Investigation of buried objects with Ground Penetrating Radar : application to archaeoseismology and palaeoseismology in the Buyuk Menderes Graben (Turkey)

L’Anatolie occidentale est une des régions les plus sismiquement actives du monde, comme en attestent les structures actives en horst et graben qui la délimitent. La présente étude est focalisée sur le Fossé de Büyük Menderes, une structure majeure qui s’étend de la Mer Egée à l’ouest jusqu’au Bassin de Denizli à l’est. Une cartographie de détail montre que les failles actives qui forment la limite nord du graben ont produit des séismes durant la période historique. Ces ruptures ont été décrites en détail lors de campagnes de terrain. Lorsque l’observation directe s’est révélée impossible, nous avons eu recours à la prospection géophysique par géoradar. La méthode géoradar s’appuie sur l’émission active puis l’enregistrement d’ondes électromagnétiques réfléchies par les différentes interfaces du sous-sol. Les données sont enregistrées puis filtrées afin d’éliminer le bruit environnemental et instrumental puis interprétées pour identifier les structures enfouies avec une haute résolution et une grande sensibilité. Dans le cadre de ces travaux, des campagnes d’acquisition GPR ont été réalisées sur six sites différents : deux tranchées, trois sites archéologiques affectés par des failles et un site archéologique enterré. En amont de toute campagne d’excavation, nous avons ainsi pu déterminer la géométrie de la trace de la faille, la largeur de la zone de faille ainsi que la quantité de déplacement affectant les unités récentes. A l’un des sites, des structures archéologiques portent la trace de mouvements récents le long d’une faille. La géométrie de la faille tout comme la largeur de la zone de déformation ont été définies, ainsi que le déplacement total qui correspond aux mesures de surface. Les travaux de tranchée, réalisés sur la base des résultats du géoradar, ont révélé des quantités de déplacement co-sismique cumulé très comparables aux quantités déterminées par le géoradar. D’autre part, la trace de faille identifiée dans les profiles géoradar correspond bien, en profondeur, à des décalages de structures archéologiques. Ainsi, sur le site de la ville antique de Nysa, les mesures destinées à détecter le passage de l’ancienne route d’accès à la ville, le géoradar a révélé des déplacements affectant un temple jusqu’ici inconnu.Western Anatolia is one of the most active regions in the world and is represented by horsts and grabens faulted on the margins. The subject of this work, the Büyük Menderes graben, is one of the most active structures in the region and extends between the Aegean Sea in the west and the Denizli Basin in the east. Detailed mapping shows that the active faults bounding the northern boundary of the graben were ruptured with surface breaks in historical periods. These ruptures identified in detail during the field studies. Where direct observations were not possible, however, the characteristic features of the faults were identified by using the Ground Penetrating Radar (GPR), one of the shallow geophysical methods. The GPR method works on the basis of recording of the reflections of the electromagnetic waves from the interfaces by a horizontal receiver which were transmitted to the ground with high velocity by using a horizontal antenna. Data collected is filtered to eliminate the environmental and instrumental noise by using computers and then interpreted to determine the buried structures in high resolution and sensitivity. In scope of the investigation, GPR studies were conducted in six different locations (two trenches, three faulted archaeological site and a buried archaeological site). The trace of the fault, width of the fault zone and the amount of the offset of the young units along the fault were determined by the GPR method before the excavation of the trenches. In the archaeological site where the offset remnants of the archaeological objects were observed, the trace of the faults and the width of the deformational zones were determined by the GPR and the amount of offset obtained from GPR profiles were compared with the offset amounts measured on the surface. In order to locate the exact location of the ancient road entering the ancient Nysa town GPR, studies were conducted and a previously unknown temple was discovered. In the trenches which were excavated based on the GPR findings, it was found that the amount of the offset obtained by the GPR method and the actual offset measured on the trench wall were agreeable with each other. Where the offset archaeological structures exist, it was observed that the faults on the GPR profiles correspond to the ruptures on these structures. In Nysa ancient town, the image obtained from GPR was interpreted to belong to a structure rather than the road expected; in fact, the excavations conducted later on revealed a temple which was not known to exist before