Rozprawy doktorskie na temat „Dynamique des tremblements de terre”

Dans les chaînes de montagnes, les séismes de magnitudes intermédiaires à fortes (Mw>6) déclenchent systématiquement un grand nombre de glissements de terrain responsables de l'introduction de volumes massifs de sédiments dans le réseau fluviatile. L'évacuation progressive de ces sédiments hors de la zone épicentrale affecte la dynamique des rivières et provoque des aléas hydro-sédimentaires dans les plaines alluviales (avulsion des rivières, crues...). La quantification des transferts sédimentaires est essentielle pour mieux comprendre l'évolution des paysages à court et moyen terme (de l'heure au siècle) et permettre une gestion efficace des risques dans les zones d'accumulation. Cependant, les flux de sédiments grossiers étant difficiles à mesurer, les facteurs contrôlant l'évacuation des glissements de terrain restent à ce jour mal compris. Cette thèse a donc porté sur l'étude, via la modélisation, des paramètres influençant la mobilisation des glissements de terrain, la préservation de la capacité de transport la transition entre gorge et plaine alluviale et la dynamique court terme des cônes alluviaux soumis à de forts apports sédimentaires. Les approches développées sont appliquées au contexte de la côte Ouest de la Nouvelle Zélande où la probabilité d'occurrence d'un séisme de magnitude 8 est de 50% dans les 50 ans à venir. Cette problématique à été abordée analytiquement et via une approche numérique avec le modèle 2D d'évolution des paysages et des rivières, Eros. Avec l'approche analytique, nous démontrons que la conservation de la capacité de transport long terme à la transition entre gorges et plaines alluviales est généralement réalisée par le passage à un système en tresse. Nous identifions aussi la variabilité des débits comme facteur dominant de la capacité de transport long terme comparé à l'effet de la végétation riparienne. Avec l'approche numérique, nous utilisons Eros qui est composé 1. d'un modèle hydrodynamique 2D, 2. d'un modèle de transport/dépôt de sédiments et 3. de modèles gérant les flux latéraux d'érosion et de dépôt. La combinaison de ces éléments permet l'émergence de diverses géométries de rivières alluviales (droites/sinueuses ou en tresses) en fonction des forçages externes qu'elles subissent (débit d'eau, flux sédimentaires). L'application d'Eros à des cas naturels a nécessité la validation et la calibration de ses paramètres principaux à l'aide: 1. de solutions analytiques et 2. de la reproduction morphodynamique de systèmes naturels, tel que l'évolution de la rivière Poerua en Nouvelle Zélande suite au glissement de terrain du Mont Adams. Dans la partie aval du bassin, les simulations numériques démontrent les capacités du modèle 1) à prédire efficacement l'évolution de plaines alluviales soumises à plusieurs scénario d'apports sédimentaires massifs et 2) à générer des cartes de risques probabilistes. Dans la partie amont du bassin, les résultats mettent en évidence le rôle clef de la réduction dynamique de largeur des rivières par rapport à la largeur de la gorge fluviatile, sur l'accélération de l'évacuation des sédiments issus des glissements de terrain. Une loi unique caractérisant les temps d'export d'une distribution de glissements de terrain peut être définie en fonction du rapport entre volume de sédiment et capacité de transport initiale de la rivière, permettant ainsi d'estimer leur temps de résidence moyen à 5-30 ans pour un scénario de séisme de Mw=8 beaucoup plus faibles que ceux estimés précédemment (~100 ans). L'approche numérique développée dans ce travail suggère que l'étude de la réponse des chaînes de montagnes à un forçage sismique fort ne peut être effectuée efficacement qu'avec un modèle 2D capable de prendre en compte les non-linéarités entre écoulements des rivières, leurs géométries et le transport sédimentaire. Les résultats obtenus permettent une meilleure caractérisation de la dynamique des paysages à l'échelle du cycle sismique et des aléas à court terme
In mountainous areas, intermediate to large earthquakes (Mw > 6) systematically trigger a large number of landslides supplying the fluvial network with massive volumes of sediment. The progressive evacuation of the sediment out of the epicentral area alters river dynamics and may cause hydro-sedimentary hazards in alluvial plains (river avulsion, inundations, bank erosion, ...). The quantification of sediment transfers is critical to better understand landscape evolution on short timescales (i.e. hours to centuries) and improve hazard management in deposition areas. However, the factors controlling the coarse sediment transfers are still poorly known due to a lack of field measurements and adequate numerical models. The aim of this work is thus to study, via numerical modeling, the parameters influencing landslides evacuation, the transport capacity variations at the gorge/alluvial plain transition and the short-term dynamics and hazards of alluvial fans. This work is set up in the context of the West Coast of New Zealand (NZ) which presents a 50% probability to experience a magnitude 8 earthquake in the next 50 years. This problematic has been addressed analytically and via a numerical approach. Using the analytical approach, we demonstrate that the conservation of long-term transport capacity at the bedrock gorge and alluvial plain transition usually implies the channel narrowing in the alluvial part that is generally realized by a transition to a braided system. We identify discharge variability as the dominant factor of alluvial river long term transport capacity compared to riparian vegetation. To explore the role of channel self-organization on coarse sediment transport, we use Eros, a 2D morphodynamic model able to simulate landscape evolution improved by a new 2D hydrodynamic model. Combined with a sediment transport/deposition model and lateral fluxes modeling (bank erosion and transverse deposition), Eros allows for the emergence of diverse alluvial river regimes and geometries (e.g. straight/sinuous and braided channels) as a function of the external forcing experienced by the river (water and sediment fluxes). The application of Eros on natural cases has required the validation and calibration of its principal parameters using analytical solutions and the morphodynamic reproduction of natural systems such as the evolution of the Poerua river in New Zealand following the Mount Adams landslide. In the downstream part of the catchment, the ensemble numerical simulations demonstrate Eros abilities to 1) efficiently predict the morphodynamic evolution of alluvial fans submitted to different scenarios of large sediment supplies and 2) generate probabilistic risk maps. In the upstream part, the results highlight the dominant role of dynamic river narrowing reducing export times of landslide-derived sediments. We define a new law characterizing export times as a function of landslide volume and pre-landslide transport capacity that predicts mean residence times for a M8 earthquake in a mountain range of 5-30 yr, much lower than previous estimations of ~ 100 yr. The numerical approach developed in this work suggests that the study of mountain ranges response to severe landslide disruption can only be addressed with a 2D model able to account for the non-linearities between river flow, channel geometry and sediment transport. The results allow for a better characterization of landscape dynamics at the scale of a seismic cycle and hydro-sedimentary hazards in the short term

Le projet de recherche a été réalisé dans le but premier de mettre à niveau, d'adapter et de rendre opérationnelle la méthode de Newmark pour les types de barrages et les types de séismes habituellement rencontrés au Québec. Pour ce faire, une Banque de Signaux Sismiques pour l'Est du Canada (BDSSEC), contenant 451 accélérogrammes, a été produite de même qu'un code de calcul permettant de calculer les déplacements permanents, par double intégration numérique, selon la méthode de Newmark. À partir d'analyses statistiques, des modèles prédictifs applicables au contexte sismologique de l'Est canadien ont été développés en considérant un comportement rigide-plastique (méthode dite du "bloc rigide") et un comportement viscoélastique linéaire équivalent (méthode dite "flexible"). La comparaison entre le nouveau modèle rigide-plastique pour l'Est avec ceux existants développés à partir de signaux de l'Ouest américain a montré que les déplacements permanents évalués pour l'Est peuvent être significativement inférieurs à ceux de l'Ouest pour des magnitudes et des distances épicentrales comparables compte tenu de leur contenu fréquentiel plus fort en hautes fréquences. Le modèle prédictif flexible a montré qu'il pouvait prédire des déplacements permanents du même ordre de grandeur que Makdisi et Seed (1977) et de Rathje et Antonakos (2011). Les déplacements permanents sont amplifiés par la méthode flexible comparativement à la méthode rigide principalement lorsque le ratio entre la période prédominante de l'ouvrage et la période moyenne de la sollicitation se situe autour de 1. Le second but consistait à tester l'applicabilité de la méthode du bruit de fond ambiant (H/V) comme outil expérimental pour estimer la période prédominante des barrages en remblai et en enrochement (Tp). Les études comparatives ont montré, de façon générale, une bonne concordance entre les calculs analytiques et les mesures expérimentales tant et aussi longtemps que les hypothèses à la base des modèles sont respectées.

Le présent projet vise le développement de lois de comportement p-y sismique dans les sols postglaciaires du Québec. Plus particulièrement, l'étude a permis l'obtention de moment en fonction du temps, ainsi que d'accélération en fonction du temps, d'un pieu isolé dans un dépôt de sol et soumis à un chargement sismique. Le logiciel FLAC 6.0 a été utilisé afin de reproduire numériquement le modèle sol-pieu. Ce modèle a été calibré par comparaison des résultats avec diverses études numériques et expérimentales préalablement réalisées. Les stratigraphies de deux sols au Québec ont été utilisées dans les simulations numériques. De plus, une masse ponctuelle, représentant une superstructure, a été ajoutée au modèle à la tête du pieu. La variation de cette masse, de même que de l'intensité des signaux sismiques utilisés a permis la réalisation de huit simulations distinctes. Les résultats de ces analyses sont joints au mémoire sous forme de disque compact.

Dans cette thèse, des simulations numériques ont d'abord été effectuées avec le logiciel FLAC (Itasca) sur un modèle de pente élastique linéaire homogène pour caractériser l'amplification de l'accélération le long de la surface située le long et à l’arrière de la crête d'une pente, et évaluer ainsi l'effet de la topographie sur l'amplification de l'accélération. L'interaction entre la fréquence du signal sismique appliqué à la base du modèle et l'angle et la hauteur de la pente a été particulièrement étudiée. Il a été constaté que le facteur d’amplification de l’accélération varie de manière significative avec l’angle de et la hauteur de la pente, la fréquence et la durée (nombre de cycle) du signal. De plus, l'amplification du mouvement du sol due à la topographie de la pente est influencée de manière significative par l'effet de couplage complexe entre les ondes incidentes et les ondes réfléchies sur la topographie, et qu’elle est fortement contrôlée par le rapport entre la longueur d'onde du signal incident et la hauteur de la pente.Les simulations numériques sont basées sur une étude géotechnique et une modélisation géomécanique nécessitant de valider les résultats par des comparaisons entre les résultats de modélisations et les données provenant des observations sur le terrain. L’analyse des domaines de fréquence, telle que la densité spectrale et la réponse en fréquence, est un moyen performant pour comprendre les caractéristiques des processus et les divers phénomènes qui ne peuvent pas être expliqués dans le domaine temporel. À cette fin, une étude de la crête du parc Xishan à Zigong au Sichuan en Chine a été réalisée. Les amplifications du site associées au mouvement du sol produit par le séisme de Wenchuan en 2008 ont été évaluées à l'aide de la technique du rapport spectral standard (SSR) et de la méthode d'accélération quadratique moyenne (arms) dans le domaine temporel. Une analyse numérique à 2D utilisant la méthode des différences finies au moyen du logiciel FLAC (Itasca) a été ensuite mise en œuvre et les résultats ont été comparés aux mesures de terrain. Les pics “simulés” des amplifications spectrales sont toujours inférieurs à ceux dérivés des enregistrements de terrain. L'effet d'atténuation important sur le mouvement d'entrée pour les hautes fréquences met en évidence le fait qu'un rapport d'amortissement du signal ne représente pas correctement la dissipation d'énergie dans les simulations numériques. Des amplifications significatives se sont produites à des fréquences élevées (> 10 Hz) et sont considérées comme résultant de conditions locales spécifiques telles que la fracturation des roches et les marches de faîtage; ils ne se produisent donc pas nécessairement au sommet de la colline.Enfin, des études paramétriques ont été réalisées avec des modèles élastiques en termes de diverses géométries de pente 2D et de couches géologiques de subsurface pour caractériser les amplifications du mouvement du sol. L’analyse paramétrique a pour but de comprendre le rôle joué par ces couches de surface, l’angle de la pente et la hauteur de la pente sur l’amplification du mouvement du sol,et donc d’évaluer si l’amplification du site peut être responsable du déclenchement du glissement de terrain. Ensuite, l'analyse dynamique sur des modèles de pente pour différentes magnitudes a été effectuée et une rupture de pente basée sur le déplacement a été créée pour évaluer la stabilité de la pente du site de Las Colinas au Salvador. Les résultats numériques ont clairement montré que les effets de site peuvent avoir induit d'importantes amplifications du mouvement du sol qui ont contribué à déclencher des glissements de terrain
In this research work, numerical simulations using the finite difference FLAC software (Itasca) were first conducted with a homogeneous linear elastic slope model in order to characterize the acceleration amplification along the slope surface and behind the slope crest, and then to evaluate the topographic effect on the acceleration amplification. The interaction between the frequency of the seismic input motion applied at the base of the model with the slope angle and height has been deeply investigated. It was found that significant changes in the acceleration amplification factor result from variations in the slope angle and height as well as the signal frequency and duration. In addition, it has been shown that the ground motion amplification due to slope topography result from complex coupling effects between the input waves and the reflected waves on the topographic features and is highly controlled by the ratio between the wavelength of the input signal and the slope height.Numerical simulations are based on geotechnical investigations and geotechnical modeling, and it is necessary to validate the results through comparisons between modeling results and field observations. Frequency domain analysis such as spectral density and frequency response are an effective way to understand process characteristics and the various phenomena that cannot be explained in the time domain. For this purpose, a case study at Xishan Park ridge in Zigong in China has been studied. Site amplifications associated with the ground motion produced by the 2008 Wenchuan earthquake have been evaluated using the Standard Spectral Ratio (SSR) technique and root-mean-square acceleration (arms) method in time domain. 2D numerical analysis using finite difference method using the FLAC software (Itasca) has been then performed and results have been compared with monitoring data. The “simulated” peaks of the spectral amplifications are always lower than those derived from the field records. The strong attenuation of input motion at high frequencies highlights the shortcoming that a signal damping ratio does not adequately represent the energy dissipation in numerical simulations. Significant amplifications occurred at high frequencies (>10 Hz) and are considered to result from local specific conditions such as rock fracturing and ridge steps; thus they do not necessarily occur at the top of the hill. Finally, parametric studies were performed with elastic models in terms of various 2D slope geometries and geological layers to characterize the ground motion amplifications. The purpose of the parametric analysis is to understand the role of the geological layer, slope angle and slope height on the ground motion amplification, and thus to estimate if site amplifications could be responsible for the triggering of landslide. Then, the dynamic analysis on the slope model for different seismic magnitudes was performed and a slope failure based on displacement was created to evaluate the Las Colinas slope stability in Salvador. The numerical results clearly showed that site effects can have induced significant ground motion amplifications that contributed to trigger landslides

