Pont de Bir Hakeim : Paris zone sismique ? EarthCache

 Le pont de Bir-Hakeim est un pont qui relie le 15^ème arrondissement au 16^ème arrondissement de Paris. Il a été construit entre 1903 à 1905 afin de faciliter la circulation piétonne et automobile entre les deux rives de la Seine et de permettre une circulation ferroviaire.

Cet ouvrage est constitué d’un étage destiné au passage des piétons et des voitures, ainsi que d’un viaduc qui laisse passer la ligne 6 du métro.

Au travers de cette cache, le passage d’une rame de métro sur le viaduc vous permettra de ressentir et de classer les effets d’une activité sismique si Paris était situé dans une zone ou l’aléa sismique était bien plus important qu’il ne l’est actuellement.

 The Bir-Hakeim bridge links the 15th and 16th arrondissements of Paris. It was built between 1903 and 1905 to allow pedestrian and automobile traffic between the two banks of the Seine, as well as rail traffic.

The structure includes an upper level for pedestrians and cars, and a viaduct for line 6 of the subway.

Through this cache, the passage of a subway train over the viaduct will enable you to feel and classify the effects of seismic activity if Paris were located in a zone where the seismic hazard was much greater than it is today.

 Séisme et aléa sismique
Un séisme ou tremblement de terre, résulte de la libération d'énergie accumulée par les déplacements et les frictions des différentes plaques de la croûte terrestre (phénomènes regroupés sous le nom de tectonique des plaques). La majorité d'entre eux n'est pas ressentie par les humains.

L’aléa sismique en un lieu donné dépend des caractéristiques de la sismicité, qui sont connues grâce à l’étude des séismes et de la géologie. Il permet d’évaluer la probabilité pour une région ou un site donné de subir un séisme et d’estimer le niveau de danger pour les populations et les infrastructures.

 Earthquake and seismic hazard
An earthquake results from the release of energy accumulated by the movement and friction of the various plates of the earth's crust (known as plate tectonics). Most of them are not felt by humans.

The seismic hazard in a given location depends on the characteristics of the seismicity, which are known from studies of earthquakes and geology. It is used to evaluate the probability of a given area or site being hit by an earthquake, and to estimate the level of danger for populations and infrastructures.

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 Zonage sismique de la France
Les données de sismicité instrumentale et historique ainsi que des calculs de probabilité permettent d’aboutir à l’élaboration d’un zonage sismique. Cette analyse probabiliste représente la possibilité pour un lieu donné, d’être exposé à des secousses telluriques.

Elle prend en compte la répartition spatiale non uniforme de la sismicité sur le territoire français et a permis d’établir la cartographie ci-contre qui découpe le territoire français en 5 zones de sismicité : très faible, faible, modérée, moyenne, forte.

 Seismic zoning of France
Instrumental and historical seismicity data, together with probability calculations, are used to draw up a seismic zoning map. This probabilistic analysis represents the possibility of a given location being exposed to telluric tremors.

It takes into account the non-uniform spatial distribution of seismicity across France, and has led to the creation of the map opposite, which divides the country into 5 seismicity zones: very weak, weak, moderate, medium and strong.

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 Ondes et séisme
Une onde correspond à la propagation d’une perturbation dans un milieu en produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physique locales de ce milieu. En plus clair : une onde est une perturbation qui se propage. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière et modifie localement et temporairement les propriétés d'un milieu.

Il existe 3 types d’ondes et nous laisserons de côté les ondes (électromagnétiques et gravitationnelles) qui ne nécessitent pas de support physique pour se propager, pour nous intéresser aux ondes mécaniques. Elles se propagent dans de la matière physique dont la substance se déforme.

Jeter un caillou dans l’eau va perturber momentanément et localement le milieu aquatique qui absorbe une partie de l’énergie du caillou en la propageant aux alentours. Les rides ou vaguelettes (des oscillations) correspondent à la manifestation d'une partie de ce transfert et de cette propagation d’énergie.

Les ondes sismiques font partie des ondes mécaniques et ont des propriétées vibratoires. Lors d’un séisme, donc une libération instantanée d’une énergie accumulée sous terre dans la roche, des ondes sismiques vont progresser dans toutes les directions et à la surface de la terre depuis leur lieu d’émission appelé hypocentre (ou foyer) ; l’épicentre étant sa projection à la surface de la terre. La terre, les roches, le milieu aquatique, etc. qui se trouvent sur le trajet de ces ondes vont donc être soumis à leur énergie pour être déformés. Les déformations engendrées peuvent être ductiles (non cassantes) et élastiques et/ou cassantes.

