Archives secrètes de la basilique de Nicée à partir des sédiments du lac d’Iznik – BASILIZNIK-SECRETS

Géophysique lacustre : Bathymétrie, sismique réflexion
Carottage des sédiments lacustres, analyses sédimentologiques et géochimiques des carottes et datations des sédiments.
Geophysique terrestre; GPR sur les segment de failles à terre, analyse du bruit sismique pour identifier les potentiels effets de sites, test de pénétration du sol pour identifier ses propriétés.
Tranchées sur les failles datations des séismes.
analyses de sédiments pour recherche de Tsunamis.
ADN sur les carottes lacustres pour voir l'évolution de la biodiversité

Découverte d’un nouveau segment de faille actif dans le lac d’Iznik, grâce à la bathymétrie et la sismique.
Identification du dernier séisme en 1065 CE qui a rompu cette faille et qui a très probablement détruit la basilique de Nicée et l’estimation de son déplacement co-sismique vertical de 42 cm.
Identification glissement sous aquatique dans le lac liés à ce séisme et aux précédents.
Caractérisation du catalogue de la sismicité sur 2000 ans ressentis dans le lac d’Iznik et identification d’une période d’augmentation de la fréquence de crue dans la région d’Iznik à partir des carottes de sédiments lacustres.
Caractérisation de la segmentation de la MNAF à terre
Identification d’au moins quatre très gros séismes sur ces segments depuis 4000 ans de magnitude > 7,3
Précision sur la période de fonctionnement de la basilique de Nicée.
Caractérisation de changements de niveau du lac au cours du temps à partir des données de sismiques études préliminaires

Forts des résultats obtenus nous avons complètement reorganisé notre campagne de carottage long qui devrait se faire en Novembre 2021. Nous ferons 2 carottes longues de part et d’autre de la faille d’Iznik (qui offre un potentiel d’exploitation plus grand qu’une carotte dans le bassin profond) et une carotte longue au nord proche du rivage pour identifier et dater les variations du niveau du lac.
Lorsque nous aurons ces carottes longues nous embaucherons les deux post doc prévus dans l’ANR pour les étudier (1/sédimentologie/géochimie ; 2/ADN).
A terre nous espérons pouvoir faire des tranchées lors de notre prochaine mission en novembre 2021.
Il nous restera ensuite à acquérir des données sur les potentiels effet de site. Ces effets peuvent être de deux types soit liées à la propagation des ondes dans un milieux d’impédance variable (effet de sol multi-strates ou effet topographique), soit liée à des propriétés spécifiques d’une sol peu consolidé comme de la liquéfaction. Pour identifier les effets de site grande échelle (celle de la vallée) lié à la propagation des ondes nous ferons lors de la prochaine mission en Nov 2021 de bruit sismique. Nous estimerons ainsi la potentiel amplification des ondes proche d’Iznik. Les mesures de liquéfactions du sol sont reportées à une prochaine mission.

Ces résulats ont donné lieu à trois publications
Gastineau, R. ; de Sigoyer J., Sabatier P., Fabbri S.C., Anselmetti F.S., Develle AL., Sahin M., Gündüz S., Niessen F. and Gebhardt A. C., (2020) Active subaquatic fault segments in Lake Iznik along the middle strand of the North Anatolian Fault, NW Turkey. Tectonics DOI: 10.1002/essoar.10504104.
R. Gastineau (1, 2)*, P. Sabatier (2), S.C. Fabbri (3), F.S. Anselmetti (3), P. Roeser (4), N. Findling (1), F. Arnaud (2), M. Sahin (5), S. Gündüz (5), S.O. Franz (6), J. de Sigoyer (1) Extensive lateral variations of earthquake versus flood-triggered event deposits in tectonic Lake Iznik, NW Turkey. Sedimentology accepted.
Benjelloun, Y., de Sigoyer, J., Garambois S., Carcaillet J., and Klinger Y. Segmentation and Holocene Behavior of the Middle Strand of the North Anatolian Fault (NW Turkey) Tectonics accepted.