Dans cette thèse, des simulations numériques ont d'abord été effectuées avec le logiciel FLAC (Itasca) sur un modèle de pente élastique linéaire homogène pour caractériser l'amplification de l'accélération le long de la surface située le long et à l’arrière de la crête d'une pente, et évaluer ainsi l'effet de la topographie sur l'amplification de l'accélération. L'interaction entre la fréquence du signal sismique appliqué à la base du modèle et l'angle et la hauteur de la pente a été particulièrement étudiée. Il a été constaté que le facteur d’amplification de l’accélération varie de manière significative avec l’angle de et la hauteur de la pente, la fréquence et la durée (nombre de cycle) du signal. De plus, l'amplification du mouvement du sol due à la topographie de la pente est influencée de manière significative par l'effet de couplage complexe entre les ondes incidentes et les ondes réfléchies sur la topographie, et qu’elle est fortement contrôlée par le rapport entre la longueur d'onde du signal incident et la hauteur de la pente.Les simulations numériques sont basées sur une étude géotechnique et une modélisation géomécanique nécessitant de valider les résultats par des comparaisons entre les résultats de modélisations et les données provenant des observations sur le terrain. L’analyse des domaines de fréquence, telle que la densité spectrale et la réponse en fréquence, est un moyen performant pour comprendre les caractéristiques des processus et les divers phénomènes qui ne peuvent pas être expliqués dans le domaine temporel. À cette fin, une étude de la crête du parc Xishan à Zigong au Sichuan en Chine a été réalisée. Les amplifications du site associées au mouvement du sol produit par le séisme de Wenchuan en 2008 ont été évaluées à l'aide de la technique du rapport spectral standard (SSR) et de la méthode d'accélération quadratique moyenne (arms) dans le domaine temporel. Une analyse numérique à 2D utilisant la méthode des différences finies au moyen du logiciel FLAC (Itasca) a été ensuite mise en œuvre et les résultats ont été comparés aux mesures de terrain. Les pics “simulés” des amplifications spectrales sont toujours inférieurs à ceux dérivés des enregistrements de terrain. L'effet d'atténuation important sur le mouvement d'entrée pour les hautes fréquences met en évidence le fait qu'un rapport d'amortissement du signal ne représente pas correctement la dissipation d'énergie dans les simulations numériques. Des amplifications significatives se sont produites à des fréquences élevées (> 10 Hz) et sont considérées comme résultant de conditions locales spécifiques telles que la fracturation des roches et les marches de faîtage; ils ne se produisent donc pas nécessairement au sommet de la colline.Enfin, des études paramétriques ont été réalisées avec des modèles élastiques en termes de diverses géométries de pente 2D et de couches géologiques de subsurface pour caractériser les amplifications du mouvement du sol. L’analyse paramétrique a pour but de comprendre le rôle joué par ces couches de surface, l’angle de la pente et la hauteur de la pente sur l’amplification du mouvement du sol,et donc d’évaluer si l’amplification du site peut être responsable du déclenchement du glissement de terrain. Ensuite, l'analyse dynamique sur des modèles de pente pour différentes magnitudes a été effectuée et une rupture de pente basée sur le déplacement a été créée pour évaluer la stabilité de la pente du site de Las Colinas au Salvador. Les résultats numériques ont clairement montré que les effets de site peuvent avoir induit d'importantes amplifications du mouvement du sol qui ont contribué à déclencher des glissements de terrain
In this research work, numerical simulations using the finite difference FLAC software (Itasca) were first conducted with a homogeneous linear elastic slope model in order to characterize the acceleration amplification along the slope surface and behind the slope crest, and then to evaluate the topographic effect on the acceleration amplification. The interaction between the frequency of the seismic input motion applied at the base of the model with the slope angle and height has been deeply investigated. It was found that significant changes in the acceleration amplification factor result from variations in the slope angle and height as well as the signal frequency and duration. In addition, it has been shown that the ground motion amplification due to slope topography result from complex coupling effects between the input waves and the reflected waves on the topographic features and is highly controlled by the ratio between the wavelength of the input signal and the slope height.Numerical simulations are based on geotechnical investigations and geotechnical modeling, and it is necessary to validate the results through comparisons between modeling results and field observations. Frequency domain analysis such as spectral density and frequency response are an effective way to understand process characteristics and the various phenomena that cannot be explained in the time domain. For this purpose, a case study at Xishan Park ridge in Zigong in China has been studied. Site amplifications associated with the ground motion produced by the 2008 Wenchuan earthquake have been evaluated using the Standard Spectral Ratio (SSR) technique and root-mean-square acceleration (arms) method in time domain. 2D numerical analysis using finite difference method using the FLAC software (Itasca) has been then performed and results have been compared with monitoring data. The “simulated” peaks of the spectral amplifications are always lower than those derived from the field records. The strong attenuation of input motion at high frequencies highlights the shortcoming that a signal damping ratio does not adequately represent the energy dissipation in numerical simulations. Significant amplifications occurred at high frequencies (>10 Hz) and are considered to result from local specific conditions such as rock fracturing and ridge steps; thus they do not necessarily occur at the top of the hill. Finally, parametric studies were performed with elastic models in terms of various 2D slope geometries and geological layers to characterize the ground motion amplifications. The purpose of the parametric analysis is to understand the role of the geological layer, slope angle and slope height on the ground motion amplification, and thus to estimate if site amplifications could be responsible for the triggering of landslide. Then, the dynamic analysis on the slope model for different seismic magnitudes was performed and a slope failure based on displacement was created to evaluate the Las Colinas slope stability in Salvador. The numerical results clearly showed that site effects can have induced significant ground motion amplifications that contributed to trigger landslides

Un modèle simplifié aux éléments finis a été proposé pour l'analyse des structures à ossature bois avec remplissage en pierres et mortier de terre en utilisant des modèles de comportement hystérétique pour les assemblages et certains éléments structuraux. Trois échelles différentes ont été définies pour l'identification et la validation des modèles hystérétiques: celle de l'assemblage, celle du mur de cisaillement et enfin celle de la structure complète en vraie grandeur. Le modèle calibré a été utilisé pour vérifier la correcte résistance aux séismes d'une maison traditionnelle Haïtienne à un étage ainsi que pour concevoir un exemple de bâtiment à deux étages utilisant les mêmes dispositifs constructifs
A simplified finite element model was proposed for the analysis of timber-framed structures with infilling of rocks and clay morter by using hysteretic constitutive models for joints and structural elements. Three different scales were defined for the identification and validation of hysteretic models: connection, shear wall and full-scale building; comparisons of numerical and test results were performed at each scale. The calibrated model allowed assessing the earthquake-resistant performance of a traditional Haitian one-storey house and could be used for the design of a two-storey house

Dans mon projet, j'ai utilisé les gaz nobles (He, Ne, Ar, Kr et Xe) pour étudier les processus naturels se déroulant dans différents contextes géodynamiques (c.-à-d. subduction, collision continentale, rifting), montrant ainsi comment l'utilisation des gaz rares est fondamentale pour contraindre l'origine des substances volatiles et comment ils permettent une évaluation qualitative et quantitative des processus (interaction eau-gaz-roche) qui se produisent pendant la remontée des fluides de l'intérieur de la Terre vers l'atmosphère. Les résultats de mon projet peuvent être résumés en cinq thèmes principaux : 1) Aperçu de l’histoire du dégazage du manteau terrestre à partir d'analyses de haute précision des gaz rares du gaz magmatique ; 2) Systématique des gaz nobles et des isotopes du carbone sur le volcan Ciomadul, apparemment inactif (Roumanie): Preuve du dégazage volcanique ; 3) Fluides dérivés du manteau dans le bassin sédimentaire de Java oriental, Indonésie ; 4) Dégazage des volatiles du manteau dans un régime tectonique de compression hors du volcanisme: rôle de la délamination continentale ; 5) Dégazage continental de l'hélium dans un contexte tectonique actif (nord de l'Italie) : le rôle de la sismicité
In my project, I used the nobles gases (He, Ne, Ar, Kr and Xe) to investigate natural processes occurring in different geodynamical contexts (i.e., subduction, continental collision, rifting), showing how the use of the noble gases is fundamental to constrain the origin of volatiles, and to investigate the Earth interior. Furthermore, I also used these volatiles to recognize the processes (water-gas-rock interaction) that occur during the fluids up rise from the Earth’s interior to the atmosphere and quantitatively constrain the extents of these processes. The results of my project are summarized in five main topics: 1) Insights into the degassing history of Earth’s mantle from high precision noble gas analysis of magmatic gas 2) Noble Gas and Carbon Isotope Systematics at the Seemingly Inactive Ciomadul Volcano (Romania): Evidence for Volcanic Degassing 3) Mantle‐Derived Fluids in the East Java Sedimentary Basin, Indonesia 4) Outgassing of Mantle Volatiles in Compressional Tectonic Regime Away From Volcanism: The Role of Continental Delamination 5) Continental degassing of helium in an active tectonic setting (northern Italy): the role of seismicity

Les observations sismologiques montrent l'existence d'une phase d'initiation qui précède l'arrivée des ondes P associées à la rupture.Par ailleurs de nombreux travaux expériementaux ont permis ont permis de préciser la phénoménologie du frottement sec et décrivent également une phase de nucléation précédant l'instabilité dynamique. Nous étudions les implications du formalisme en glissement tant sur l'initiation que sur le déclenchement des séismes. La méthode proposée est fondée sur une analyse aux valeurs propres couplée à la modélisation des processus en différences finies et éléments finis. Elle permet la prise en compte des échelles de temps caractéristiques de la nucléation et de la propagation de la rupture (0.01 à 100 s). De plus cette méthode est valide pour les failles homogènes comme pour les failles hétérogènes. Nous présentons lci principaux résultats observationnels et expérimentaux, ainsi que les possibles modélisations de la nucléation. L'analyse aux valeurs propres met en lumière un domaine de stabilité de la faille finie , limité par la première valeur propre statique &0. La mécanique propre de la faille finie est contrôlée par le facteur & = a x a', où a est la demi longueur de la faille et a' l'affaiblissement de la loi de frottement. Lorsque & < &0 la faille est stable lorsque &>=&0 la faille est instable. La méthode utilisée permet de relier le taux de croissance de l'instabilité y à& lorsque la faille est instable. Nous montrons que la durée de la phase d 'initiation Tc peut être extrêmement longue lorsque & tend vers &0. La faille est un objet géologique à replacer dans son contexte géologique. La mécanique intrinsèque de la faille est alors confrontée aux différents termes de forçage. Nous nous intéressons à l' interaction entre failles, composée d 'une partie statique et d 'une partie dynamique. Nous montrons que le terme dynamique, actuellement peu étudié, peut déclencher la rupture . L'application au cas réel du séisme d'Irpinia permet de préciser les valeurs des paramètres du frottement, et de préciser les influences respectives de la dynamique et du statique sur le déclenchement. Nous étudions ensuite la faille finie hétérogène. Dans un premier temps, nous montrons l'équivalence spectrale entre un système de failles et une faille homogène équivalente associée à un affaiblissement moindre. Nous montrons l'existence d'un domaine de confiance sur lequel il est possible de mesurer l'affaiblissement effectif du système hétérogène. Cette mesure sert à contraindre le temps d'occurence du prochain événement. La modélisation en différences finies permet de définir une loi de frottement effective non linéaire qui correspond à l'homogénéisation du système hétérogène. L'introduction de l'hétérogénéité pose la question de la résistance de la faille et de l'arrêt de la rupture. Nous présentons une définition possible de la résistance fondée sur les expériences de frottement et de rupture des matériaux. La loi constitutive présente une partie durcissante avant l'affaiblissement. L'introduction du durcissement supprime les singularités de contrainte qui apparaîssent avec les barrières rigides. L'arrêt de la rupture se fait sur une zone qui correspond à l'endommagement de la barrière en durcissement. Ce modèle d 'arrêt de la rupture est à même d 'expliquer la croissance des failles au travers de la répétition des séismes .

