its approximate model.In a first application, we use ambient noise records in the frequency band [10 20] Hz from a dense array in order image the San Jacinto Fault, California, at small scale with an horizontal resolution of 80 m. ZZ cross-correlations are computed and arranged as 2D matrix. By applying time delays, the response matrix is projected to depth, using a homogeneous velocity model. A focused reflection matrix is obtained, that contains the impulse response between virtual sources and receivers at depth. From this matrix, the image of the medium is built and the resolution of the image can be quantified.Variations between the considered model and the reality result in phase distortions, i.e aberrations, that have detrimental effects on the image of the medium.We develop an aberration correction process that allows to compensate for these distortions by introducing a novel operator, the distortion matrix. 3D images of the first 4 km of the crust are retrieved. These images reveal the backscattered intensity generated by the heterogeneities in the medium. The location and reflectivity of scatterers are retrieved with a resolution 8 times better than the one in free space. Differences in the scattering between the Northwest and the Southeast of the fault were reported with an intense localized damage zone in the Southeast.In a second application, we image the large scale structure of North Anatolian Fault using [0.1 0.5] Hz horizontal cross-correlations computed between 73 pairs of stations. A multi-layered velocity model is considered. A local correction of the phase distortions is performed. The scattering structure of the crust and the upper mantle is revealed. Differences in the Moho depth are reported, with a step below the northern branch. Strong scattering is observed in the region lying along the northern strand of the fault, coinciding with the limit of the lithospheric blocks. The scattering in the North extends to 60 km depth, suggesting a shear zone that penetrates in the upper mantle beneath the northern strand. The scattering also reveals the deep structure of the main geological blocks.In the last part of this thesis, we propose an approach that paves the route towards a 3D passive tomography of the body wave velocity. Finally, all the presented applications confirm the efficiency of the reflection matrix approach in revealing the structure of the subsurface. It provides new insights into the scattering distribution in the Earth. It can be applied to any scale, scattering regime, and frequency bandwith, if the spatial sampling of the geophones' array satisfies the Nyquist criterion

L'objet de cette thèse est l'étude des possibles mécanismes élastiques expliquant l'amplification du bruit ambiant au droit de certains réservoirs multi-phasiques. Trois jeux de données sont traités. La signature spectrale observée d'un réservoir de vapeur géothermique est différente de celle d'un stockage de gaz. Dans une approche empirique, un algorithme de classification permet d'extraire et de cartographier les anomalies que l'on présume liées au réservoir. Un travail de modélisation est effectué pour tenter d'expliquer les anomalies mesurées. Dans les données réelles, une forte présence de modes supérieurs d'ondes de Rayleigh est détectée. On modélise numériquement en 2D la propagation de ces modes à travers un réservoir placé au sein d'une structure géologique réaliste. La réponse simulée du réservoir se révèle trop faible par rapport aux observations de terrain. Néanmoins, on parvient à inverser les faibles perturbations d'amplitude synthétiques pour la position du réservoir, dans des modèles de référence simples. Cette méthode pourrait être utilisable pour l'imagerie à partir de faibles variations d'amplitudes dans le cadre du monitoring. Pour ce qui est de fortes anomalies observées sur le terrain , il est à noter que les effets visco-élastiques, les effets 3D, et les effets liés à un éventuel champ incident diffus n'ont pas été pris en compte dans la modélisation. Ainsi ce travail n'exclut pas la possibilité de telles anomalies liées à la présence d'un réservoir
This PhD work investigates the possible elastic mechanisms behind the ambient noise amplification above multi-phase fluid reservoirs. Three datasets are analysed above different reservoirs. The observed spectral signature is different in the gas storage and geothermal contexts. A non-supervised algorithm for amplitude spectrum classification is developed, allowing to extract and map the relevant attributes of a multi-phase fluid presence. As a first modelling step, a wavefield characterisation methodology is applied to determine the composition of the ambient noise. It reveals the presence of strong Rayleigh overtones. Numerical 2D elastic modelling is used to simulate the propagation of overtones across a reservoir within a realistic geological structure. The modelled reservoir response is too small compared to the real data. However, the small amplitude perturbations arising in the numerical simulations are successfully inverted for the position of the reservoir, in simple background models. The developed method could in theory be used for imaging small time-lapse amplitude variations (monitoring), despite the obstacles remaining to be overcome before a real-data application. Neither visco-elastic nor 3D effects are adressed. Thus this work does not exclude the possibility of strong reservoir-specific spectral anomalies

