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Percer les mystères d’une basilique engloutie grâce à l’histoire sismique

La basilique au fond du lac
Vue aérienne de la basilique immergée sous le lac Iznik à Bursa, Turquie. Murattellioglu/Shutterstock

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science 2020 (du 2 au 12 octobre 2020 en métropole et du 6 au 16 novembre en Corse, en outre-mer et à l’international) dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition a pour thème : « Planète Nature ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.


Depuis des milliers d’années, l’homme modèle la nature et les paysages de la planète en fonction de ses besoins, jusqu’à en modifier le climat et la biodiversité. L’inverse est également vrai : les catastrophes naturelles et le climat influent sur l’occupation des territoires par les humains.

La ville historique de Nicée (actuellement Iznik, en Turquie) se situe au sud-est de la mer de Marmara et à 5 km au nord de la branche médiane de la Faille nord-anatolienne (MNAF), faille qui est l’une des plus actives d’Europe.

Cette ville, établie au bord du lac d’Iznik durant le Néolithique, fut un centre politique et religieux majeur et a été tour à tour hellénistique, byzantine et ottomane. En 325 apr. J.-C., la ville accueillit le premier concile œcuménique de la chrétienté, qui constitue un fondement majeur de la religion chrétienne. Le lieu où ce premier concile s’était réuni est à ce jour introuvable. En 2014, à la faveur de l’abaissement du niveau de l’eau, une basilique ensevelie dans le lac a été découverte. De nombreuses questions ont émané de cette découverte : Cette basilique a-t-elle pu accueillir ce premier concile ? Quand a-t-elle été construite ? Comment a-t-elle été détruite ? Quelle(s) est/sont la/les cause(s) de sa submersion ?

Au vu de la sismicité historique documentée dans cette région, les secousses telluriques pourraient avoir joué un rôle dans cette intrigue.

Une ville historique malmenée

La ville d’Iznik présente des vestiges archéologiques qui portent les stigmates de plusieurs phases de destruction/reconstruction. L’étude archéologique des bâtiments anciens permet d’identifier au moins quatre séismes destructeurs depuis l’époque romaine, sans qu’aucun de ces séismes ne soit officiellement associé à la destruction de la basilique dans les récits historiques.

La faille qui borde la ville et le lac d’Iznik (MNAF) est une faille lente qui glisse à environ 5 mm/an. Elle ne présente pas de sismicité depuis la période instrumentale (environ 150 ans). Cependant, cet intervalle d’observation est trop court pour conclure que cette faille soit inactive. Il est donc nécessaire de chercher plus loin dans le passé les potentielles traces de tremblements de terre et d’établir un calendrier précis des séismes sur plusieurs millénaires, ceci afin de pouvoir évaluer leur récurrence sur cette faille et l’aléa sismique actuel de cette zone.

Les lacs, gardiens du passé

Albert Einstein a dit un jour : « Regardez profondément dans la nature, et alors vous comprendrez tout beaucoup mieux. » Et si nous le prenions au mot ?

Que ce soit via des indices géochimiques ou granulométriques, les sédiments qui se déposent au fond des lacs au cours du temps enregistrent de manière continue les changements climatiques ou encore les pollutions anthropiques récentes. Certains dépôts mettent en lumière des événements naturels extrêmes qui peuvent être associés à des séismes, des crues ou encore à des tsunamis.

Dans le cadre du projet de recherche « Basiliznik’s secrets », financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR), une équipe de chercheurs internationaux spécialistes de différents domaines (géologie, géophysique, archéologie, génétique) vont utiliser les archives sédimentaires du lac afin de mieux comprendre la région d’Iznik d’un point de vue tectonique et archéologique et de mieux appréhender l’avenir.

L’un des enjeux fondamentaux de ce projet est de cartographier de potentiels segments de failles actives dans le lac et de déterminer la récurrence des séismes sur ces segments afin de mieux comprendre le cycle sismique de la MNAF sur une grande échelle de temps. Pour ce faire, nous envisageons d’échantillonner de longues carottes sédimentaires (~20 m), ce qui devrait nous permettre de remonter à plus de 20 000 ans.

Découverte de nouveaux segments de failles

L’acquisition de données bathymétriques (topographie du fond du lac) inédites en 2019 nous a permis de mettre en lumière deux segments de failles dans le lac d’Iznik qui étaient jusqu’alors inconnus. Des carottes de sédiments ont été échantillonnées dans le lac de part et d’autre d’un de ces segments. Ces carottes ont été datées et analysées d’un point de vue sédimentologique et géochimique afin de déterminer si ce segment de faille a généré des séismes par le passé. Longues de 3 mètres, ces archives sédimentaires ont enregistré 14 séismes historiques régionaux durant les 2 000 dernières années.

Notre étude a montré qu’une de ces ruptures (séismes) s’est produite sur le segment de faille étudié entre 1010 et 1182 apr. J.-C.. Les archives historiques confirment qu’un séisme important a complètement ravagé la ville d’Iznik en 1065 apr. J.-C.. Un écrit mentionne même la disparition de lieux saints pendant ce séisme, suggérant la destruction de la basilique immergée au cours de ce tragique événement.

Associées à ces études sédimentologiques, des analyses de sols à proximité de la basilique enfouie vont être prochainement réalisées pour identifier d’éventuels effets de liquéfaction du sol (sables mouvants) lors de secousses sismiques, comme cela a été le cas pour un hôtel qui s’est affaissé dans le lac de Sapanca, à 40 km au nord, lors du séisme de 1999 à Izmit. Nous pourrons ainsi peut-être éclairer les causes exactes de la destruction et de l’enfouissement de la basilique.

Le lac : lien entre biodiversité, climat, archéologie et géologie

Le niveau du sol dans la ville et le niveau de l’eau dans le lac ont connu des variations rapides très significatives (plusieurs mètres en quelques décennies), avec des conséquences importantes pour les populations locales.

Des causes climatiques, anthropiques ou tectoniques peuvent être invoquées pour les expliquer. De plus amples investigations vont être menées (datations de paléo-rivages par exemple) pour caractériser précisément ces variations du niveau du lac/sol au cours du temps et leurs causes. L’évolution à long terme des facteurs climatiques est identifiable via l’étude géochimique des carottes lacustres.

Les activités anthropiques telles que l’agriculture, le pastoralisme, la déforestation ont fortement impacté l’évolution de la biodiversité (types de végétation, animaux) dans le bassin versant (autour du lac). L’étude de l’ADN fossile contenu dans les sédiments du lac permettra de documenter l’évolution de la biodiversité dans le bassin versant et donc d’appréhender l’évolution des activités humaines en lien avec l’évolution du climat. Avec les mêmes carottes sédimentaires nous pensons pouvoir identifier l’impact du climat et des séismes sur l’activité humaine autour du lac d’Iznik par le passé.

Ainsi, c’est en combinant différentes approches scientifiques faisant appel à des disciplines interdépendantes que l’étude de la région d’Iznik permettra de discuter des interactions entre climat, tectonique et sociétés humaines, et ce depuis la préhistoire.

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