Les systèmes de failles décrochantes sont constitués d’une variété de complexités géométriques telles que des branchements de failles, des plis et des zones de relais. En particulier, la présence d’une structure de relais peut fortement déterminer la taille finale de la rupture sismique. Ainsi, comprendre la dynamique d’une rupture à travers une telle complexité est crucial pour l’évaluation des risques sismiques. Quelques études ont examiné cette question dans le contexte d’un milieu élastique linéaire. Cependant, lors d’un séisme, des zones d’endommagement sont générées, notamment aux extrémités d’une faille, ce qui modifie considérablement la dynamique globale d’une rupture. En utilisant un modèle micromécanique prenant en compte la croissance et l’ouverture de fissures et leur impact sur l’évolution dynamique des modules élastiques, nous évaluons comment l’endommagement dynamique peut affecter la capacité d’une rupture à se propager au travers des structures de relais. Nous montrons que, parfois, en tenant compte de cette dispersion de l’énergie sur les microstructures formées, les zones endommagées suppriment la capacité de la rupture à passer d’une faille à une autre. Mais, dans certains cas spécifiques, la zone de faible vitesse créée dynamiquement peut au contraire aider la rupture à sauter sur la deuxième faille. En combinant cette étude numérique avec une approche analytique, nous établissons les contours d’une approche systématique utile pour l’évaluation des risques sismiques
Strike-slip fault systems consist of a variety of geometrical complexities like branches, kinks and step-overs. Especially, the presence of a step-over structure can strongly determine the final size of the earthquake rupture. Thus understanding the dynamics of a rupture through such a complexity is crucial for seismic hazard assessment. A few studies have looked at this question within the context of a linear elastic medium. However, during an earthquake off-fault damage is generated, especially at the ends of a fault, which significantly changes the overall dynamics of a rupture. Using a micromechanical model, that accounts for crack growth and opening and its impact on the dynamic evolution of elastic moduli, we evaluate how dynamic off-fault damage can affect the capability of a rupture to navigate through step-over fault structures. We show that, sometimes, accounting for this energy sink, off-damage suppresses the ability of the rupture to jump from one fault to another. Whereas, in some specific cases, the dynamically created low-velocity zone may aid the rupture to jump on the secondary fault. Combing this numerical study with an analytical analysis we set the contours for a systematic approach useful for earthquake hazard assessments

La localisation des seismes enregistres permet de mettre en evidence une fracture crustale majeure, situee a la bordure nord de la haute chaine et qui pourrait correspondre a la suture des plaques europe et iberie. L'etude des mecanismes au foyer et les resultats de la geodesie montrent une elevation de la haute chaine par rapport a l'avant pays nord. L'examen des parametres de la source montre l'heterogeneite de l'etat de contrainte a la surface de la faille sismique. L'etude de l'attenuation des ondes sismiques ne revele pas de variation du facteur de qualite du milieu liee a l'activite sismique. Ces resultats permettraient de progresser dans les domaines de la sismogenese et de la prevision sismique dans les regions de sismicite moyenne

Nous avons developpe un modele thermique de plaque subductante, dans lequel la transformation olivine spinelle est controlee par une loi cinetique dependant de la pression et de la temperature. Un coin d'olivine metastable peut se former a l'interieur froid de la plaque subductante, selon la valeur du parametre thermique de la plaque subductante, produit de l'age de cette plaque par sa vitesse verticale de descente. La profondeur de l'extremite du coin d'olivine metastable calculee est generalement plus faible que celle du plus profond tremblement de terre observe, pour une zone de subduction etudiee. Notre modele ne peut expliquer l'existence des tremblements de terre profonds, pour la plupart des zones de subduction, si ces tremblements de terre profonds sont associes a la presence d'olivine metastable. Certains tremblements de terre profonds ne sont alors peut-etre pas associes a la presence d'olivine metastable, ou notre connaissance de la cinetique de la transformation olivine spinelle est encore incomplete. Nous avons developpe un modele mecanique de plaque subductante. Un coin d'olivine metastable est suppose present. Differentes rheologies elastiques, viscoelastiques avec la viscosite dependant de la pression, la temperature et la taille des grains, sont utilisees. Les contraintes dues aux forces de gravite sont alors trouvees negligeables devant les contraintes internes (contraintes liees aux changement de volume de la reaction, contraintes thermiques), en presence d'un coin d'olivine metastable. Lorsque la rheologie viscoelastique est utilisee, de la compression dans le sens de descente de la plaque subductante est trouvee a l'interieur du coin d'olivine metastable, en accord avec les mecanismes aux foyers des tremblements de terre profonds.

Cette thèse d’histoire vise in fine l’amélioration des méthodologies de détermination de l’aléa qui reposent sur les données macrosismiques dans le cas des séismes historiques. A cette fin, l’effort de recherche fondamentale, de même que l’analyse de la vulnérabilité des sociétés du passé face aux aléas naturels passent par la création et l’utilisation d’outils méthodologiques applicables aux séismes historiques (critique historique, lexique, cartographie). La thèse se compose de deux parties à la fois distinctes et indissociables : d’une part la vulnérabilité des populations anciennes aux tremblements de terre, d’autre part celle du bâti ancien. Mêler la mise en contexte des documents disponibles à une recherche archivistique robuste et fine permet d’intégrer le comportement des communautés touchées.Les bornes chronologiques choisies correspondent au développement de la presse et la naissance de la science moderne d’une part, l’entrée dans l’ère de la Révolution industrielle d’autre part. Ce choix est également motivé par la disponibilité restreinte et l’analyse plus complexe des documents pour la période qui précède le XVII e siècle et la naissance de la sismologie pour la seconde partie du XIX e siècle.Trois cas d’études (Bagnères-de-Bigorre, 1660 ; Manosque, 1708 ; Entre-Deux-Mers, 1759) permettent d’explorer bon nombres de pistes de recherches menant à une appréhension, analyse et interprétation desdocuments historiques par l’utilisation d’outils créés spécialement dans ce but
This thesis of history is ultimately the improvement of the methodologies of hazard based on macroseismic data in the case ofhistorical earthquakes. To this end, the effort of basic research, as well as the analysis of the vulnerability of societies of the past to natural hazards involves the creation and the use of methodological tools applicable to historical earthquakes (historical criticism, lexicon, and mapping). The thesis consists into two parts at once distinct and indivisible: firstly the old vulnerability to earthquakes, secondly the vulnerability of ancient buildings.Mixing the context of the available documents with a robust and thin archival research allows integrating the behavior of affected ommunities.Selected time-series terminals correspond to the development of the press and the birth of modern science a hand, entering the era of the Industrial Revolution on the other. This choice is also motivated by the limited availability and more complex analysis of the documents for the period preceding the 17th century and the birth of Seismology for the second part of the 19th century.Three case studies (Bigorre, 1660; Manosque, 1708; Entre-Deux-Mers, 1759) allow exploring many leads of research leading to a better apprehension, analysis and interpretation of historical documents by theuse of tools specifically created for this purpose

Terre de démesure et foyer de centaines de millions d'âmes, l'Himalaya est aussi le berceau d'une sismicité dont les pendants relèvent encore à ce jour d'une part de mystère. Ayant emporté dans leur fracas la vie de rois et réduit à l'état de ruines des cités millénaires, les séismes himalayens rythment les contes populaires népalais au diapason d'une morale fataliste selon laquelle rien n'est éternel. Sur le plan scientifique aussi bien qu'humain, percer les secrets de la sismicité himalayenne représente donc un défi de toute première importance. Par des mesures géodésiques de la déformation du sol népalais à l'aide de données GPS et de nivellement, nous montrons qu'à la différence d zones de subduction connues, le couplage sur la Main Himalayan Thrust fault, ou MHT, est dépourvu des zones de glissement qui traditionne opposent une barrière à la propagation des grands séismes. Les 20 mm par an de convergence estimés au travers de la chaîne étant comparables estimations déjà existantes de la déformation séculaire au pied de l'arc himalayen, le glissement accumulé sur la faille en profondeur doit bien se propager élastiquement jusqu'à la surface d'une manière ou d'une autre. Et pourtant, ni les grands séismes du passé, ni la microsismicité mesurée quotidiennement ne contrebalancent le gigantesque déficit de moment qui s'accumule sous les montagnes géantes. Ce déficit de moment non contrebalancé allié au couplage inhabituellement homogène sur la MHT amènent à se demander si la MHT pourrait rompre toute entière en une seule fois, générant un séisme gigantesque. Répondre à cette question de manière univoque exige des précisions sur les propriétés de faille de la MHT, et nous exploitons donc certaines des particularités de la sismicité himalayenne pour accroître notre compréhension de la mécanique des tremblements de terre himalayens. Chaque année, les plaines du Gange sont abreuvées d'un déluge de pluies pendant les quelques mois que dure la Mousson, à tel point que la masse d'eau accumulée est suffisante pour courber la plaque indienne, relâchant temporairement une petite partie des contraintes qui s'accumulent sur la MHT. A l'inverse, en hiver, alors que les eaux de pluie s'évaporent, la plaque indienne rebondit et la tension sur la faille s'accroît de nouveau. Coïncidence fortuite mais heureuse, les petites variations de contraintes induites par ce cycle hydrologique sont d'une amplitude comparable à celles générées par les marées terrestres. Mais alors que les séismes semblent voir leur distribution temporelle suivre les variations annuelles de chargement induites par h mousson, ils restent insensibles aux oscillations biquotidiennes des marées. Afin de faire le lien entre ces observations et les propriétés physiques de la MHT, nous étudions donc les réponses de la partie bloquée et de la partie en glissement de la MHT à des variations périodiques de contraintes. Dans un premier temps, la réponse de la zone en glissement est étudiée à travers des modèles patin-ressort obéissant aux lois rate-and-state, et nous montrons qu'à la transition avec la zone bloquée où la friction devient quasi-indépendante de la vitesse de glissement sur la faille, la réponse du taux de glissement peut être amplifiée à certaines périodes, dont les expressions analytiques peuvent être reliées aux paramètres physiques du problème. Ces prédictions présentent donc le potentiel de contraindre les propriétés de faille de la MHT, mais attendent toujours des observations pour pouvoir être appliquées, puisqu'à ce jour, aucune variation de la vitesse de glissement n'a pu être extraite des séries temporelles GPS. En ce qui concerne l'étude de la zone bloquée, les modèles patin-ressort s'avèrent incapables d'expliquer les réponses contrastées de la sismicité aux chargements périodiques de la mousson et des marées. Nous avons donc recours à des simulations numériques, tirant profit de l'algorithme Boundary Integral CYCLes of Earthquakes, et étudions la réponse d'une faille continue 2D contenant un patch rate-weakening lorsqu'elle est soumise à des perturbations harmoniques de contraintes à différentes périodes. Les résultats de ces simulations sont compatibles avec une amplification progressive de la sensibilité de la faille lorsque la période de la perturbation augmente, jusqu'à une période critique correspondant au temps caractéristique de l'évolution de la réponse indicielle de la sismicité. Cette augmentation de la sensibilité n'est pas reproduite par les systèmes 1D patin-ressort, probablement en raison de la complexité du processus de nucléation, reproduit seulement par des modèles 2D. Afm de décrire complètement le comportement d'une faille sismique en ternies des paramètres physiques du problème, une formulation analytique ou semi-analytique doit être mise au point et des travaux supplémentaires sont encore nécessaires. Une telle formulation fournirait les clés pour déduire les propriétés constitutives de la MHT des observations sismologiques
Home to hundreds of millions of souls and land of excessiveness, the Himalaya is also the locus of a unique seismicity whose scope and peculiarities still remain to this day somewhat mysterious. Having claimed the lives of kings, or turned ancient timeworn cities into heaps of rubbles and tains, earthquakes eerily inhabit Nepalese folk tales with the fatalistic message that nothing lasts forever. From a scientific point of view as much as from a human perspective, solving the mysteries of Himalayan seismicity thus represents a challenge of prime importance. Documenting geodetic strain across the Nepal Himalaya with varions GPS and leveling data, we show that unlike other subduction zones that exhibit a heterogeneous and patchy coupling pattern along strike, the last hundred kilometers of the Main Himalayan Thrust fault, or MHT, appear to be uniformly locked, devoid of any of the "creeping barriers" that traditionally ward off the propagation of large events. The approximately 20 mm/yr of reckoned convergence across the Himalaya matching previously established estimates of the secular deformation at the front of the arc, die slip accumulated at depth has to somehow elastically propagate all the way to the surface at some point. And yet, neither large events from die past nor currently recorded microseismicity nearly compensate for the massive moment deficit that quietly builds up under die giant mountains. Along with this large unbalanced moment deficit, die uncommonly homogeneous coupling pattern on die MHT raises the question of whether or not the locked portion of die MHT can rupture all at once in a giant earthquake. Univocally answering this question appears contingent on die still elusive estimate of the magnitude of the largest possible earthquake in the Himalaya, and requires tight constraints on local fault properties. What makes the Himalaya enigmatic also makes it the potential source of an incredible wealth of information, and we exploit some of the oddities of Himalayan seismicity in an effort to improve the understanding of earthquake physics and cipher out the properties of die MHT. Thanks to the Himalaya, the Indo-Gangetic plain is deluged each year under a tremendous amount of water during the annual summer monsoon that collects and bears down on the Indian plate enough to pull it away from the Eurasian plate slightly, temporarily relieving a small portion of die stress mounting on the MHT. As the rainwater evaporates in the dry winter season, die plate rebounds and tension is increased back on the fault. Interestingly, the mild waggle of stress induced by the monsoon nains is about die same size as that from solid-Earth tides which gently tug at the planets solid layers, but whereas changes in earthquake frequency correspond with the annually occurring monsoon, there is no such correlation with Earth tides, which oscillate back-and-forth twice a day. We therefore investigate die general response of the creeping and seismogenic parts of MHT to periodic stresses in order to link there observations to physical parameters. First, the response of die creeping part of the MHT is analyzed with a simple spring-and-slider system bearing rate-strengthening rheology, and we show that at the transition with die locked zone, where the friction becomes Wear velocity neutral, the response of the slip rate may be amplified at some periods, which values are analytically related to the physical parameters of die problem. Such predictions therefore hold the potential of constraining fault properties on the MHT, but still await observational counterparts to be applied, as nothing indicates that the variations of seismicity rate on die locked part of the MHT are the direct expressions of variations of the slip rate on its creeping part, and no variations of die slip rate have been singled out from die GPS measurements to this day. When shifting to die locked seismogenic part of the MHT, spring-and-slider models with rate-weakening rheology are insufficient to explain die contrasted responses of die seismicity to the periodic loads that tides and monsoon both place on the MHT. Lnstead, we resort to numerical simulations using the Boundary Integral CYCLes of Earthquakes algorithm and examine die response of a 2D finite fault embedded with a rate-weakening patch to harmonie stress perturbations of varions periods. We show that such simulations are able to reproduce results consistent with a graduai amplification of sensitivity as die perturbing period get larger, up to a critical period corresponding to the characteristic Lime of evolution of the seismicity in response to a step-like perturbation of stress. This increase of sensitivity was not reproduced by simple 1D-spring-slider systems, probably because of the complexity of the nucleation process, reproduced only by 2D-fault models. When the nucleation zone is close to its critical unstable size, its growth becomes highly sensitive to any externat perturbations and the timings of produced events may therefore fmd themselves highly affected. A fully analytical framework has yet to be developed and further work is needed to fully describe the behavior of die fault in ternis of physical parameters, which will likely provide die keys to deduce constitutive properties of the MHT fion seismological observations

