Sites d'expulsion de fluide associés à la faille Nord Anatolienne en Mer de Marmara: Une connexion profonde P Henry, CEREGE / Collège de France, Aix-en-Provence, L Geli, Ifremer, Brest, T Zitter, ANPE, Aix-en-Provence Historique Objectifs scientifiques et résultats des campagnes Marnaut et MarmaraVT Eau, Gaz, Huile - ACI Marmafluides (2004-2007) - INSU Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS (2006-2008) - Ifremer Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU Réseau d'excellence Européen ESONET (2007-2010) Marmara-DM : mission de démonstration Marmesonet : proposition de campagne à la mer Elargissement dans le domaine méditerranéen Relation entre fluides et activité sismique Observatoire terre-mer (Yalova). Couplage avec Corinthe. Influence de l'infiltration de l'eau douce sur la stabilité des pentes continentales. Périodes de bas niveau marin Plateau continental étroit

Manifestations d’expulsion de fluide (eau et méthane) Exemples en Mer de Marmara - Marmarascarps Cruise Taches noires Voiles bactériens Croûtes calcaires Emission de bulles Emission d’eau saumatre

Observations avec le ROV Victor (campagne Marmarascarps) La pluspart des escarpements de failles (mais pas tous) ont des sorties de fluide discrètes Quelques sites montrent une activité exceptionelle Expulsion d’eau saumatre Migration de gas methane dans le sédiment Influence possible de sources thermogeniques provenant du basin de Thrace Eocene-Oligocène Observations Victor Taches noires Carbonates Cheminées actives Voiles bactériens Faille

Sources d’eau saumatre à 1200 m de fond 1 km sédiments marins sédiments lacustres couches de sable La Mer de Marmara était un lac pendant la glaciation, les sédiments ont piégé de l’eau douce L’eau contenue dans le sédiment migre dans des couches de sable vers la faille et est expulsée au fond de la mer Zitter et al. (Deep Sea Research, en ligne, 2008)

Question posée L’expulsion des fluides est-elle influencée par des processus physiques et chimiques se produisant à la profondeur de la zone sismogène ? Eléments de réponse après Marnaut Les sites d’expulsion de gaz sont disposés le long de structures profondes. Plusieurs sites présentent des sources de fluide relativement profondes (pétrole et gaz thermogénique, T>120°C - z>4 km) Analyses en cours Isotopes de l’Helium (CRPG) connexion jusqu’au manteau terrestre ? Instruments long terme Relation temporelle entre sismicité et émission de fluide ?

Détection accoustique des émissions de bulles Septembre 2000 SAR - Engin remorqué près du fond 112 kHz Mai-Juin 2007 EK60 - Engin remorqué en surface 38 kHz Longeur de profil (km) Observations (site/km)

Gas bubble emission sites EK60 sounder Nautile Dive 1647 Video: ©Ifremer

-Faille enfouie dans le prolongement de la rupture d'Izmit Sud Cinarcik : -Faille enfouie dans le prolongement de la rupture d'Izmit From Carton et al. 2007 75 m From Karabulut et al. 2006

Oil emission and gas hydrate site Core KS25 Nautle Dive 1662 Video: ©Ifremer

brine seawater lake water Lake Marmara source fluid subsequently altered by hydrate formation could be part of the story, and may be needed to explain the low Na in core 14, but cannot account for most of the composition (Mike Tryon, SIO)

Zones d'instabilité (ANR-ISIS) Ages des grands évènements anciens Cinarcik 17.000-20.000 ans (Ozeren et al., 2006) Homogénéite du basin central: 15000-16500 ans (Beck et al., 2007) Tekirdag 14.000-12.000 ans Remplissage sédimentaire des canyons: Succession: turbidites, debris flow, drapage sédimentaire Inactivité des canyons sauf N Bassin central et Bosphore Déstabilisation possible de falaises de sédiment lithifié (Paléozoïque ou Eocène)

Cold seep response to strain OBS + flow meter deployments Correlated fluid pulsing and seismic tremors in the Costa Rica subduction zone (Brown et al., 2005)

