L’atténuation a un rôle majeur pour la caractérisation de l’aléa sismique. Deux mécanismes contribuent à l’atténuation des ondes sismiques courte-période (f>1Hz, avec f la fréquence): l’absorption et le scattering, quantifiés par leur facteur de qualité Qi(f) et Qsc(f), respectivement. L’objectif de cette thèse est de cartographier l’atténuation sismique en France Métropolitaine en quantifiant l’importance relative de ces deux processus. Pour mener à bien cette tâche, nous avons modélisé le transport de l’énergie sismique multi-diffusée - aussi appelée coda sismique - à l’aide de l’équation de transfert radiatif dans un milieu présentant des variations latérales des propriétés de diffusion et d’absorption. Nous avons calculé les noyaux de sensibilité de l’intensité de la coda sismique à des variations spatiales de Qsc et Qi à 2-D, d’abord dans le cas où la diffusion est isotrope, puis pour le cas général d’une diffusion anisotrope. Une des conclusions majeures de ce travail est de montrer le rôle proéminent joué par l’onde cohérente dans la sensibilité de la coda pour des valeurs réalistes de Qsc et Qi. Nous avons ensuite établi une relation approximative entre le facteur de qualité Qc quantifiant la vitesse de décroissance énergétique de la coda sismique, et le facteur de qualité d’absorption Qi. Cette relation prend la forme d’une intégrale de Qi sur le rai direct reliant la source à la station. Nous avons appliqué cette approximation pour cartographier la variabilité régionale de l’absorption dans les Alpes, et en France Métropolitaine entre 1 et 32Hz. Nos résultats mettent en évidence de très fortes variations latérales (±30%) de l’absorption. A basse fréquence (f≈1Hz), une corrélation claire apparaît entre la localisation des dépôts sédimentaires et les zones de forte absorption. A haute fréquence (f≈24Hz), la corrélation entre géologie de surface et atténuation disparaît. La sismicité profonde paraît se localiser aux frontières entre zones de forte et faible absorption ainsi qu’à l’intérieur de ces dernières. Nous avons ensuite initié la mise en oeuvre des noyaux de sensibilité isotrope exacts à 2-D afin d'obtenir une tomographie d'absorption et de scattering. Nous avons défini un modèle de référence pour Qsc et Qi par la méthode MLTWA ("Multiple Lapse Time Window Analysis") puis inversé les mesures de Qc par décomposition en valeurs singulières. La première tomographie d'absorption pour les Pyrénées est prometteuse. Nos résultats fournissent des bases théoriques solides pour l’inversion linéarisée de Qsc et Qi à partir de la coda sismique, et améliorent considérablement la connaissance des variations régionales d’atténuation en France métropolitaine.
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Attenuation is a key parameter for seismic hazard assessment. There are two main causes for attenuation of short period seismic waves (f>1Hz, with f the frequency): absorption and scattering, quantified by the quality factors Qi(f) and Qsc(f), respectively. The main objective of this thesis is to map the seismic attenuation in Metropolitan France and to quantify the relative importance of these two processes. To model the transport of multiply-scattered seismic waves - also known as the seismic coda - we employ a scalar version of the radiative transfer equation with spatially dependent absorption and scattering properties. The sensitivity kernels of the coda intensity to spatial variations of Qsc and Qi are computed in 2-D isotropically and anisotropically scattering media. A major outcome of our study is to demonstrate that the coherent wave contributes strongly to the sensitivity of coda waves for realistic values of Qi and Qsc. We establish a linearized approximate relation between the coda quality factor Qc - quantifying the decay rate of the seismic coda energy - and Qi. This relation is expressed as an integral along the direct ray path connecting the source to the station. This approximation is used to map regional variations of absorption in the Alps and in Metropolitan France between 1 and 32Hz. Our maps reveal strong lateral variations (±30%) of absorption in the crust. At low frequency (f≈1Hz), the correlation between sedimentary deposits and high absorption regions is clear. At high frequency (f≈24Hz), the correlation between surface geology and absorption structures tends to disappear. The deep seismicity seems to concentrate in low-absorption areas and at the boundaries of high-absorption regions. Finally, we initiate the implementation of the exact 2D isotropic sensitivity kernels to retrieve the crustal absorption structure. The method requires a reference model for both Qsc and Qi which is obtained using MLTWA ("Multiple Lapse Time Window Analysis"). The inverse problem is solved with a singular value decomposition approach. The preliminary maps of Qi for the Pyrenees are promising. Our results constitute a solid theoretical basis to develop linearized inversions of Qsc and Qi from the analysis of the seismic coda. They also significantly improve the knowledge of the regional variations of seismic attenuation in Metropolitan France.
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