Le sujet de la thèse est l'étude de l'enseignement des séismes et du volcanisme dans les écoles d'Enseignement Primaire en Turquie. La recherche s'est organisée autour de plusieurs axes concernant l'étude des risques naturels : dans la science de géographie physique et géologique, dans les Instructions Officielles, dans les manuels scolaires, dans l'analyse des représentations des élèves, et dans les pratiques de classe. L'objectif final sera de proposer la meilleure adéquation possible entre la spécificité de la géographie physique et géologique, et la demande sociale d'une initiation des futurs citoyens turcs à la meilleure compréhension de ces deux phénomènes, afin qu'ils puissent mieux réagir lorsque de tels évènements ont lieu, ayant eux-mêmes reçu une véritable éducation aux risques séismiques
The subject of the thesis is the study of seisms and volcanism teaching in the primary schools in Turkey. The research is organized around several main lines relating to the study of the natural risks : in the physical geography and geological sciences, in the OfficiaI Instructions, in the textbooks, in the analysis of the representations of the pupils and in the practices of class. The final purpose will be to suggest the best possible appropriateness between the specificity of the physical geography and geology, and the social request about an initiation of the future Turkish citizens to the best comprehension of these two phenomenons, in order to they can react weIl when such events take place, having received themselves a true education to the seismic risks

L'objectif de ma thèse de doctorat était de définir et d'analyser le rôle des catastrophes dans la construction du territoire, de la mémoire et de l'identité des habitants du Chili. L'étude a cherché à vérifier les dimensions du catastrophisme à l'époque où, selon notre hypothèse, celui-ci a été créé, à savoir du XVIe au XVIIIe siècles. Pour cela on a pris comme objet de l'étude les tremblements de terre survenus à cette époque, reconnus comme la « face visible » de ce catastrophisme, et qui ont contribué à le consolider. On a pu identifier six tremblements de terre pour l'époque : 1570, 1575, 1647, 1657, 1730, 1751, bien que ce soit à partir des quatre derniers que nous définirons notre point de vue. Notre approche s'est divisée en trois grands ensembles. La première partie a été consacrée aux lieux, aux acteurs, aux représentations, aux souvenirs, au vocabulaire, etc. Qui ont donné corps à cette perception catastrophique, source d'un discours de singularité et d'une « mémoire souffrante ». Les chapitres qui constituent la seconde partie veulent révéler comment a pris forme ce que nous tenons pour une perception catastrophique du Chili, autrement dit le « catastrophisme ». On indiquera en particulier la façon dont cette perception put prendre forme grâce à une série de supports qui émergèrent entre les séismes. La troisième partie a analysé les représentations postérieures de ces séismes et la manière dont elles ont influencé sur la construction des mémoires et sur la transmission des Histoires
This study sought to verify the dimensions of the sense of catastrophe or "catastrophism" generated due to natural disasters. 16th, 17th and 18th centuries were analysed for this purpose. The objects of study chosen in order to analyze this catastrophism were the earthquakes that took place during this time. Specifically, we make reference to the 1570, 1575, 1647, 1657, 1730 and 1751 earthquakes, altough we focus our attention mainly on the 17th and 18th century ones. The thesis is divided in three parts. The first part presents the elements that forged a catastrophic perception (places, actors, memories, vocabulary, etc. ). The second part includes chapters that explain the mechanism through, and the ways in wich catastrophism was instrumentalised. Finally the third part examine representations generated in the aftermath of these earthquakes. These representations were influential in the construction of the memory and transmission of the "history" of this country

Cette histoire générale des tremblements de terre en France aux XVIIe et XVIIIe siècles prend en compte les conséquences sociales et matérielles de cet aléa, les réactions et les représentations des contemporains, les initiatives de l'État et de l'Église ainsi que la connaissance et la compréhension de ces phénomènes. La catastrophe naturelle est abordée par ses deux versants, l'aléa naturel et l'événement social mais sans les opposer: elle est un fait historique et social qui n'est saisi que par l'intermédiaire d'un contexte et de la vulnérabilité des groupes humains. Largement ignorés des historiens, les séismes du passé ont été reconstitués dans le cadre du programme électro-nucléaire français et des ses exigences de sûreté. Le vaste fonds documentaire réuni dans la base Sis France fait apparaître en France un aléa modéré mais un risque majeur, caractérisé par une longue période de retour et une géographie complexe. Face à ce péril capable de causer de graves dégâts à l'échelle des communautés, les hommes du passé ne sont pas inactifs; cependant, ils ne tiennent pas nécessairement un discours sur la catastrophe. L'État moderne reste lointain face aux malheurs des temps, même s'il devient de plus en plus un interlocuteur obligé. En revanche, dans les années 1740, on assiste à la naissance du risque sismique c'est-à-dire la découverte des secousses du royaume qui s'accompagne de nombreux commentaires et de débats. Ce processus d'amplification sociale du risque est nourri par les interrogations scientifiques et académiques sur la diffusion des secousses, les interrogations philosophiques sur le mal et la Providence, la diffusion accrue des nouvelles et la transformation des rapports au temps et à l'espace. Ces passions telluriques révèlent que la catastrophe est au coeur des interrogations des Lumières sur le bonheur, l'inquiétude et la sociabilité, et que les tremblements de terre sont une préoccupation bien française.

La degradation de la resistance des materiaux constitue la principale cause de rupture des ouvrages en terre soumis a des sollicitations sismiques. Cette perte de resistance est due a une accumulation des pressions interstitielles et des deformations irreversibles du squelette solide qui peuvent conduire a une liquefaction et par suite a une rupture subite ou differee de la structure. Ainsi, dans le but d'evaluer la resistance a la liquefaction, nous avons opte pour le calcul couple qui est le plus approprie pour ce genre d'analyse. La theorie des melanges nous a alors permis de formuler les equations du mouvement et nous avons admis le concept de la contrainte effective. Nous avons ensuite choisi une loi constitutive elastoplastique a plusieurs surfaces de charge pour modeliser la reponse du squelette solide. Le modele propose par prevost a ete adapte aux chargements tridimensionnels. L'integration de la loi elastoplastique a ete realisee a l'aide de l'algorithme du plan secant. Nous avons teste le modele developpe sous differents chemins de sollicitations et l'analogie avec les resultats experimentaux est bonne. Le systeme sol-structure qui est un systeme semi-infini a ete modelise par un milieu fini equivalent. Nous avons opte pour le principe de la frontiere visqueuse que nous avons adapte aux equations de mouvement des sols satures. Les resultats obtenus sont satisfaisants. Nous avons termine ce travail par une analyse de deux types d'ouvrages en terre : un depot de sol et barrage. Les resultats obtenus sont conformes a ceux observes.

Le ne du plateau du tibet est une zone montagneuse de 1000 km de long, 600 km de large, limitee au sud par la faille du kunlun et au nord par la depression du desert de gobi. Cette region d'altitude moyenne 3500 m est bordee par deux decrochements senestres actifs, l'altyn tagh a l'ouest dont la vitesse de mouvement senestre est de 42 mm/an a sa terminaison orientale, et la faille de haiyuan a l'est dont la vitesse de mouvement senestre atteint 20 mm/an. Les reliefs actuels et la sismicite importante de cette region, structuree au paleozoique inferieur lors du cycle caledonien, sont dus a sa reactivation apres la collision inde-asie. Les principaux chainons montagneux nw-se, paralleles et separes par des bassins intramontagneux sont associes a des rampes crustales qui rejoignent un niveau de decollement qui s'approfondit vers le sud. Le raccourcissement fini total de cette zone est de 15688 km et suggere que le materiel non deforme sous-jacent soit resorbe par subduction continentale au niveau de la faille et de la chaine du kunlun. Les failles inverses qui construisent les reliefs ont des taux de rejet vertical de 21 mm/an et sont responsables d'une surrection regionale de 0. 20. 1 mm/an. Ces valeurs impliquent que cette region a atteint son altitude moyenne de 3500 m par rapport a la depression du desert de gobi d'altitude 1500 m en moins de 20 ma. Le bord ne du plateau du tibet peut s'interpreter comme un relais en compression d'echelle crustale qui se construit en deux decrochements actifs. En annexe, sont regroupes deux articles qui documentent les mecanismes de croissance de l'anticlinal de rampe d'el asnam

Dans les premiers instants de l'histoire des planètes telluriques, la chaleur d'accrétion, le chauffage radioactif et la différenciation noyau-manteau apparaissent comme des sources d'énergie capables de fondre le manteau terrestre significativement. L'évolution d'un océan de magma suite à ces évènements catastrophiques dépend des propriétés physiques des matériaux silicatés en conditions mantelliques et de la dynamique convective complexe d'un manteau en cristallisation. Actuellement, certains auteurs proposent que la structure actuelle du manteau profond pourrait être associée à des reliques de la cristallisation d'un océan de magma primitif. Nous avons développé un modèle thermodynamique capable de modéliser de façon auto cohérente des séquences de cristallisation dans les conditions du manteau profond. A partir de ce modèle, nous avons montré que le magma s'enrichit progressivement en fer au cours de la cristallisation. Le liquide résiduel devient ainsi plus dense que la phase solide. Ce modèle thermodynamique suggère un scénario de cristallisation de l'océan de magma similaire à celui proposé par (Labrosse et al., 2007). Celui-ci prédit que la structure actuelle de la base du manteau hériterait de la cristallisation d'un océan de magma primitif. Afin d'étudier l'influence de ce contraste de densité et des profils de liquidus sur la dynamique syn- cristallisation d'un océan de magma, nous avons développé un code de convection multiphasique intégrant changement phase, percolation / compaction et cristallisation fractionnée. Dans ce mémoire, nous présentons des modèles dynamiques préliminaires de cristallisation dans le cas univariant
Early in the history of terrestrial planet, heat of accreation, radioactive deacay and core-mantle segratation may have melted the silicate mantle significantly. Magma ocean evolution depends on both physical properties of materials at relevant P-T conditions and the complex dynamics of a convecting cristallizing mantle. Present deep Earth mantle structures might be direclty linked to the crystallization of a potential magma ocean. We propose a complete thermodynamic model of the solid-liquid equilibrium in the MgO-FeO-SiO2 system which allows to compute self-consistenltly crystallization sequence at deep mantle conditions. The present study shows that, at thermodynamic equilibrium, the first solids that crystallize in the deep mantle are lighter than the liquid as they are more Mg-rich. This further enriches the melt in iron and this residual melt becomes much denser than the solid phase. Both the anti-freeze effect of iron and its high density suggest a mantle crystallization scenario similar to that described in Labrosse et al. (2007) where the ULVZ are iron rich and very fusible remnants of a primordial basal magma ocean. In addition, we have developped a multiphase convection code accounting for solid-liquid phase change, compaction and fractionnal cristallization. This mechanical model is dedicated to the investigation of the effects of various temperature profile and solid liquid density cross-overs on the dynamics of a cristallizing mantle. In this thesis, we show preliminary models illustrating the effect of chemical density contrasts between melt and solid in the case of univariant crystallization