Instrumentation long terme : Installation test durant Marnaut 7 Débitmètres et échantilloneurs osmotiques, 1 an 1 Piézomètre 3 mois 4 Ocean Bottom Seismometer, 3 mois

Transitoires de pression Thèse JB Tary

Transitoires de pression Thèse JB Tary

Thèse JB Tary Correspondance transitoires de pression - séismes Spike : 10/06/07 8:15:13 Séisme : 10/06/07 8:15:47 (ML 3,8 200 km) Thèse JB Tary

Le projet Marmara DM (DM=Demo Mission) Objectif : contribuer à l’établissement d’observatoires sous-marins permanents pour la surveillance des risques géologiques (séismes, tsunamis, glissements) en Mer de Marmara dans le cadre du programme ESONET Funded ressources from EsoNet : 500 k€ ~ 150 k€ marine operations ~ 200 k€ personnel ~ 150 k€ other costs Institutions Partenaires : Istanbul Technical University, Turkey Dokuz Eylul University, Izmit, Turkey Tubitak MAM, Turkey Ifremer, France Cnrs, France ISMAR, Bologna, Italy INGV, Italy

Marmara DM : Specific Objectives 1. To characterize the temporal and spatial relations between fluids and seismic activity in the Sea of Marmara 2. To test the relevance of long-term seafloor observatories for an innovative monitoring of earthquake related hazards 3. To propose the technological option (cable, buoys, etc) that is the most adapted for the Marmara Sea 4. To involve the local authorities in Turkey ; public outreach and education ; fund rising 5. Integration of existing resources and integration at EU level

Prochaine Etape : la campagne MarmEsonet (printemps 2009) Actions proposées :  1) Détection systématique des sorties de fluide et micro-bathymétrie des sites à l’aide de l’AUV de l’Ifremer équipé dun sondeur EK60 et d’un sondeur multi-faisceaux de type EM-2000 2) Imagerie fine des conduits empruntés par les fluides jusqu’à la surface des sédiments, en un site donné,  à partir du système de sismique 3D HR disponible à l’Ifremer ; 3) Enregistrement couplé en chaque site de la micro-sismicité, des pressions interstitielles et des débits à l’interface eau/sédiment pendant un an. Dans le bassin de Cinarcik, on installera également une station permanente pour la détection acoustique des sorties de bulles.

Sites d'expulsion de fluide associés à la faille Nord Anatolienne en Mer de Marmara: Une connexion profonde P Henry, CEREGE / Collège de France, Aix-en-Provence, L Geli, Ifremer, Brest, T Zitter, ANPE, Aix-en-Provence Historique Objectifs scientifiques et résultats des campagnes Marnaut et MarmaraVT Eau, Gaz, Huile - ACI Marmafluides (2004-2007) - INSU Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS (2006-2008) - Ifremer Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU Réseau d'excellence Européen ESONET (2007-2010) Marmara-DM : mission de démonstration Marmesonet : proposition de campagne à la mer Elargissement dans le domaine méditerranéen Relation entre fluides et activité sismique Observatoire terre-mer (Yalova). Couplage avec Corinthe. Influence de l'infiltration de l'eau douce sur la stabilité des pentes continentales. Périodes de bas niveau marin Plateau continental étroit

± seawater salinity salinity ± zero 2007 Meteor Cruise, Achim Kopf, RCOM Bremen reference slope ± seawater salinity salinity ± zero headwall

Project submitted to the FP7 in Feb 2008 (ten countries invloved)

FSGD Venice lagoon 222Rn budget In the Vaccares lagoon Rosas gulf Fmix : 0 Fatm: 9,3 - 9,7 Fchanel: 2 Fdiff 5,4 - 9,7 FSGD Fdecay: 11,7 - 13,2 FRa: 2,3 - 2,6 222Rn budget In the Vaccares lagoon Ollivier et al , Marine chem, 2007 226Ra et 228Ra par TIMS Water column Sediment A. Mayer J Gattacecca 2006 Rosas gulf Minorca island Venice lagoon