Techniques de corrélation : aspects méthodologiques et applications à la sub-surface

Traditional methods for ground studies are based on the recording of seismic waves from triggered natural or artificial sources. They are limited by the number, the power and the occurrence rate of those sources. Recently, an alternative method has been proposed, based on the use of diffuse wavefields (ambient seismic noise or coda waves). Those passive methods yield the Green's function in the propagation medium from the cross-correlation of recordings between every receiver pair among the array. The objective of this work is to study the advantages and limitations of passive cross-correlation techniques, in order to define their application fields.We focused on small scale geophysics (10 m to a kilometer), and high frequencies (5 to 50 Hz), where the wavefield properties are usually incompatible with the diffuse field hypothesis of the correlation theorem. From experimental configurations in which we point out and demonstrate that the correlation function does not converge toward the Green's function, our goal is to find alternative processing methods to nevertheless measure properties of the medium.We point out that the noise source distribution is of great importance when there is no scattering in the medium. It results that characterizing the seismic noise wavefield is mandatory prior to any cross-correlation processing. A comparative study of active and passive imaging is addressed. It shows that the resolution of passive imaging is at least as good as active imaging.Finally, we developed a methodological approach to characterize ambient noise sources using some array processing tools taken from ocean acoustics. Application to hydrothermal areas is discussed.Les méthodes traditionnelles d'analyse du sous-sol reposent sur l'utilisation de sources sismiques (naturelles ou artificielles). Elles sont ainsi limitées par le nombre, la puissance et le taux d'occurrence de ces sources. Récemment, une alternative à ces méthodes actives a été proposée, basée sur l'utilisation de champs diffus (bruit sismique ambiant ou coda de séismes). Ces méthodes passives permettent de reconstruire des fonctions de Green dans le milieu à partir de l'intercorrélation d'enregistrements entre toutes les paires d'un réseau. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les limites de ces techniques passives, afin d'en définir les champs d'application.Ce travail est centré sur les petites échelles de la géophysique (10 m à 1 km) et aux hautes fréquences (5 à 50 Hz), où les propriétés du champ d'onde mettent souvent en défaut l'hypothèse de champ diffus du théoréme de corrélation. A partir de cas expérimentaux où la fonction de corrélation ne converge pas vers la fonction de Green, de nouvelles approches sont définies afin de retrouver malgré tout les propriétés du milieu.L'importance de la distribution des sources de bruit pour les milieux non diffusant est mise en évidence. La caractérisation du champ d'onde est ainsi essentielle avant la mise en place de méthodes passives. Une étude comparative des méthodes l'imagerie active et passive est proposée. Elle montre que la résolution de l'imagerie passive est au moins aussi bonne que celle de l'imagerie active.Enfin, une approche méthodologique est proposée pour l'étude du bruit ambiant, à partir d'outils issus de l'acoustique sous marine. Son application à l'étude de zones hydrothermales est discutée