Cette thèse de géophysique comporte dix chapitres. En premier lieu, vient une introduction aux travaux exposés tout au long de ce mémoire (chapitre I), qui rappelle les tenants et les aboutissants de ce genre d'exercice. Le second chapitre décrit les différentes observations (ou observables) géophysiques, qui sont à la source des modélisations, ou qui contraignent celles-ci. Le chapitre II présente une étude quantitative de ces différentes observables, ainsi que les idées physiques simples qui conduisent à considérer la Terre comme un objet fluide. Une première génération de modèles dynamiques est exposée dans le chapitre IV et différents aspects de ceux-ci sont détaillés. Les travaux d'inversion effectués à partir de ces modèles à variation radiale de viscosité, sont présentés dans le chapitre V. Celui ci est composé d'un exposé de la méthode, suivi d'une illustration par un exemple théorique simple, et de l'article Mantle Heterogeneities, Geoid, and Plate Motion: A Monte-Carlo Inversion, parut dans le Journal of Geophysical Research, en Octobre 1989. Une deuxième génération de modèles, qui tiennent compte de l'existence de plaques lithosphériques, est présentée dans le chapitre VI. Il se compose d'un exposé de la méthode, suivi de l'article Mantle Dynamics With Induced Plate Tectonics, à paraitre dans le Journal of Geophysical Research, puis de différentes considérations sur la circulation mantellique globale et les topographies engendrées dans le cadre de ces modèles. Ensuite vient la conclusion (chapitre VII, qui résume les principaux résultats, les interrogations qui subsistent, et les voies qui restent à explorer. Les subtilités mathématiques et les calculs interminables sont détaillés dans un appendice mathématique (chapitre VIII), auquel le lecteur est renvoyé par une petite note le cas échéant. Les chapitres et X sont en annexe, et présentent deux autres articles ayant traits aux travaux exposés ici. En annexe A, se trouve l'article The Driving Mechanism of Plates, à paraitre dans le numéro spécial de Tectonophysics consacré au 201ème anniversaire de la tectonique des plaques. Cet article est une synthèse des travaux effectués tout au long de cette thèse, avec un accent particulier sur les aspects convectifs des modèles dévelopés, et les forces exercées sur les plaques. En annexe B se trouve l'article "Le champ de gravité de trois planètes telluriques Mars, Vénus, et la Terre", paru dans une publication interne du CNES, qui montre comment on peut analyser le champ de gravité de ces différentes planètes, et utiliser les modèles dynamiques décrits précédemment pour certaines d'entre elles. Enfin, une bibliographie des ouvrages et articles cités se trouve placée à la fin de la thèse.

Cette thèse de géodynamique comporte deux parties. Dans chacune de ces parties, des processus de déformation des matériaux mantéliques sont mis en jeu. Les données gravimétriques, géoïde ou anomalies de Bouguer apparaissent comme des observations fondamentales pour contraindre ou guider nos modèles. La première partie de cette thèse présente une analyse spectrale de la topographie et des anomalies de gravité de la province du Basin and Range dans l'Ouest Américain. Des périodicités de différentes longueurs d'onde sont mises en évidence suivant des directions que nous relions à celles des extensions que cette région a subies au Miocène et à l'Actuel. Nous comparons ces observations à des modèles d'instabilité d'étirement. Nous proposons l'existence d'un boudinage à l'échelle lithosphérique pour interpréter nos observations dans cette région. La deuxième partie analyse les relations à grandes longueurs d'onde entre le géoïde, les hétérogénéités mantéliques de densité et la tectonique des plaques. Nous montrons que la prise en compte de la dynamique interne de notre Terre fluide est absolument nécessaire pour comprendre ces relations. Nos modèles considèrent l'existence de variations latérales des propriétés mécaniques de la Terre. Ces modèles permettent de simuler la présence des plaques tectoniques rigides à la surface d'un manteau convectif homogène
This thesis on geodynamics includes two parts. Deformation processes of mantellic materials are involved in both parts. Geoid and Bouguer Gravity observations are used to constraint our models. The first part of this thesis presents a spectral analysis of topography and gravity anomalies in the Basin and Range Province of North America. Periodicities are shown with various wavelengths and directions. These directions are related to the extensional directions of this province during Miocene time and the Present. These observations are compared to numerical models of stretching instabilities. We suggest the existence of a "boudinage" structure for the whole lithosphere. In the second part, we analyze the long wavelength relationships between geoid, mantle lateral heterogeneities and plate tectonics. These relationships can only be explained by the internal dynamics of the fluid Earth. Our models can take into account the existence of lateral variations in the mechanical properties of the Earth. They can simulate the effects of rigid plates moving on the top of an homogeneous convective mantle

Les séismes sont des phénomènes connus et associés à l'espace californien. Celui du 17 octobre 1989 a surpris et touche une région -la baie de San Francisco qui avait été épargnée depuis la catastrophe de 1906. Le réveil d'une faille active en a provoqué un autre. La prise de conscience du risque présent et futur a amorcé ou accéléré des initiatives tous azimuts et à plusieurs échelles, visant toutes à réduire ce risque auxquelles sont inégalement exposées des millions de vies, les activités économiques et les équipements qui peuplent et animent cette région prospère mais vulnérable. Notre recherche pose la question de l'influence réelle du risque sismique et la place de la gestion de celui-ci sur l'orientation des choix de développement régional en Californie. La première partie de cette thèse analyse l'impact à court, moyen et long terme d'un séisme majeur sur les paysages anthropiques et les aménagements de la région urbaine de San Francisco (appelée localement la bay area). Elle tente de le replacer dans la perspective du développement fulgurant qu'a connu cet espace, conquis et constamment remanie par des esprits pionniers. La deuxième partie offre, à partir d'un échantillon aléatoire mais significatif auprès de quatre cent personnes, une évaluation de la perception du risque des habitants ainsi que de l'évolution (son érosion ou sa consolidation) des mesures prises à l'échelle ; la troisième partie synthétise non seulement les aspects théoriques et fondamentaux de la réflexion (essentiellement nord-américaine) sur les politiques de prévention et de gestion du risque mais aussi les stratégies mises en place par les différents acteurs, depuis l'échelle fédérale jusqu'à celle des quartiers. Finalement, la conception d'un modèle californien de prévention du risque sismique devrait se construire par l'intégration des énergies, des stratégies individuelles et collectives, ponctuelles ou généralisées, qui ont émergé durant les années 1990 afin de préparer la société à un "rendez-vous" avec le big one, au XXIeme. . . Demain ou dans trente ans.

La géométrie et la flexibilité d'un canyon sont les paramètres qui affectent grandement la valeur des périodes naturelles dans les barrages en terre. Le canyon entourant des barrages peut être considéré comme un domaine illimité. Pour prendre en compte ces deux effets, le canyon a été modélisé par SBFEM et le barrage en terre, à géométrie limitée, par FEM. La technique hybride SBFEM-FEM pour l'analyse tridimensionnelle dynamique de l'interaction sol-barrage a été validée avec les résultats disponibles dans la littérature. Comme la matrice de rigidité dynamique du domaine non borné est complexe et dépendante de la fréquence, la méthode classique de superposition de modes n'est pas simple pour le système d'interaction sol-structure. Ainsi, pour obtenir la fréquence propre fondamentale, le barrage a été excité en direction amont-aval. Les périodes naturelles du barrage de terre pour des canyons de formes géométriques et de coefficient de impédance différents ont été obtenues. Ils se sont avérés avoir des effets significatifs sur la période naturelle. Les résultats ont été comparés aux données enregistrées réelles. Il a été constaté que les graphiques proposés dans cette étude peuvent être utilisés par des concepteurs de barrages pour l'estimation des périodes naturelles des barrages en terre dans des canyons de formes et de propriétés matérielles différentes. Plusieurs fonctions d'amplification correspondant à différentes conditions de canyon ont été obtenues en appliquant un déplacement uniforme à la limite du canyon. Une étude approfondie a été réalisée pour examiner les effets de la géométrie et de la flexibilité du canyon sur la réponse en régime permanent du barrage. Ces deux effets ont influencé de manière importante les fonctions d'amplification. Alors que la flexibilité du canyon affecte de manière significative la valeur de la fonction d'amplification maximale, cette valeur ne change pas pour les barrages en terre dans lesquels les canyons ont des formes différentes et la même longueur. De plus, la réponse latérale du barrage de terre dans le domaine temporel a été calculée pour analyser les effets susmentionnés lors d'un tremblement de terre réel. Les fonctions d'amplification proposées ont été utilisées pour comparer les spectres de réponse enregistrés du barrage d'El Infiernillo lors des tremblements de terre de 1966 avec la fonction d'amplification calculée. Un accord raisonnable a été observé entre eux. La méthode linéaire équivalente (EQL) a été implémentée dans le FEM. La technique FEMSBFEM a été étendue pour prendre en compte l'effet du comportement non linéaire des barrages en terre. Il a été observé que le comportement non linéaire affecte grandement la fréquence naturelle, la fonction d'amplification et l'accélération de crête maximale du barrage de terre situé dans les canyons. Les effets de la géométrie et de la flexibilité du canyon sur le comportement non linéaire ont été examinés, et on a vu qu'en augmentant la flexibilité du canyon, l'effet de la non-linéarité était diminué. Le barrage d'El Infiernillo a été modélisé par FEM-SBFEM non linéaire 3D, et une comparaison de la fonction d'amplification de crête obtenue par la méthode proposée avec les données enregistrées montre la précision du FEM-SBFEM non linéaire.
The canyon surrounding a dam can be assumed as an unbounded domain, and the geometry and flexibility of a canyon are parameters that greatly affect the values of natural periods in earth dams. In this thesis, in order to take into account these two effects, canyons are modeled by SBFEM, and earth dams, which have limited geometries, are modeled by FEM. The hybrid FEM-SBFEM technique used for the dynamic three-dimensional analysis of soil-earth dam interactions is validated with results available in the literature. Because the dynamic-stiffness matrix of the unbounded domain is complex and frequency-dependent, the classical mode-superposition method is not straightforward for a soil-structure interaction system, and thus, to obtain their fundamental natural frequencies, the modeled dams were excited in the upstream-downstream direction. The natural periods of earth dams in canyons with different geometries shapes and impedance ratios are obtained, and are found to have significant effects on the dams’ natural periods. The results are compared with actual recorded data, and it is found that the graphs put forward in this study may be used by practical engineers for the estimation of natural periods of earth dams in canyons with different shapes and material properties. Several amplification functions corresponding to different canyon conditions are obtained by applying a uniform displacement at the canyons’ boundaries. A comprehensive study is performed to examine the effects of canyon geometry and flexibility on the steady-state responses of the dams, and it is found that these two effects significantly influence the amplification functions. While the flexibility of the canyon does affect the maximum amplification function value, this value does not change for earth dams in canyons that have different shapes but the same length. In addition, the lateral responses of earth dams in the time domain are computed in order to analyze the aforementioned effects under an actual earthquake. The proposed amplification functions are used to compare the recorded response spectra of the El Infiernillo dam under the two 1966 earthquakes with the calculated amplification function, and a reasonable agreement is observed between them. The equivalent linear method (EQL) is implemented into the FEM, and the FEM-SBFEM technique is extended in order to take into consideration the effect of earth dams’ nonlinear behavior. It is observed that such nonlinear behavior greatly affects the natural frequency, the amplification function, and peak crest acceleration of earth dams located in canyons. The effects of canyon geometry and flexibility on the nonlinear behavior are examined, and it is found that by increasing canyon flexibility, the effect of nonlinearity is decreased. The El Infiernillo dam is modeled by the 3D nonlinear FEM-SBFEM, and comparison of the crest amplification function obtained by the proposed method with the recorded data shows the accuracy of the nonlinear FEM-SBFEM.

