1En Turquie, la Faille Nord-Anatolienne (NAF), qui accommode le mouvement vers l’ouest de l’Anatolie par rapport à l’Eurasie, est l’une des failles les plus actives du monde. Durant le dernier siècle, une série de séismes (M>6.8) s’est propagée d’est en ouest le long de cette dernière. La prochaine rupture semble être prévue dans la région de Marmara, au sud d’Istanbul. Cependant, la géométrie de cette faille se complexifie dans cette région. Elle se divise en trois branches, dont l’une borde le sud de la mer de Marmara et le lac d’Iznik. Ce segment médian de la NAF (MNAF) présente aujourd’hui une très faible sismicité et de faibles déplacements sont enregistrés par GPS, ce qui conduit à la considérer comme inactive. Cependant, la ville d’Iznik, berceau du christianisme, a conservé de précieux témoignages historiques contrastant avec ses observations. Six séismes destructeurs sont mentionnés depuis l’Antiquité. Afin de mieux comprendre l’aléa sismique de cette faille, il est nécessaire d’établir le catalogue de l’activité sismique et de localiser les ruptures passées.

2L’utilisation de lacs comme sismomètre naturel a déjà fait ses preuves. Après différentes campagnes géophysiques et de carottages dans le lac d’Iznik, cette thèse a permis d’identifier deux failles actives. La première partie de mes travaux se concentre sur la période antique. L’étude de carottes courtes (<4m) de sédiments prélevées de part et d’autre de la faille passant proche de la ville d’Iznik montre que la dernière rupture, datant de 1065 CE, correspond à un séisme historique ravageur pour la ville (fig. 1). Outre cette rupture localisée, de nombreux autres dépôts évènementiels sont présents dans les sédiments (latéralement et dans le temps). Cette thèse a permis de (1) différencier les dépôts de crues de ceux liés à des déstabilisations de pente, dont la plupart sont associés avec forte confiance à des séismes historiques ; (2) montrer que différents types de dépôts sont enregistrés pour un même séisme. A l’échelle du lac, la différence dans le type de dépôt dépend de la distance source-carotte. Un type de dépôt n’est observé que pour le séisme de 1065 CE, qui contrairement aux autres à lieu dans le lac, suggérant que ce type de dépôt pourrait dépendre des paramètres de mouvement du sol.

3Cette thèse présente également une compilation des travaux de paléosismologie marine et lacustre réalisés à l’échelle du nord-ouest de la faille Nord-Anatolienne, permettant de discuter des limites de cette méthode. Ainsi, le concept de sensibilité d’un bassin sédimentaire à enregistrer des secousses sismiques (relation entre taux de sédimentation et déclenchement d’une déstabilisation de pente lié à un séisme) n’est pas applicable au milieu marin, contrairement au milieu lacustre. Il est également montré que le lac d’Iznik enregistre des séismes provenant à la fois de la NNAF et de la MNAF, tandis que la mer de Marmara ne semble enregistrer que des séismes provenant de la NNAF. Nous montrons également que contrairement à ce qui été envisagé auparavant, aucun séisme de Mw>5 n’est enregistré sur la MNAF depuis le XIe siècle, suggérant une importante accumulation de contraintes sur cette faille depuis cette date. La dernière partie de cette thèse se concentre sur le long terme (>2000 ans) à partir de données sismiques et de carottes sédimentaires. D’importantes variations du niveau du lac sont mises en évidence depuis plus de 40 000 ans et offrent de nombreuses perspectives pour comprendre les parts respectives des forçages tectoniques et climatiques dans ces fluctuations. Que ce soit au sujet des variations du niveau des lacs ou des aspects liés au cycle sismique, cette thèse ouvre de nombreuses perspectives et a permis de préparer et réaliser une campagne de carottage long (jusqu’à 15 mètres) sur quatre sites différents, en novembre 2021. Elle contient donc des clés essentielles pour poursuivre le décryptage des secrets du lac d’Iznik et améliorer la compréhension du cycle sismique sur le long terme (fig.1, fig.2).

Fig 1 : Profil sismique haute résolution (3.5 kHz) sur la zone de la faille d'Iznik.

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(A) Profil sismique complet. (B) Zoom du profil sismique au niveau du plan de faille. FI désigne la faille d'Iznik et DC1 et DC2 désignent les dépôts cosismiques. Durant ces travaux de thèse, il a été montré que DC1 correspond au séisme de 1065 CE. L’âge de DC2 reste à déterminée à partir des carottes de sédiments (≤ 15 m) échantillonnées en novembre 2021.

Renaldo Gastineau

Fig 2 : Schéma simplifié représentant les différentes relations entre la sismotectonique, le climat, l’archéologie et le lac, point central de ces travaux de thèse.

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Renaldo Gastineau