 Waves and earthquakes
A wave is the propagation of a disturbance in a medium, producing a reversible variation in its local physical properties. In other words, a wave is a disturbance that propagates. It transports energy without transporting matter, and temporarily modifies the local properties of a medium.

There are 3 types of wave: electromagnetic and gravitational waves, which require no physical support to propagate, and mechanical waves. These propagate in physical matter, whose substance is deformed.

Throwing a stone into the water will momentarily and locally disrupt the aquatic environment, which absorbs part of the stone's energy and propagates it to the surrounding area. Ripples or wavelets (oscillations) are the manifestation of a part of this transfer and propagation of energy.

Seismic waves are mechanical waves with vibratoty properties. During an earthquake, i.e. an instantaneous release of energy stored underground in rocks, seismic waves will propagate in all directions and across the earth's surface from their place of emission, called the hypocenter (or focus); the epicenter being its projection on the earth's surface. The earth, rocks, aquatic environments, etc. in the trajectory of these waves will therefore be subjected to their energy, becoming deformed. The resulting deformations can be ductile (non-brittle) and elastic, and/or brittle.

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 Échelles
Bien que des échelles d’évaluation de l’intensité des séismes aient pu exister depuis la fin du 19^ième siècle, c’est en 1935, grâce à la magnitude de Richter qui mesure l’énergie sismique radiée, qu’une première tentative d’évaluation de leur intensité fut proposée. Imprécise et dépassée, cette échelle, conçue par Charles Richter et dans laquelle s’inscrit cette magnitude, était spécifique aux séismes survenant en Californie.

Actuellement deux types d’échelles sont employés : des échelles basées sur l’observation des effets et des conséquences (en termes de dégâts) en un lieu donné et des échelles de magnitude.

La magnitude est une représentation logarithmique du moment sismique (Mw), lui-même issu d’une mesure de l’énergie libérée par un séisme et déduite de l’amplitude de certaines ondes sismiques à des distances spécifiques. En plus clair : la magnitude est donc un nombre qui représente l’énergie transportée et libérée. Diverses méthodes ont été mises au point pour déterminer la magnitude du moment (Mw). À partir de la Mw = 3,5 chaque unité supplémentaire sur cette échelle indique qu’une énergie 30 fois plus importante a été libérée. Pour obtenir la magnitude d’un séisme, de savants calculs sont donc effectués à partir de données recueillies par des sismographes.

L’amplitude et les descriptions employées dans les échelles des effets et des conséquences peuvent être propres à un pays ou à un groupe de pays. En France et en Europe, il est fait usage de l’échelle macrosismique européenne (EMS-98 – European Macroseismic Scale). Au États-Unis, l’échelle conventionnelle est l’échelle de Mercalli modifiée (MM ou MMI). D’autres pays utilisent l’échelle de Medvedev-Sponheuer-Karmik (MSK-64). Avec chacune 12 degrés, ces trois échelles sont assez similaires. Au Japon, la référence est l’échelle Shindo qui comporte 7 degrés dans lesquels sont reportées des mesures instrumentales d’intensité.

Une échelle des effets et de leurs conséquences n’a que très peu de liens avec une échelle de magnitude. Le plus fort séisme jamais observé sur une échelle de magnitude (9,5 – Chili en 1964) a provoqué moins de dégâts que le séisme de Kobe (6,9 – Japon en 1995). En effet, les effets et les conséquences d’un séisme d’une magnitude donnée dont le foyer est proche de la surface terrestre et dans une zone densément peuplée peuvent être plus importants que ceux d’un séisme d’une magnitude plus forte, mais dont le foyer est situé plus profondément dans une zone moins peuplée.

En France métropolitaine, le 17 juin 2023 un séisme de magnitude 5,3 et d’intensité VI (EMS-98), dont l’épicentre se trouve dans le département des Deux-Sèvres, a endommagé près de 5 000 bâtiments.

Dans la région de Brest, il a eu 50 séismes (base 1987) d’une magnitude de 1,4 pour le plus faible à 3.8 pour le plus fort.