Cette these presente l'etude des evolutions dynamiques des asteroides qui croisent l'orbite de la terre, appeles neas (selon l'appellation anglaise near-earth asteroids) et plus particulierement de ceux dont le demi-grand axe orbital a est inferieur a 2 ua. Les integrations numeriques sur plusieurs millions d'annees d'orbites de neas avec un integrateur approprie montrent que les rencontres proches avec les planetes ne sont pas les seules sources de changement drastique de leurs elements orbitaux. D'autres mecanismes dynamiques peuvent en effet se produire et jouer un role majeur au cours des evolutions de ces objets. Les resonances de moyen mouvement avec les planetes telluriques et la resonance de kozai fournissent des mecanismes de protection contre les rencontres avec les planetes, augmentant ainsi la duree de vie des objets qui les subissent. Les resonances seculaires permettent le transport des orbites dans differentes regions de l'espace des phases. Elles peuvent ainsi faire passer un nea d'une region quasi-stable vers une region croisant une planete. Une methode semi-analytique utilisant le formalisme hamiltonien est ensuite developpee. La premiere localisation de toutes les resonances seculaires lineaires dans la region a < 2 ua est alors obtenue. Toutes ces resonances sont presentes et certains cas de recouvrement apparaissent. L'introduction de variables angle-action appropriees permet ensuite d'obtenir des resultats quantitatifs sur leurs effets dans cette region et confirme leur efficacite. Enfin, un modele a deux resonances est developpe et montre que les interactions entre deux resonances peuvent conduire a du chaos a grande echelle. Ainsi, la region a < 2 ua ou evoluent la plupart des neas est riche et complexe du point de vue de la dynamique. La variete des evolutions est si grande qu'un seul cas de figure ne peut representer l'ensemble des possibilites. Les neas sont en effet affectes par des mecanismes dynamiques differents de l'un a l'autre conduisant aussi a des temps de vie dynamiques differents. Par consequent, une methode d'etude ne considerant que les effets des rencontres proches avec les planetes n'est pas suffisante car l'ensemble des mecanismes dynamiques nombreux et efficaces dans cette region doit etre pris en compte.

Au Canada une méthode de minage fréquemment employée en milieu souterrain est l’extraction par chambre ouverte. Cela est attribuable aux hauts rendements et faibles coûts qu’elle engendre. La capacité de concevoir une chambre ouverte qui est stable est critique pour la rentabilité de l’opération. Pour ce faire, des outils empiriques, tels que les abaques de stabilité, ont été développés et améliorés afin de prédire la stabilité des chantiers et les volumes de bris hors-profil. Malheureusement, ces abaques ne s’appliquent pas à tous les contextes miniers, notamment les mines profondes. Par exemple, les excavations sujettes à la sismicité ne sont pas prises en compte par l’analyse empirique standard des chantiers. Les mines profondes et sismiquement actives se retrouvent sans outils empiriques de conception des chantiers adéquats et les variables influençant la performance de chantiers ne sont pas bien définies. L’objectif général de ce mémoire est de développer une meilleure compréhension de la performance des chantiers en grande profondeur et sujets à la sismicité en identifiant les variables contrôlant la stabilité des chantiers, afin de pouvoir maximiser la sécurité et la rentabilité pour cette méthode d’exploitation. Une base de données de chantiers fut créée intégrant les données provenant du cas d’étude, soit la mine LaRonde. Elle comprend des variables géométriques, géomécaniques, opérationnelles et sismiques. Pour évaluer les performances d’un chantier (c’est-à-dire, les volumes de bris hors-profil), une réconciliation entre les géométries du chantier conçu et miné a été effectuée pour le chantier dans son ensemble et pour chaque surface le constituant. Des méthodes statistiques univariées, bivariées et multivariées ont servi à identifier les variables critiques. Les résultats de l’analyse univariée ont montré que le sur-bris (OB) pour l’éponte supérieure de chantiers primaires de type A (miné contre l’éponte supérieure du corps minéralisé) et le sous-bris (UB) pour les murs Est et Ouest de chantiers primaires de type B (miné contre l’éponte inférieure du corps minéralisé) sont les paramètres critiques de sous-performance pour le cas d’étude. Une analyse bivariée a montré les tendances reliant l’OB aux événements sismiques mesurés sur l’échelle Richter, à la désignation de la qualité de la roche (RQD), à la durée de vie du chantier et à la distribution spatiale de ces chantiers. Des tendances ont également été trouvées liant l’UB au volume planifié et à la distance entre les trous de forage et le mur du chantier. Les résultats des analyses multivariées ont montré des résultats semblables aux analyses bivariées. De plus, ces analyses ont permis de montrer les tendances liant l’OB à la performance des chantiers adjacents et l’UB au nombre de tirs à l’explosif réalisé. Des modèles prédictifs, construits à partir des analyses multivariées, permettent d’obtenir un bon taux de réussite pour quantifier la performance (bris hors profil, OB) des chantiers.

Nous avons étudié le transfert de chaleur et de matière au cours de l'histoire de la Terre primitive à de multiples échelles en utilisant des modèles numériques. Deux systèmes différents sont abordés. Tout d'abord, nous nous concentrons sur les premiers stades de la formation du noyau terrestre lorsque le fer se sépare des silicates et descend vers l'intérieur de la planète. Au cours de la différenciation, des interactions chimiques et thermiques se produisent entre les gouttes de fer dispersées dans des silicates fondus formant un océan de magma. Nous étudions le transport chimique des éléments traces à l'intérieur et autour des gouttes. Nous tirons quelques relations fonctionnelles dépendante du régime dynamique d'écoulement et montrons que le système tend à être en équilibre chimique extrêmement rapidement par rapport à l'échelle de temps de la descente de la goutte de fer. Peu de temps après la fin de l'accrétion de la Terre, la fusion extensive de son intérieur profond ainsi que la formation d'un océan de magma en surface a lieu. Comme le rayonnement de la chaleur dans l'espace est très efficace, les silicates fondus superficiels cristallisent très rapidement. L'histoire thermique de la couche liquide enterrée, appelée océan de magma basal (OMB), se déroule sur une longue période de temps et il est proposé que ses restes soient aujourd'hui observables sous forme de poches partiellement fondues au dessus de frontière noyau-manteau. Nous déterminons les paramètres régissant un système convectif dans lequel se produit une transition solide/liquide. Les lois d'échelle ainsi obtenues ont été appliquées à l'OMB et indiquent que la différence de température qui peut être maintenue dans les couches limites supérieure et inférieure de l'OMB est infime. Par conséquent, la température du noyau suit la température de liquidus à la base du manteau et ainsi la vitesse de refroidissement de l'OMB doit être la même que celle du noyau de la Terre.

Le mercure suscite beaucoup d'attention de par les conséquences sanitaires et environnementales qu'il engendre. Son impact est particulièrement important dans la région amazonienne et en particulier en Guyane française où les teneurs en mercure sont naturellement élevées dans les sols, et s'ajoutent celles liées aux activités d'orpaillage. Si l'impact du mercure dans les milieux aquatiques a été largement étudié, peu d'études ont évalué son impact dans les milieux terrestres, où il est préférentiellement stocké. Dans ce contexte, les interactions entre les vers de terre, organismes ingénieurs des sols, et le mercure ont été étudiées dans des sols tropicaux, avec comme objectifs : i) d'évaluer l'abondance et la diversité des vers de terre in situ en lien avec le mercure, ii) d'évaluer expérimentalement la résistance au mercure d'une espèce de ver tropical présente sur le site d'étude et iii) d'évaluer l'impact en microcosmes de l'activité des vers de terre sur la mobilité et la répartition du mercure dans les sols. Ces objectifs ont été appréhendés au travers de trois volets, avec comme matériel d'étude des sols naturels (oxisols et sols hydromorphes) et des vers de terre tropicaux provenant d'un site orpaillé, situé dans les environs de Cacao, en Guyane française. Dans le premier volet, un échantillonnage standardisé des vers de terre (TSBF), a permis de proposer des espèces putatives (ou MOTUs) à partir de méthodologies de délimitation basées sur le barcode ADN. Ces MOTUs ont ensuite été identifiés morphologiquement, parmi lesquels Pontoscolex corethrurus, une espèce pantropicale considérée comme pérégrine. De plus, les caractéristiques des sols et les teneurs en mercure ont été déterminés afin de tenter d'expliquer la distribution des vers sur le site étudié. P. corethrurus se retrouve exclusivement dans l'oxisol, qui contient les concentrations les plus élevées de mercure total. Le second volet de ce travail a été consacré à l'étude de l'impact du mercure sur l'espèce tropicale P. corethrurus, à travers une approche écotoxicologique où le vers de terre a été exposé à différentes concentrations de mercure dans un oxisol dopé au laboratoire (HgCl2). Les résultats obtenus ont confirmé la résistance de cette espèce à des concentrations de mercure allant jusqu'à 20 µg g-1 de sol et ont révélé sa forte capacité bioaccumulatrice. Les résultats précédemment décrits ont ouvert la voie à un troisième volet où deux études en microcosmes se sont attachées à étudier l'impact des vers de terre sur la mobilité et la disponibilité du mercure (a) dans des conditions proches de celles rencontrées en conditions naturelles (fond géochimique), et (b) en présence d'une forte concentration pouvant être rencontrée sur les sites orpaillés (20 μg Hg g-1 de sol). Les résultats obtenus ont montré que les vers de terre agissent sur la mobilité du mercure directement par modifications physico-chimiques des sols (augmentation du pH et COD) et indirectement par stimulation des communautés bactériennes totales du sol. En conclusion, notre étude a montré que (1) P. corethrurus est une espèce résistante au mercure de par sa présence sur notre site d'étude et les résultats du test écotoxicologique mené au laboratoire, ce qui confirme l'idée d'un modèle tropical pour ce type d'étude ; (2) la bioaccumulation du mercure mesurée chez les vers de terre est importante et pourrait ainsi être responsable de l'entrée du mercure dans la chaîne terrestre trophique ; et (3) les vers de terre jouent un rôle dans la mobilité du mercure, modifiant sa partition dans les sols et diminuant les conséquences environnementales liées à sa biodisponibilité

Cette thèse porte sur l'étude des atmosphères de Titan et de la Terre primitive avec des modèles de circulation générale (GCM). Tout d'abord, j'ai analysé la structure thermique et la dynamique de la basse troposphère de Titan. Cette étude a abouti à une caractérisation complète de la couche limite et a révélé l'existence d'une circulation de couche limite, qui impacte tous les aspects de la météorologie titanienne (régimes de vents, ondes, formation des dunes et des nuages, échanges de moment cinétique et superrotation). A partir de cette analyse, j'ai proposé une nouvelle hypothèse pour expliquer l'orientation vers l'est des dunes de Titan grâce à un couplage entre les orages tropicaux et la superrotation. Ceci a été validé par des simulations méso-échelles et a permis de proposer un schéma global expliquant la formation des dunes et leurs différentes caractéristiques. J'ai ensuite participé au développement d'un GCM générique, conçu pour étudier tout type d'atmosphère. Je l'ai appliqué aux paléoclimats de Titan pour simuler une période où l'atmosphère a pu être dépourvue de méthane. Dans ce cas, le climat devait être différent d'aujourd'hui avec potentiellement des conséquences géologiques fondamentales notamment pour l'érosion et l'âge de la surface. Finalement, j'ai appliqué ce GCM générique au cas de la Terre primitive. J'ai montré que, malgré un soleil moins lumineux qu'aujourd'hui et des quantités de gaz à effet de serre contraintes par les archives minéralogiques, le climat de la Terre Archéenne a pu être tempérée. En particulier, grâce à une rétro-action nuageuse, la Terre aurait pu éviter une glaciation globale et rester propice au développement de la vie.