En imagerie ondulatoire, nous cherchons à caractériser un environnement inconnu en le sondant activement puis en enregistrant les ondes réfléchies par le milieu. C'est, par exemple, le principe de l'imagerie par ultrasons ou de la sismologie en réflexion. Les méthodes d’imagerie conventionnelles reposent sur deux hypothèses fondamentales : l’homogénéité de la vitesse des ondes dans le milieu et un régime de diffusion simple. En réalité, ces hypothèses ne sont que rarement vérifiées, que cela soit en échographie médicale in vivo ou en exploration sismique in situ. Les variations spatiales de la vitesse de phase déforment les fronts d’ondes et peuvent induire des événements de diffusion multiple ou des réverbérations, dégradant considérablement le processus de focalisation et in fine la résolution ainsi que le contraste de l’image. Ces phénomènes constituent des limites fondamentales au processus d’imagerie des milieux complexes. Pour vaincre ces problèmes, le concept d’imagerie matricielle a été développé récemment dans différents domaines de la physique des ondes. Il consiste à mesurer la matrice de réflexion associée à un réseau de capteurs placé en vis à vis du milieu. Une fois cette matrice connue, un ensemble d’opérations peut lui être appliquée afin d’apprendre à focaliser virtuellement en n’importe quel point du milieu et ainsi estimer une carte de sa réflectivité fidèle à la réalité.Dans un premier temps, le formalisme matriciel est mis à profit pour imager la structure interne du volcan La Soufrière de Guadeloupe. Les corrélations du bruit sismique enregistré par un réseau de géophones permettent d’accéder à la matrice de réponse entre géophones. Un processus de « redatuming » large bande permet ensuite de projeter cette matrice dans une base de géophones virtuels à chaque profondeur et de la fenêtrer temporellement de sorte à éliminer la diffusion multiple. En isolant les distorsions du front d’ondes dans une matrice distorsion et en les étudiant depuis la surface de la Terre, on peut exploiter un effet mémoire angulaire pour compenser les hétérogénéités de vitesse des ondes sismiques et révéler ainsi la cheminée du volcan sur les cinq premiers kilomètres. En corrigeant ces distorsions du front d’onde depuis la base des ondes planes, une image des chambres magmatiques est obtenue jusqu’à 10 km de profondeur avec une résolution de l’ordre de la demi-longueur d’onde. Une telle résolution va bien au-delà de la limite de diffraction qui est généralement imposée par la taille finie du réseau de géophones.Dans un second temps, l‘approche matricielle s’attaque à la compensation des réverbérations dans le cadre de l’imagerie ultrasonore transcrânienne. A cette fin, la matrice de réflexion focalisée n’est plus considérée au seul temps balistique mais son étude est étendue au domaine temporel. Le concept de matrice distorsion est étendu au domaine fréquentiel et des lois de focalisation spatio-temporelles sont estimées afin de compenser le problème de réverbérations à travers le crâne humain. Toutefois, cette méthode repose sur un effet mémoire local qui peut s’avérer insuffisant à travers un milieu aussi complexe que le crâne.Pour contourner ce problème, nous pouvons tirer profit du caractère dynamique du système vasculaire cérébral pour proposer une méthode d’extraction des lois d’aberrations ne reposant pas sur une hypothèse d’isoplanétisme local. Des résultats préliminaires sont montrés dans le cadre d’une expérience d’imagerie transcrânienne in vivo sur un mouton. Cette approche ouvre la voie à une mesure haute résolution de la matrice de transmission liant chaque transducteur de la sonde à chaque voxel de l’image. La connaissance de cette matrice constitue le Graal en imagerie puisque son inversion nous permettrait de rendre transparente n’importe quelle boîte crânienne
Wave imaging aims at characterizing an unknown environment by actively probing it and then recording the waves reflected by the medium. This is the principle behind ultrasound imaging or reflection seismology, for example. Conventional imaging methods are based on two fundamental assumptions: homogeneity of wave velocity in the medium and a simple scattering regime. In reality, these assumptions can rarely be verified, be it for in vivo medical ultrasound or in situ seismic exporation. Spatial variations in phase velocity distort the wavefronts and can cause multiple scattering events or reverberation, which significantly affect the focusing process and thus image resolution and contrast. To overcome these fundamental limitations, the matrix imaging approach has recently been developed in various domains of wave physics. In this approach, the reflection matrix associated with a sensor array facing the medium is measured. Once this matrix is known, a series of operations can be applied to it to learn how to virtually focus on any point in the medium and thus estimate a reliable reflectity map.First, the matrix formalism is leveraged to image the internal structure of the volcano La Soufrière de Guadeloupe. Correlations of seismic noise recorded by a geophone network are used to access the response matrix of the medium. Using a broadband redatuming process, the matrix is then projected into a virtual geophone basis at each depth. By isolating wavefront distortions in a distortion matrix and analyzing them from the Earth’s surface basis, we can exploit an angular memory effect to compensate for heterogeneities in seismic wave velocity