En avril 2025, la faille principale de Marmara, située sous la mer de Marmara dans le nord-ouest de la Turquie, a connu son plus important séisme depuis plus de 60 ans. Selon une étude,publiée dans Science, une équipe de chercheurs dirigée par la professeure Patricia Martínez-Garzón du GFZ Helmholtz Center for Geosciences de Potsdam, en Allemagne, analyse près de deux décennies de données sismiques encadrant le séisme de magnitude M 6,2 d'avril 2025.

L'analyse de la dynamique de rupture et des schémas de répliques à plusieurs échelles temporelles révèle une série remarquable de propagation vers l'est. Des événements de magnitude supérieure à 5 se sont produits le long de la faille au cours des 15 dernières années, affectant à la fois les sections de faille à glissement lent (« rampant ») et les sections de faille plus fortement bloquées (« verrouillées »).

Ces résultats complètent le tableau sismique de la région. Étant donné que la zone encore bloquée près d'Istanbul pourrait engendrer un séisme encore plus puissant, aux conséquences potentiellement dévastatrices pour cette mégapole d'environ 18 millions d'habitants, les auteurs soulignent la nécessité d'une surveillance continue et en temps réel dans la zone.

 

Histoire des séismes sur la faille principale de Marmara et leurs mécanismes de rupture

La faille principale de Marmara (MMF) est la zone de faille la plus dangereuse et la plus exposée aux risques de toute l'Europe et est la seule partie de la zone de faille nord-anatolienne qui limite les plaques eurasienne et anatolienne qui n'a pas produit de grand tremblement de terre (magnitude M>7) depuis 1766.

Le taux de récurrence moyen des grands séismes dans la région est de 250 ans, d'après les archives historiques remontant à plus de 2 000 ans. Par conséquent, le champ sismique de Moorhead (MMF) est déjà en fin de cycle sismique et présente donc un risque de rupture et de séisme majeur.

Des recherches menées par des chercheurs du GFZ ont révélé que le MMF est divisé en plusieurs sections caractéristiques. Dans la section de fluage de la partie ouest, une fraction (jusqu'à environ 50 %) de l'énergie tectonique est libérée par un fluage lent (et donc asismique), comme l'a montré l'analyse de petits séismes récurrents aux mêmes endroits, appelés « répéteurs ».

Vers l'est, la fraction de fluage (et l'occurrence de répétitions) diminue dans une « section de transition », jusqu'à ce que la faille soit complètement bloquée immédiatement au sud d'Istanbul.

Les segments de faille sont principalement soumis à des contraintes dues à la charge tectonique liée au mouvement des plaques et au transfert de contraintes co-sismiques et post-sismiques provenant de séismes antérieurs. Les segments de faille en transition et bloqués subissent une charge supplémentaire due au relâchement lent du glissement le long des sections de fluage voisines, ce qui entraîne une concentration de contraintes plus élevée.

 

Nouvelles recherches sur la progression directionnelle des séismes de Marmara

Le séisme de magnitude 6,2 survenu à Marmara le 23 avril 2025 était localisé dans la zone de transition et a déclenché et permis des recherches plus approfondies sur la progression directionnelle des séismes dans la région.

Les scientifiques ont analysé les caractéristiques de rupture du séisme de magnitude 6,2 d'avril 2025 et le schéma de sismicité régionale sous-jacent, à partir d'un catalogue d'événements sismiques couvrant les 20 dernières années. Ils se sont particulièrement intéressés à la comparaison entre ce séisme de magnitude 6,2 de 2025 et celui de Siliviri de magnitude 5,8 de 2019, car leurs épicentres sont voisins et se chevauchent partiellement.

 

Une activation vers l'est de la faille principale de Marmara qui dure depuis une décennie

La nouvelle étude montre que le MMF a subi une séquence progressive de séismes modérés se déplaçant vers l'est en direction du segment bloqué au sud de l'ouest d'Istanbul, avec une magnitude croissante à partir de 2011 et culminant avec le séisme de Marmara de magnitude 6,2 en 2025, qui est le plus grand événement sur le MMF en plus de 60 ans.

Cette dernière a rompu environ 10 à 20 kilomètres de la faille centrale de MMF selon une cinématique de décrochement. Elle pourrait avoir été influencée par le séisme de magnitude 5,8 de 2019 via un transfert de contraintes.

La migration vers l'est observée des événements M>5 a commencé sur la section rampante comprenant le Haut-Fond Ouest et le Bassin Central, qui ont connu deux séismes M>5 en 2011 et 2012.

Ils ont laissé une zone calme d'environ 10 à 15 kilomètres à l'extrémité est de la zone de fluage, qui a ensuite été activée par le séisme de magnitude 5,8 de 2019. Sa rupture d'environ 10 km a été partiellement recouverte par le séisme de magnitude 6,2 de 2025.