Cette thèse porte sur l'étude des atmosphères de Titan et de la Terre primitive avec des modèles de circulation générale (GCM). Tout d'abord, j'ai analysé la structure thermique et la dynamique de la basse troposphère de Titan. Cette étude a abouti à une caractérisation complète de la couche limite et a révélé l'existence d'une circulation de couche limite, qui impacte tous les aspects de la météorologie titanienne (régimes de vents, ondes, formation des dunes et des nuages, échanges de moment cinétique et superrotation). A partir de cette analyse, j'ai proposé une nouvelle hypothèse pour expliquer l'orientation vers l'est des dunes de Titan grâce à un couplage entre les orages tropicaux et la superrotation. Ceci a été validé par des simulations méso-échelles et a permis de proposer un schéma global expliquant la formation des dunes et leurs différentes caractéristiques. J'ai ensuite participé au développement d'un GCM générique, conçu pour étudier tout type d'atmosphère. Je l'ai appliqué aux paléoclimats de Titan pour simuler une période où l'atmosphère a pu être dépourvue de méthane. Dans ce cas, le climat devait être différent d'aujourd'hui avec potentiellement des conséquences géologiques fondamentales notamment pour l'érosion et l'âge de la surface. Finalement, j'ai appliqué ce GCM générique au cas de la Terre primitive. J'ai montré que, malgré un soleil moins lumineux qu'aujourd'hui et des quantités de gaz à effet de serre contraintes par les archives minéralogiques, le climat de la Terre Archéenne a pu être tempérée. En particulier, grâce à une rétro-action nuageuse, la Terre aurait pu éviter une glaciation globale et rester propice au développement de la vie
This thesis focuses on the study of the atmospheres of Titan and the early Earth with Global Climate Models (GCM). First, I analysed the thermal structure and the dynamics of Titan's lower troposphere. This analysis allowed a full caracterization of the planetary boundary layer and revealed the existence of a boundary layer circulation which impacts every aspect of Titan's weather (wind patterns, atmospheric waves, dune and cloud formation, exchange of momentum with the surface, and development of the superrotation). Thanks to this study, I proposed a new hypothesis to explain the eastward orientation of Titan's dunes that implies a coupling between tropical storms and the superrotation. This has been validated with mesoscale simulations and provided a general framework to explain Titan's dune formation and features. Then, I participated to the development of a generic GCM, designed to study any kind of atmosphere. I applied it to Titan's paleoclimates, when the atmosphere was depleted of methane. In such a case, the climate should have been different from today, with potentially fundamental geological consequences, in particular for the erosion and the age of the surface. Finally, I applied this GCM to the case of the early Earth using greenhouse gas abundances constrained by mineralogical data. I showed that despite a weaker solar insolation, the Archean Earth's climate may have been temperate. In particular, the Earth may have avoided a full glaciation and remained suitable for the development of life thanks to cloud feedback, even assuming a amount of CO2 just a little larger than today

Le niveau marin répond aux variations eustatiques et aux mouvements verticaux de la Terre solide. Ses variations sont contrôlées par des processus agissant à différentes échelles spatio-temporelles, dont la physique est connue en théorie mais dont la calibration est rendue malaisée par le manque d'observations nécessaires à évaluer leurs amplitudes et longueurs d'ondes. Il convient donc, pour quantifier chacun de ces processus et inférer les paramètres de la Terre interne, d'établir des bases de données robustes permettant de discriminer leurs rôles respectifs dans les mouvements relatifs de la Terre solide et des océans. La compilation d'une base de données des mouvements verticaux actuels du sol, le long des côtes met en évidence un signal non uniforme dominé à l'échelle globale par le rebond post-glaciaire et localement par le contexte géodynamique des marges. L'extraction de ce signal du rebond post-glaciaire de la Terre solide permet d'évaluer l'exposition des côtes aux variations actuelles du niveau marin. A plus long terme, les reconstructions paléogéographiques de l'Albien au Turonien mettent en évidence l'absence d'un signal transgressif à l'échelle globale, en contradiction avec l'idée commune d'un maximum eustatique pour cette période. Plus que l'eustatisme, la topographie dynamique ou les conséquences de la dislocation de la Pangée sont envisagées pour expliquer les variations spatio-temporelles du niveau marin
The sea level responds to eustatic variations and vertical motions of the solid Earth. Its variations are controlled by processes acting at different space and time scales. Although the governing physics is theoretically known, their calibration is made difficult by the lack of observations necessary to evaluate their amplitudes and wavelentgths. In order to quantify each of these processes and infer the parameters of the internal Earth, it is therefore necessary to establish robust databases that allow discriminating their respective roles in the relative motion of the solid Earth and oceans. The compilation of a database of current vertical ground motions along the coasts reveals a non-uniform signal dominated at global scale by post-glacial rebound and locally by the geodynamic context of margins. Extracting post-glacial rebound signal of the solid Earth enables to assess the coastal exposure to current sea level rise. On a longer time scale, paleogeographic reconstructions from Albian to Turonian times highlight the absence of a transgressive signal at a global scale. This result contradicts the common idea of a eustatic maximum during this period. More than eustasy, dynamic topography or the consequences of the breakup of Pangea are considered to explain the spatio-temporal variations in sea level

La teneur et composition isotopique du soufre du manteau terrestre peut apporter des contraintes majeures sur la dynamique interne de cet élément ainsi que sur la nature des hétérogénéités mantelliques. La composition isotopique moyenne de ce réservoir en S peut également renseigner sur le potentiel équilibre entre manteau et noyau et donc sur l'origine du soufre sur Terre. Dans cette étude, nous rapportons les teneurs en S et les abondances relatives du 32S, 33S, 34S et 36S dans plus de 120 verres basaltiques provenant de 3 rides océaniques et d'une faille transformante. Nous proposons un nouveau protocole d'extraction du soufre de verres silicaté basé sur l'utilisation d'acide fluorhydrique. A cette occasion, nous mettons en évidence un biais analytique affectant les données précédemment publiées, lié à l'utilisation du réactif dit de "Kiba". Les δ34S re-mesurés sur des échantillons précédemment analysés sont en moyenne 1‰ plus bas. Nous fournissons également les premièresdonnées de Δ33S et Δ36S de basaltes de dorsales. Ces données sont, dans l'erreur, indistinguables du standard international CDT, confirmant l'idée que le manteau a des Δ33S et Δ36S proches de 0. 000‰. Le δ34S moyen des MORB est de -0,80 ± 0,38‰, significativement inférieur à la valeur chondritique de 0,04 ± 0,31‰, et montre une gamme de variation de près de 3‰. Celui-ci présente des corrélations avec les isotopes radiogéniques, faisant du δ34S un traceur de source. Les covariations entre δ34S et isotopes du Plomb dans des basaltes de la ride Pacifique-Antarctique suggèrent le recyclage de croûte océanique portant un δ34S positif au sein d'un manteau appauvri significativement négatif, que nous proposons à -1,40 ± 0,20‰. Dans les basaltes de la ride Atlantique-Sud, le δ34S est corrélé avec le rapport isotopique du Sr et les tendances isotopiques mettent en évidence le recyclage de sédiments dans le manteau source des basaltes étudiés. Dans l'ensemble, la variabilité du δ34S associée à l'absence de variabilité du Δ33S et Δ36S montre que les composants recyclés sont d'âge post-archéens, en accord avec l'estimation de leur âge classiquement faite via les rapports isotopique du Pb. Enfin, le δ34S négatif du manteau source des MORB peut être réconcilié avec un équilibre manteau-noyau, impliquant une origine interne du soufre par opposition à une origine tardive
Sulfur content and isotope composition of the terrestrial mantle can provide major constraints on the internal dynamic of this element and on nature of mantle heterogeneities. The mean S isotope composition of this reservoir can also characterize the potentiel mantle-core equilibrium and hence help to decipher the question of sulfur origin on Earth. In this study, we report S content and relative abundances of 32S, 33S, 34S and 36S in more than 120 glassy basalts coming from 3 ocean ridges and a transform fault. We propose a new sulfur extraction protocol for silicate glasses based on hydrofluoric acid. We evidenced an analytical bias affecting the previously published dataset, probably due to the use of the e"Kiba reagent". The redetermined δ34S are approximately 1‰ lower than the previously published data. We also provide the first Δ33S and Δ36S data for ocean ridge basalts. These date are, within uncertainty, indistinguishable from our CDT estimate, confirming the idea that terrestrial mantle has a Δ33S and Δ36S close to 0. 000‰ with respect to this international standard. The δ34S variability encompasses a 3‰ range in ocean ridge basalts and correlations between O34S and radiogenic isotopes demonstrate that S isotopes are tracers of mantle heterogeneities. On the other hand, the mean δ34S of MORB mantle is -0,80 ± 0,38‰, significantly lower than the chondritic value of 0,04 ± 0,31‰. The Pb-S isotope systematic in Pacific Antarctic basalts indicates that recycled oceanic crust bears a positive δ34S. As a corrollary, this result implies that the depleted part of the mantle is even more negative thant the mean MORB value. We propose a δ34S value of -1,40 ± 0,20‰ for this reservoir. In South Atlantic basalts, the δ34S are correlated with Sr isotopes, trends being consistent with recycled sediment feeding the mantle source of these basalts. Taken together, the δ34S variability associated to the Δ33S and Δ36S constancy indicates that the recycled components are a post-archean age, in agreement with independant estimation of their mean age using Pb isotopes. Finally, the negative δ34S of MORB mantle can be reconcilied only with a mantle-core equilibrium, implying an internal origin of sulfur as opposed to a late origin

Les bâtiments avec retrait excentré en élévation deviennent de plus en plus populaires, dus à leurs avantages tant pratiques qu’architecturaux. Cependant, la géométrie particulière de ce type de bâtiment dans la direction perpendiculaire au retrait apporte une sensibilité accrue au comportement en torsion. Cette étude vise à élargir les connaissances concernant les effets du niveau et du degré de retrait sur le comportement couplé en translation-torsion des bâtiments avec retrait excentré en élévation dans la direction perpendiculaire au retrait ainsi qu’à évaluer la validité et la pertinence des exigences relativement à la sensibilité à la torsion proposées par les codes du bâtiment et la documentation scientifique. Les résultats suggèrent que la variation du niveau et le degré de retrait, c’est-à-dire la variation de la géométrie des bâtiments avec retrait excentré en élévation, dans la direction perpendiculaire au retrait, influence de manière significative leur comportement ainsi que leur sensibilité à la torsion. Mots-clés : Bâtiment avec retrait excentré en élévation, dynamique des structures, comportement sous sollicitation sismique, comportement couplé en translation-torsion, évaluation des exigences des codes du bâtiment.
Asymmetric setback buildings are becoming increasingly popular because of the architectural and practical advantages they offer. However, the characteristic geometry of this type of building comes, in the direction perpendicular to the setback, with an increased sensitivity to torsional motion. This study is concerned with the growth of the body of knowledge concerning the effects of the level and degree of setback on the coupled translational-torsional behaviour of asymmetric setback buildings in their direction perpendicular to the setback and the assessment of the torsional sensitivity requirements as proposed by the different building codes and the literature. Results suggest that the variation of the level and the degree of setback has a significant effect on the coupled translational-torsional behaviour of asymmetric setback structures in the direction perpendicular to the setback and thus on their sensitivity to torsional behaviour. Keywords : Asymmetric setback buildings, structural dynamics, seismic behaviour, translational-torsional behaviour, code requirements assessment.

Cette thèse présente des résultats basés sur les mesures d'ondes réalisées par le satellite DEMETER. Ce satellite français a été exploité entre les années 2004 et 2010 à l'altitude de ~660 km. Nous nous sommes concentrés sur les mesures des ondes électromagnétiques et de la densité du plasma au voisinage des tremblements de terre imminents .Dans la première partie, nous présentons une étude des variations de la densité du plasma dans le voisinage d'un tremblement de terre très puissant au Chili ( Mω 8.8) qui a eu lieu le 27 Février 2010. Les données enregistrées avant le choc principal le long des orbites proches de l'épicentre ont montré des augmentations de densité du plasma. Dans une deuxième étape, une analyse statistique a été effectuée en utilisant 4 ans de données pour suivre les variations saisonnières de densité. Cette étude montre qu'une augmentation forte de la densité du plasma est très rare dans cette région à l'époque du séisme. Dans la deuxième partie, une étude statistique (~6,5 ans) des variations de l'intensité des ondes TBF est montrée. Nous avons analysé toutes les données mesurées disponibles à proximité (en temps et en distance) de grands séismes (M> ou = 5). Les données relatives à plus de 12000 tremblements de terre ont été comparées avec une distribution de référence non perturbée. Nous confirmons les résultats déjà rapportés de la diminution statistiquement significative de l'intensité des ondes à des fréquences de l'ordre de ~1,7 kHz. Cet effet semble être lié à une diminution de la limite inférieure de l'ionosphére qui affecte les ondes TBF qui se propagent dans le guide Terre-ionosphère.

Pas de résumé
This thesis consists in two separate parts: one on subcritical fracture experiments, and another one on earthquake statistics. The dynamics of these processes was mainly studied through their scale invariant dynamics, reflected in power law distri- butions of event sizes and times between events. The analyses focuses particularly on the variation of their exponent values and the origins of these variations. Subcritical fracture was studied by two experimental set-ups: creep experiments on paper, and constant-strain fracture of fibre bundles. Paper fracture has been studied in our group for more than 10 years now by visually observing the propaga- tion of the crack. We added acoustic emission monitoring to the experimental set-up in order to compare it to visualisation. The comparison between low frequency image analysis and the high frequency acoustic monitoring allowed to identify the impor- tance of the frequency of analysis for temporally correlated systems, and acoustic emission monitoring revealed the existence of aftershocks in the dynamics of paper fracture. The fibre bundle experiments concentrate on the temporal distribution of the frac- ture events, which follows an Omori law. We studied the influence of the temperature and stress on its exponent, and compared it with results from fibre bundle model analytical predictions and simulations. Our work on earthquakes was initially motivated by the results obtained on pa- per fracture experiments. Hence it starts by a study of aftershock sequences, their Gutenberg-Richter exponent, and the influence of the frequency of analysis on this exponent. By lowering the frequency of the time-magnitude signal we showed that at low frequencies the exponent of the Gutenberg-Richter law depends on the expo- nent of the Omori law. The last chapter of this thesis is concentrated on the early aftershocks. We in- spected the evolution of the properties of an aftershock sequence with time, and observed differences between aftershock occurring shortly after a mainshock, and late aftershocks. These results can be related to the recent proposition of existence of magnitude correlations in earthquakes

Les causes de l’activité sismique à l’intérieur des plaques tectoniques sont encore mal comprises, que ce soit l’origine des contraintes responsables des séismes ou leur relation avec la variation dans le temps et dans l’espace de l’activité sismique.