and reveal the volcanic vent over the first five kilometers. By correcting these wavefront distortions from the plane wave basis, we then obtain an image of the magma storage system down to a depth of 10 kilometers, with a resolution on the order of half a wavelength. Such a resolution goes far beyond the diffraction limit, which is usually determined by the finite size of the geophone array.Secondly, the matrix approach is exploited to address reverberation compensation in transcranial ultrasound imaging. For this purpose, the focused reflection matrix is no longer considered only at the ballistic time, but its investigation is extended to the time domain. The concept of distortion matrix is extended to the frequency domain and spatio-temporal focusing laws are estimated to compensate for reverberation through the human skull. However, this method relies on a local memory effect, which may not be sufficient for a medium as complex as the skull.To circumvent this problem, we can take advantage of the dynamic nature of the cerebrovascular system to propose a method for extracting aberration laws that does not rely on the assumption of local isoplanetism. Preliminary results are shown using an in vivo transcranial imaging experiment on a sheep. This approach paves the way for a high-resolution measurement of the transmission matrix connecting each probe transducer fo each image voxel. Access to this matrix is the Holy Grail for imaging, since its inversion would allow us to make any skull bone transparent

L'objet de cette thèse est l'étude des possibles mécanismes élastiques expliquant l'amplification du bruit ambiant au droit de certains réservoirs multi-phasiques. Trois jeux de données sont traités. La signature spectrale observée d'un réservoir de vapeur géothermique est différente de celle d'un stockage de gaz. Dans une approche empirique, un algorithme de classification permet d'extraire et de cartographier les anomalies que l'on présume liées au réservoir. Un travail de modélisation est effectué pour tenter d'expliquer les anomalies mesurées. Dans les données réelles, une forte présence de modes supérieurs d'ondes de Rayleigh est détectée. On modélise numériquement en 2D la propagation de ces modes à travers un réservoir placé au sein d'une structure géologique réaliste. La réponse simulée du réservoir se révèle trop faible par rapport aux observations de terrain. Néanmoins, on parvient à inverser les faibles perturbations d'amplitude synthétiques pour la position du réservoir, dans des modèles de référence simples. Cette méthode pourrait être utilisable pour l'imagerie à partir de faibles variations d'amplitudes dans le cadre du monitoring. Pour ce qui est de fortes anomalies observées sur le terrain , il est à noter que les effets visco-élastiques, les effets 3D, et les effets liés à un éventuel champ incident diffus n'ont pas été pris en compte dans la modélisation. Ainsi ce travail n'exclut pas la possibilité de telles anomalies liées à la présence d'un réservoir
This PhD work investigates the possible elastic mechanisms behind the ambient noise amplification above multi-phase fluid reservoirs. Three datasets are analysed above different reservoirs. The observed spectral signature is different in the gas storage and geothermal contexts. A non-supervised algorithm for amplitude spectrum classification is developed, allowing to extract and map the relevant attributes of a multi-phase fluid presence. As a first modelling step, a wavefield characterisation methodology is applied to determine the composition of the ambient noise. It reveals the presence of strong Rayleigh overtones. Numerical 2D elastic modelling is used to simulate the propagation of overtones across a reservoir within a realistic geological structure. The modelled reservoir response is too small compared to the real data. However, the small amplitude perturbations arising in the numerical simulations are successfully inverted for the position of the reservoir, in simple background models. The developed method could in theory be used for imaging small time-lapse amplitude variations (monitoring), despite the obstacles remaining to be overcome before a real-data application. Neither visco-elastic nor 3D effects are adressed. Thus this work does not exclude the possibility of strong reservoir-specific spectral anomalies

Cette thèse porte sur la propagation des ultrasons et des ondes sismiques de la coda en milieu hétérogène. Nous proposons deux méthodes d'analyse de l'information portée par la phase des signaux diffus. 1) La localisation faible des ondes sismiques (-rétrodiffusion cohérente) a été observée sur un volcan (Auvergne). Cette expérience démontre la présence de diffusion multiple dans la coda et permet de quantifier le degré d'hétérogénéité du milieu. 2) Une technique d'imagerie passive a ensuite été développée: elle permet de faire de l'im'agerie "sans source" en corrélant les ondes de la coda ou du bruit ambiant. Initialement développée pour les milieux fermés, ces travaux démontrent l'applicabilité de la méthode aux milieux ouverts et diffusants. Une interprétation physique reposant sur une analogie entre les corrélations et le retournement temporel a été proposée. Une étude approfondie du phénomène d'asymétrie temporelle des corrélation a été menée, fondée sur des simulations numériques, sur le traitement de coda sismiques acquises en Alaska, et sur une expérience analogique en ultrasons (croûte terrestre analogique). L'importance de la position des sources et le rôle de la diffusion ont été démontrés. La technique d'imagerie passive a été appliquée à l'imagerie ultrasonore d'un milieu stratifié par tomographie passive, à l'imagerie d'une interface et de deux, diffuseurs isolés, et enfin au bruit sismique enregistré sur la Lune pendant la mission Apollo 17 (1972). La technique d'imagerie passive est donc opérationnelle sur d'autre planètes que la Terre, elle pourra être mise en oeuvre dans les futures missions spatiales, en particulier sur la Lune et sur Mars