Le plus fort séisme (« ressenti » ou pas) à Paris et sa proche banlieue (base 1982) a eu lieu le 4 septembre 2010 : Mz = 1,9.

 Scales
While earthquake intensity scales have existed since the late 19th century, it was in 1935 that the Richter magnitude, which measures radiated seismic energy, was first used to assess earthquake intensity. Imprecise and outdated, this scale, developed by Charles Richter, was specific to California earthquakes.

Today, two types of scale are used: scales founded on observation of effects and consequences (in terms of damage) in a given location, and magnitude scales.

The magnitude is a logarithmic representation of the seismic moment (Mw), itself derived from a measure of the energy released by an earthquake and deduced from the amplitude of specific seismic waves at specific distances. In other words, magnitude is a number representing the energy transported and released. Various methods have been developed to determine the moment magnitude (Mw). From Mw = 3.5 onwards, each additional unit on this scale indicates that 30 times more energy has been released. To get the magnitude of an earthquake, skilful calculations are made using data collected by seismographs.

The range and descriptions used in the effects and consequences scales may be specific to a country or group of countries. In France and Europe, the European Macroseismic Scale (EMS-98) is used. In the USA, the conventional scale is the Modified Mercalli Scale (MM or MMI). Other countries use the Medvedev-Sponheuer-Karmik scale (MSK-64). With 12 levels each, these three scales are quite similar. In Japan, the reference is the Shindo scale, with 7 levels in which instrumental intensity measurements are reported.

A scale of effects and consequences has very little to do with a magnitude scale. The strongest earthquake ever observed on a magnitude scale (9.5 - Chile in 1964) was less damaging than the Kobe earthquake (6.9 - Japan in 1995). Indeed, the effects and consequences of an earthquake of a given magnitude whose focus is close to the earth's surface and in a densely populated area can be greater than those of an earthquake of greater magnitude, but whose focus is located deeper in a less populated area.

In mainland France, on June 17, 2023, an earthquake of magnitude 5.3 and intensity VI (EMS-98), epicentered in the Deux-Sèvres département, damaged almost 5,000 buildings.

In the area around Brest (Brittany), there have been 50 earthquakes (base 1987), ranging in magnitude from 1.4 for the weakest to 3.8 for the strongest.

The strongest earthquake ("felt" or not) in Paris and its inner suburbs (base 1982) occurred on September 4, 2010: Mz = 1.9.

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 Trafic ferroviaire et vibrations
Le passage d'un train sur une voie ferrée induit des vibrations dans la voie, les structures sous-jacentes (ex : ballast, pont) et le sol. Ces vibrations correspondent à de l’énergie transportées et libérées par des ondes, dont le mécanisme est semblable à celle impliquées lors d’un séisme.

Le comportement dynamique du sol, des structures et du train sont influencé par de nombreux facteurs. La longueur, la masse ainsi que rigidité des structures ou de leurs éléments individuels, tout comme les caractéristiques des véhicules (masses, rigidité des ressorts, vitesse de déplacement, etc.), les irrégularités des voies ainsi que la nature du sol en sont les paramètres principaux.

La rigidité d’une structure métallique influence la transmission des vibrations. Lorsque les vibrations atteignent une section différente d’une structure, comme un changement de géométrie ou une connexion entre des éléments en métal et en maçonnerie d’un pont par exemple, elles peuvent être partiellement réfractées. Les vibrations peuvent être partiellement absorbées par les appuis en maçonnerie, telles que les piles de pont et les fondations. Ces éléments présentent une certaine capacité d'amortissement naturel qui peut réduire l'amplitude des vibrations transmises.

 Rail traffic and vibrations
The moving of a train over a track induces vibrations in the track, the underlying structures (e.g. ballast, bridge) and the ground. These vibrations are similar to the effects of an earthquake, and correspond to energy transported and released by waves.

The dynamic behavior of the ground, the structures and the train is influenced by a number of factors. The length, mass and rigidity of structures or their individual components, as well as vehicle characteristics (mass, spring stiffness, speed of motion, etc.), track irregularities and the type of soil are the main parameters.

The stiffness of a metal structure influences the transmission of vibrations. When vibrations reach a different section of a structure, such as a change in geometry or a connection between metal and masonry elements of a bridge, for example, they can be partially refracted. Vibrations can also be partially absorbed by masonry supports, such as bridge piers and foundations. These elements have a certain natural damping capacity, which can reduce the amplitude of transmitted vibrations.