La ville de Nicée/Iznik se trouve au bord du lac d’Iznik (Turquie), 5 km au Nord du segment médian de la Faille Nord Anatolienne (MNAF). En 325 AD, cette ville a accueilli le premier concile des chrétiens, événement fondateur des religions chrétiennes. Le lieu de cette rencontre est resté inconnu jusqu’à ce que le Prof. Sahin découvre en 2014 une basilique dans le lac, sous 1,5 m d’eau à 50 m du rivage. Elle a été détruite et submergée après un événement inconnu, probablement un séisme, comme le suggèrent les dommages observés sur les vestiges archéologiques de la ville. D’après les textes et des études archéo-sismotectoniques faites dans la région d'Iznik, 6 grands séismes (Mw>7) ont été documentés au cours des derniers 2500 ans. Cependant, l'aléa sismique reste mal évalué sur la MNAF car aucun séisme n’a été directement enregistré. Le taux de glissement horizontal (5 mm/an) sur la MNAF est 4 fois plus faible que celui du segment Nord NNAF, ce qui explique son faible niveau de sismicité et un temps de récurrence > 500 ans. Deux séismes « super-shear » (dont la rupture est plus rapide que la vitesse du son) ont été décrits le long de la NNAF lors des séismes d'Izmit et de Düzce, 1999. Ce type de séismes est très destructeur, souvent associé à la liquéfaction du sol. Il est important de savoir si un tel séisme a pu détruire la basilique de Nicée et de mieux caractériser le comportement sismique long terme de la MNAF.
Dans ce projet, nous voulons clarifier la cause et l’âge de la destruction de la basilique. Des fouilles archéologiques préciseront la stratigraphie des bâtiments et la période d’activité de la basilique. Des carottes sédimentaires de 2 m dans et autour de la basilique peuvent documenter l'histoire sismique du site et des datations permettront d’encadrer les âges de sa construction et de sa destruction. Les propriétés mécaniques du sol sur le rivage et des tranchées peuvent mettre en évidence de potentiels marqueurs de liquéfaction qui ont pu conduire à la déstabilisation du sol et à la reptation de la basilique dans le lac. Il est d'autant plus important d'évaluer la vulnérabilité de ce site qu'il deviendra prochainement un musée sous-marin.
Pour mieux connaître la sismicité de cette zone, nous réaliserons une cartographie les failles dans les lacs Iznik et Çerkesli (séparés de 20 km) lors de prospections bathymétriques et sismiques, à la recherche de faille rectiligne où un séisme super-shear pourrait se produire. Les glissements sédimentaires qui se trouvent dans la partie profonde du bassin sont les témoins d’anciens tremblements de terre induisant un remaniement. Nous les cartographierons en 3D, et les carotterons (25m) afin d’extraire un calendrier de la sismicité passée sur plusieurs dizaines de milliers d’années. Des carottes courtes (2 m) prélevées dans différentes zones des deux lacs permettront de confirmer que ces dépôts sont d’origine sismique et d’évaluer leur extension spatiale. Ces dépôts seront qualifiés à partir d'analyses sédimentologiques et géochimiques. A terre des tranchées seront faites sur la MNAF pour attribuer la rupture de certains segments à des dates de séismes. Ces données serviront à améliorer l'évaluation de l’aléa sismique sur la MNAF.
L'évolution de l’hydrologie, de la biodiversité et des pratiques humaines autour du lac, peuvent également être mise en évidence via des traceurs d'érosion du sol et de l'analyse d'ADN ancien dans les sédiments lacustres. Ces analyses aideront à comprendre la cause des variations du niveau du lac et du sol observées autour d’Iznik, ainsi que les multiples rétroactions existant entre les facteurs tectoniques, climatiques et anthropiques.
Ce projet pluridisciplinaire permettra d'élucider les secrets de la basilique perdue, d’avoir une meilleure compréhension du cycle sismique sur la MNAF et sur le système NAF, mais également de comprendre comment l’interaction entre tectonique, climat et activité humaine peuvent changer le destin de l’humanité.