Ces deux épicentres voisins marquent la transition entre le segment du bassin central, en phase de glissement lent, du MMF et le segment de transition du bassin de Kumburgaz. De plus, les deux séismes ont présenté des schémas de répliques asymétriques par rapport à l'épicentre, avec une prédominance des répliques se propageant vers l'est le long du MMF.

Les répliques du séisme d'avril 2025 ont cessé près de la limite orientale d'une zone sismiquement calme d'environ 15 km de long, dans le segment d'Avcılar, entre Kumburgaz et le segment bloqué des Îles des Princes, au sud d'Istanbul. De plus, les caractéristiques des répliques, notamment le rapport entre les séismes de faible et de forte magnitude et donc le niveau de contrainte, diffèrent de celles du séisme de 2019, ce qui suggère que sur ce segment, la contrainte de cisaillement, ou en d'autres termes, le « niveau de charge », demeure élevé.

 

Conséquences pour la région d'Istanbul : niveau de stress de plus en plus critique

Le schéma sismique observé lors de l'événement de magnitude 6,2 d'avril 2025, conforme aux événements observés précédemment, rapproche la libération d'énergie sismique du segment bloqué des îles des Princes, la partie du MMF au sud d'Istanbul qui est capable de produire à elle seule un séisme de magnitude ~7.

« Nos résultats montrent une progression à long terme des ruptures sismiques partielles se déplaçant vers le segment de faille bloquée adjacent à Istanbul », explique la professeure Patricia Martínez-Garzón, chercheuse au GFZ et auteure principale de l'étude. « Cela ne nous indique pas quand un séisme majeur pourrait se produire, mais cela révèle quelles parties de la faille sont soumises à des contraintes de plus en plus critiques. »

 

Implications pour l'aléa et le risque sismique

ÉtudesCes résultats montrent que l'énergie transportée par les ondes sismiques peut être plus forte dans certaines directions et plus faible dans d'autres, ce qui a des conséquences importantes sur le potentiel de dommages dans les régions peuplées.

Dans leur étude, Martínez-Garzón et ses co-auteurs ont également montré que le séisme de magnitude 6,2 survenu en avril 2025 dans la mer de Marmara a en fait généré des ondes sismiques plus courtes et plus énergétiques et a amplifié les mouvements du sol aux stations de mesure situées à l'est de l'épicentre.

Ce « schéma de directivité de rupture vers l'est » est cohérent avec les conclusions tirées des précédents séismes dans la région et signifie que les secousses du sol pourraient être plus fortes si de futurs séismes de magnitude modérée à forte débutaient également à l'ouest d'Istanbul et se propageaient vers l'est en direction de la ville.

En revanche, si l'événement majeur imminent se produit immédiatement au sud d'Istanbul, son impact est moindre. Toutefois, les secousses au sol seraient tout aussi importantes en raison de la faible distance.

Cette étude indique que, combiné aux précédentes ruptures sismiques survenues sur le MMF au cours de la dernière décennie, le séisme de magnitude 6,2 ne laisse qu'une zone d'environ 15 à 20 km de long avec une faible activité sismique dans le segment d'Avcılar, entre Kumburgaz et le segment bloqué des îles des Princes au sud d'Istanbul.

Étant donné que la séquence sismique de magnitude 5,8 de 2019 a débuté dans une zone tout aussi calme, les résultats suggèrent que ce segment sismiquement silencieux est un candidat possible pour le prochain séisme modéré ou important.

« Le prochain séisme important devrait se produire sur la portion de faille située à l'ouest ou directement sur le segment totalement bloqué des îles des Princes, juste au sud d'Istanbul », explique le professeur Marco Bohnhoff, co-auteur de l'étude.

« Il pourrait s'agir d'un séisme de magnitude 6, ou d'un précurseur qui déclencherait ensuite un tremblement de terre encore plus important, étant donné que la faille est certainement soumise à une charge critique et a déjà accumulé une énergie considérable. »

 

Importance d'une surveillance dense en temps réel de la défaillance du sous-marin

Si un futur séisme majeur se propage d'ouest en est — comme le suggèrent les événements récents —, les secousses du sol dans la région d'Istanbul pourraient être intensifiées par des effets de directivité.

C’est pourquoi les auteurs soulignent l’importance d’une surveillance dense et en temps réel de la faille sous-marine. Cela implique la mise en place de nouvelles stations de forage, dans le cadre de l’observatoire opérationnel GONAF, coordonné conjointement par le GFZ et l’AFAD (Agence turque de gestion des catastrophes et des situations d’urgence).

De même, ils soulignent l'importance de disposer de stations sismiques et géodésiques permanentes au fond de l'océan, ainsi que de systèmes de détection offshore à fibre optique, qui seront utilisés dans un avenir proche dans le cadre de l'infrastructure Helmholtz SAFATOR.

Une meilleure surveillance permet de mieux anticiper ce qui pourrait se produire et, en cas d'incident, de pouvoir réagir plus rapidement, en quelques secondes ou minutes, ce qui est essentiel pour l'arrêt des infrastructures critiques et d'autres mesures de sécurité fondamentales.