Les contraintes à l’intérieur des plaques résultent de l’action de forces de longueurs d’onde différentes, qui se superposent et s’additionnent. En utilisant une nouvelle méthode (Camelbeeck et al. 2013), déterminant les contraintes générées localement (échelle de 10 à 100 km), nous estimons l’importance relative de cette composante locale du champ de contrainte. En comparant ces contraintes locales avec les contraintes déduites des mécanismes au foyer des tremblements de terre en Europe occidentale, nous suggérons que celles-ci semblent jouer un rôle non-négligeable dans l’occurrence de l’activité sismique. C’est le cas dans des régions où les contraintes locales étaient déjà reconnues, mais également dans des régions précédemment identifiées comme dominées par les contraintes à plus grandes longueurs d’onde.

Le champ de contrainte généré localement est constant à l’échelle de temps des catalogues sismiques, ce qui ne permet pas d’expliquer l’occurrence dans le temps des séismes. Il est cependant modifié par les variations des contraintes locales générées par l’activité séismique elle-même, ce qui explique les séquences de répliques des séismes de Roermond (13/04/1992, Mw=5.4) et d’Alsdorf (22/07/2002, Mw= 4.7) dans le graben de la Roer. Nous y suggérons également l’importance de ces variations à une échelle de temps plus longue (millier d’années) à partir des données de paléoséismologie.

Pour mieux comprendre les relations spatio-temporelles des séismes, nous avons également analysé dans quelle mesure l’occurrence de l’activité sismique dans le graben de la Roer est un processus de Poisson, ou si l’activité future est localisée à proximité des séismes du passé, ou située dans des régions dénuées de séismes à ce jour. L’emploi des méthodes linéaires classiques et de méthodes non-linéaires dans cette région mais aussi dans les îles britanniques et dans le sud de la Norvège montrent que les séismes du passé ne peuvent expliquer les taux d’activité sismique actuellement mesurés. Une partie de l’activité sismique correspond ainsi à une activité de background, indépendante de l’occurrence des séismes du passé. La méthode des multifractales permet aussi de caractériser régionalement l’importance, la variété et continuité des processus responsables de l’activité sismique sans pour autant en identifier les causes.

Notre travail nous a permis d’identifier l’importance relative de certaines causes de l’activité sismique, par exemple l’importance des variations locales des contraintes générées par l’activité séismique elle-même, mais n’a pas permis par exemple d’identifier l’origine de l’activité de background, clairement mise en évidence par l’analyse multifractale./

Doctorat en sciences, Spécialisation géologie
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La réponse à des vibrations et l'étude de la stabilité des pentes ont une place particulière dans l'étude des milieux granulaires. Ces études peuvent d'une part nous renseigner sur le comportement des milieux granulaires présents dans le milieu naturel et souvent soumis à ces deux types de sollicitations (avalanches de grains, éboulements de roches, dynamique des dunes, tremblements de terre, ...). D'autre part, elles permettent d'appréhender ces milieux comme des systèmes modèles hors équilibre et d'analyser les résultats à la lumière de ceux obtenus sur la dynamique des systèmes vitreux. Nous avons tout d'abord étudié expérimentalement par des méthodes optiques et acoustiques la réponse d'un milieu granulaire lentement incliné. La dynamique présente deux régimes : un régime de petits réarrangements indépendants et localisés est suivi d'un régime intermittent caractérisé par de grands événements de type "précurseurs" au voisinage de l'angle d'avalanche. Ce régime dit de "précurseurs" correspond à un mouvement collectif de l'ensemble des grains situés à la surface de l'empilement. Nous mettons en évidence l'importance du détail microscopique de l'interaction entre les grains et de la condition à la limite à la base de l'empilement sur la dynamique du système dans ce régime. La dynamique globale du système a été étudiée et comparée à un modèle simple de type automate cellulaire. Dans un second temps, nous avons étudié numériquement la réponse d'un milieu granulaire soumis à des vibrations. Le comportement du système présente des caractéristiques qui sont communes à tous les systèmes hors équilibre (distributions non-gaussiennes des déplacements, ralentissement et hétérogénéités de la dynamique,...). L'influence de la condition à la limite au fond de l'empilement sur la structuration de celui-ci et sur le ralentissement de la dynamique a également été discutée. Nous avons, en particulier, mis en évidence une zone d'épaisseur environ égale à 5 diamètres de grains où des hétérogénéités dynamiques et de fortes corrélations entre les mouvements des grains apparaissent.

Ma these porte sur le noyau terrestre ; les deux premieres parties s'appuient sur des experiences en laboratoire alors que les deux dernieres reposent sur des calculs theoriques et numeriques. Dans le premier volet experimental, j'ai utilise du gallium (fluide metallique peu visqueux analogue au fer du noyau) pour etudier d'une part le comportement d'un tourbillon vertical soumis a un champ magnetique transverse (similaire a une colonne convective geostrophique au sein du noyau liquide), et d'autre part le phenomene de la cristallisation. L'agrandissement du tourbillon de gallium observe sous l'effet du champ magnetique concorde avec la presence de colonnes de grands diametres dans le noyau liquide ; des mesures de dissipation ohmique ont quant a elles permis de fixer une borne superieure a l'intensite du champ magnetique toroidal regnant au sein du noyau (inaccessible a l'observation). Nous avons conclu des experiences de cristallisation que l'anisotropie elastique de la graine (observee sismologiquement) pourrait provenir de l'orientation preferentielle du reseau cristallin du fer, cette orientation etant determinee par les germes initiaux presents au coeur de la graine. Dans le second volet, j'ai etudie le couplage electromagnetique entre le noyau liquide et ses enveloppes externes. Un premier calcul entre la graine solide et le noyau montre que la rotation de la graine se synchronise avec la vitesse du fluide environnant : la rotation differentielle de la graine par rapport au manteau (en cours de determination par les sismologues) peut s'expliquer ainsi et represente, par ailleurs, une voie d'acces indirecte a l'intensite du champ magnetique toroidal du noyau. Dans un second calcul, j'ai montre que les heterogeneites laterales en conductivite electrique de la couche d (a la base du manteau) ne peuvent expliquer un confinement longitudinal des poles geomagnetiques virtuels durant les inversions du champ magnetique terrestre.

Cette thèse regroupe un ensemble de travaux portant sur la dynamique à grande échelle en turbulence et en cosmologie. On a déterminé la fonction de masse des grandes structures résultant du modèle d'adhésion pour l'évolution des fluctuations de densité dans l'univers en expansion. Les résultats reposent sur de la phénoménologie, des probabilités (mouvement brownien fractionnaire) et des simulations avec un nouvel algorithme de transformée de Legendre rapide. Des techniques multi-échelles, conjuguées avec des simulations numériques, ont permis de découvrir des écoulements dont la viscosité turbulente est à la fois négative et isotrope. La dynamique non-linéaire à grande échelle peut présenter un phénomène chiral qui amplifie sélectivement les tourbillons d'un certain signe. Des extensions de la théorie des gaz sur réseaux permettent des nouvelles approches pseudo-microscopiques pour la modélisation sous-maille et la magnétohydrodynamique. En turbulence développée, des prédictions basées sur le modèle multifractal ont été faites. D'autre part, des artefacts ont été mis en évidence qui peuvent apparaitre dans certaines techniques de traitement des données

Depuis la découverte des ceintures de radiation terrestres par James Van Allen, à la fin des années 50, l'intérêt d’explorer cette région qui entoure la Terre et de comprendre la physique impliquée n’a pas cesser de s’exprimer. Cet environnement étant très radioactif, il constitue un danger important pour les satellites en vol et les humains dans l’espace. Pour avancer dans cette direction, le Département d'Environnement Spatial à l'ONERA, centre de Toulouse, a entrepris dans les années 90 le développement d’un modèle physique de ceintures de radiation terrestres, le modèle Salammbô. Depuis sa conception, le modèle Salammbô n’a pas cessé d’évoluer, grâce à la réalisation de plusieurs thèses et de recherches continues. Dans le cadre de cette thèse, le but était d’étudier la dynamique qui caractérise la ceinture externe d’électrons. Très tôt dans l’histoire de la recherche sur les ceintures de radiation, le processus de diffusion radiale a été identifié comme le processus clé de la dynamique observée. A l’heure actuelle, l'accélération locale des électrons par les interactions résonantes avec des ondes de type « whistlers » constitue le candidat le plus probable pour expliquer l'augmentation importante des flux d’électrons de haute énergie, observée suite à un orage magnétique. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude de l'effet combiné de la diffusion radiale et de ces interactions ondes-électrons en dehors de la plasmasphère. Les résultats de cette étude montrent que les ondes chorus (ondes type « whistlers ») accélèrent fortement les électrons à des énergies relativistes en dehors de la plasmasphère. Quand le processus de diffusion radiale et l'accélération locale des électrons par les ondes sont pris en compte dans les simulations, les deux processus sont en compétition et le résultat final dépend de la puissance relative des deux.

Dans les bandes Ka (20-30 GHz) et Q/V (40-50 GHZ) utilisées par les nouveaux systèmes de télécommunications par satellite, les pertes dues à la propagation dans l'atmosphère sont plus élevées que dans les bandes conventionnelles (Ku (12-14 GHz)) et provoquent une dégradation de la disponibilité des communications. Il est donc nécessaire d'avoir recours à des techniques de compensations des affaiblissements (FMT : Fade Mitigation Techniques) activées en temps réel par une boucle de contrôle en fonction des conditions de propagation. Le paramétrage et la validation de ces algorithmes nécessitent une bonne connaissance de la dynamique du canal de propagation et requièrent l'utilisation de séries temporelles d'affaiblissements atmosphériques. En particulier, il est nécessaire de disposer de modèles dynamiques capables de générer des séries temporelles d'atténuation due à la pluie et de scintillation troposphérique représentatives d’une liaison donnée en bande Ka ou Q/V. Dans un premier temps, un état de l'art des modèles caractérisant la dynamique du canal de propagation en bande Ka ainsi que des générateurs de séries temporelles d’atténuation due à la pluie et de scintillation a été réalisé. La deuxième partie de cette activité de recherche a été dédiée au développement d’une méthodologie globale de validation des modèles dynamiques d’atténuation due à la pluie. Un premier volet reposé sur les critères classiques d’analyse des modèles statistiques de prédiction. Le second est une méthode innovante faisant intervenir une Analyse en Composantes Principales et le calcul de la distance de Mahalanobis associée à une base de données expérimentale d’événements d’atténuation. La troisième partie des travaux de recherche a porté sur le développement de générateurs de séries temporelles d’atténuation due à la pluie. En premier lieu, le modèle « ONERA-CNES » a été consolidé et amélioré, et deux nouveaux générateurs de séries temporelles ont été développés afin de permettre aux utilisateurs de commander certaines caractéristiques des événements synthétisés (modèles dits « on-demand »). La représentativité de ces modèles et d’autres modèles existant a été évaluée à l’aide de la méthodologie de validation développée. La dernière partie de la thèse a été consacrée à l'analyse des fluctuations rapides du canal de propagation et à l'élaboration d’un générateur de séries temporelles combinant atténuation due à la pluie et scintillation.

Les planètes telluriques étant déformables, elles sont susceptibles de subir des mouvements de grandes échelles par rapport à leurs axes de rotation. Ceux-ci sont dus à des changements dans la distribution des masses dans les corps planétaires. Au cours de cette étude, nous tentons de caractériser des épisodes de grande dérive du pôle subit par deux planètes : Mars et la Terre. Pour ce faire, nous utilisons la théorie des nombres de Love viscoélastiques et le théorème de conservation du moment cinétique, ainsi qu'une approche très simple pour modéliser les champs d'hétérogénéités de densités. La convection martienne est caractérisée par l'absence de tectonique des plaques, et est contrôlée par un seul panache. Après avoir discuté de l'importante influence de la lithosphère élastique et du bourrelet rotationnel de la planète, nous calculons comment cette convection peut provoquer des dérives du pôle de rotation. Cela nous permet d'établir un scénario menant à la géographie particulière que présente Mars actuellement. Sur Terre, il est établi que ce sont les plaques en subduction qui sont en grande partie responsables de la dérive du pôle et de la géométrie du géoïde actuel. Cependant, nous insistons ici sur la nécessité de ne pas négliger le rôle joué par les superpanaches présents à la base du manteau. Nous démontrons également la remarquable sensibilité des grandes échelles spatiales du géoïde actuel aux anomalies de masses engendrées par les plaques subductées au fond du manteau. De là, nous améliorons la reconstruction du géoïde actuel et de la courbe de dérive récente du pôle de rotation