This thesis manuscript is devoted to the study of the seismic and ultrasonic wave propagation in complex media. Two methods are proposed to take advantage of the phase information contained in diffuse waves. 1) Weak localization of seismic waves is observed on a volcano (Auvergne). This field experiment demonstrates the presence of multiple scattering in coda waves, and allows the direct measurement of the transport mean free path of the sub-surface that quantifies the heterogeneities. 2) A passive imaging technique is also proposed : it is based on the correlation of diffuse field or noise, a correlation that yield the elastic or acoustic Green function between passive sensors as if one of them was a source. Initially applied to ultrasonic cavities, this technique is generalized to open scattering media. A physical interpretation based on a Time-Reversal analogyis proposed. The time symmetry of the correlations is studied, with means of numerical simulations, seismic experiment in Alaska, and ultrasonic experiment in the lab using a small medium ana logo us to the Earth's crust. The role of scattering and source position is emphasized. The passive imaging technique is used to perform the tomography of a layered medium, to image of interfaces and localized reflectors. Ln the end this technique is applied to Lunar seismic noise records, acquiered by four geophones emplaced on the Moon during Apollo 17 mission (1972). This last observation demonstrates the feasibility of correlating the noise to image the subsurface on other planets than the Earth which should provide a novel avenue for future extraterrestrial exploration missions

Cette thèse porte sur la propagation des ultrasons et des ondes sismiques de la coda en milieu hétérogène. Nous proposons deux méthodes d'analyse de l'information portée par la phase (la forme) des signaux diffus. 1) La localisation faible des ondes sismiques (~rétrodiffusion cohérente) a été observée sur un volcan (Auvergne). Cette expérience démontre la présence de diffusion multiple dans la coda et permet de quantifier le degré d'hétérogénéité du milieu. 2) Une technique d'imagerie passive a été développée : elle permet de faire de l'imagerie "sans source" par corrélation les ondes de la coda ou du bruit ambiant en milieu ouvert et diffusant. Une interprétation physique basée sur une analogie entre les corrélations et le retournement temporel a été proposée. Une étude approfondie du phénomène d'asymétrie temporelle des corrélation a été menée, fondée sur des simulations numériques, sur une expérience de sismologie en Alaska, et sur une expérience analogique en ultrasons (croûte terrestre analogique). L'importance de la position des sources et le rôle de la diffusion ont été démontrés. 3) La technique d'imagerie passive a été appliquée à l'imagerie ultrasonore d'un milieu stratifié par tomographie passive, à l'imagerie d'une interface et de deux diffuseurs isolés, et enfin au bruit sismique enregistré sur la Lune pendant la mission Apollo 17 (1972). La technique d'imagerie passive est donc opérationnelle sur d'autre planètes que la Terre, elle pourra être mise en oeuvre dans les futures missions spatiales, en particulier sur la Lune et sur Mars.

Les méthodes traditionnelles d'analyse du sous-sol reposent sur l'utilisation de sources sismiques (naturelles ou artificielles). Elles sont ainsi limitées par le nombre, la puissance et le taux d'occurrence de ces sources. Récemment, une alternative à ces méthodes actives a été proposée, basée sur l'utilisation de champs diffus (bruit sismique ambiant ou coda de séismes). Ces méthodes passives permettent de reconstruire des fonctions de Green dans le milieu à partir de l'intercorrélation d'enregistrements entre toutes les paires d'un réseau. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les limites de ces techniques passives, afin d'en définir les champs d'application.
Ce travail est centré sur les petites échelles de la géophysique (10 m à 1 km) et aux hautes fréquences (5 à 50 Hz), où les propriétés du champ d'onde mettent souvent en défaut l'hypothèse de champ diffus du théoréme de corrélation. A partir de cas expérimentaux où la fonction de corrélation ne converge pas vers la fonction de Green, de nouvelles approches sont définies afin de retrouver malgré tout les propriétés du milieu.
L'importance de la distribution des sources de bruit pour les milieux non diffusant est mise en évidence. La caractérisation du champ d'onde est ainsi essentielle avant la mise en place de méthodes passives. Une étude comparative des méthodes l'imagerie active et passive est proposée. Elle montre que la résolution de l'imagerie passive est au moins aussi bonne que celle de l'imagerie active.
Enfin, une approche méthodologique est proposée pour l'étude du bruit ambiant, à partir d'outils issus de l'acoustique sous marine. Son application à l'étude de zones hydrothermales est discutée.