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 Accéléromètres et gyroscopes d’un téléphone
Les accéléromètres détectent l’orientation du téléphone mais aussi sa mise en mouvement : c’est grâce à eux que l’écran pivote quand vous tenez le téléphone horizontalement, que le téléphone calcule le nombre de pas ou que l’appareil photo peut stabiliser l’image. Un capteur gyroscopique est un dispositif détectant la vitesse angulaire, qui est le changement d'angle de rotation par unité de temps. Quand les accéléromètres mesurent les mouvements de translation, les gyroscopes mesurent les mouvements de rotation. Depuis plus de 10 ans, tous les téléphones sont équipés de ces capteurs. Les téléphones récents disposent sans doute de capteurs plus performants.

Phone accelerometers and gyroscopes
The accelerometers detect the phone's orientation, as well as its movement: thanks to them, the screen rotates when you hold the phone horizontally, the phone calculates the number of steps, or the camera can stabilize the image. The gyroscopic sensor is a device that detects angular velocity, which is the change in angle of rotation per unit of time. Where accelerometers measure translational movements, gyroscopes measure rotational movements. All phones have been equipped with these sensors for over 10 years. The latest phones undoubtedly feature more powerful sensors.

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 Applications sur le thème des séismes
Que ce soit pour les systèmes iOS ou Androïd, il existe de nombreuses applications ayant pour thème les séismes. Il peut s’agir d’applications exploitant des données sismiques mondiales (en temps différé) et représentées sur des cartes, des applications d’alerte sismique, des applications de type sismomètre, etc.

Afin de traiter correctement cette cache, il vous faudra installer une application qui va convertir les mouvements de votre téléphone en données qui puissent s’inscrire dans une échelle d’intensité sismique. Pour les systèmes iOS, l’agence de météorologie japonaise (JMA) a développé iShindo qui restitue et convertit ces données pour l’échelle Shindo ou pour l’échelle de Mercalli modifiée (MMI). Malheureusement, cette application n’est pas disponible pour les systèmes Androïd, mais vous pouvez néanmoins en trouver une qui conviendra (comme par exemple Vibration Meter).

 Earthquake apps
Whether for iOS or Android systems, there are many earthquake-themed applications. These include applications that use global seismic data (in delayed time) and display it on maps, seismic alert applications, seismometer-type applications, etc.

To process this cache correctly, you'll need to install an application that converts your phone's movements into data that can be fitted into a seismic intensity scale. For iOS systems, the Japanese Meteorological Agency (JMA) has developed iShindo, which converts these data into the Shindo scale or the Modified Mercalli Scale (MMI). Unfortunately, this application is not available for Android systems, but you can still find a suitable one (such as Vibration Meter).

Références – References

M'informer sur les séismes
Les ondes sismiques
Modified Mercalli intensity scale
Échelle de Mercalli
BCSF RENASS
Metamaterial approach to mitigate ground-borne vibrations induced by moving trains
Modélisation des vibrations d’origine ferroviaire transmises aux bâtiments par le sol – Pierre Ropars.

 Muni de votre téléphone avec une application qui permet de mesurer l’intensité d’un séisme (où des mouvements d’un téléphone), vous allez faire des relevés dans 2 endroits comme indiqués sur la photo ci-dessous.

Posez votre téléphone sur le sol ou sur le parapet (zone A) et lancez l’application. Ne touchez plus au téléphone et laissez les valeurs apparaître. Il est à noter qu’il vous faudra au préalable modifier/supprimer le délai de sa mise en veille. Les effets ressentis ainsi que valeurs relevées seront plus élevées lorsque la rame arrive du 16^ème arrondissement (Nord) pour s’arrêter à la station Bir-Hakem qu’inversement. Dans les mêmes conditions, vous ferez des relevés en ayant posé le téléphone sur l’ouvrage en maçonnerie (zone B).

 Using your phone and an application that measures earthquake intensity (or phone movement), you'll take measurements in 2 locations, as shown in the photo below.

Place your phone on the ground or on the parapet (zone A) and launch the application. Don't touch the phone again, and let the values appear. Please note that you will need to adjust the sleep timer before starting the application. The effects felt and values recorded will be higher when the train is coming from the 16th arrondissement (North) to stop at Bir-Hakem station than vice versa. Under the same conditions, you can take measurements with the telephone on the masonry structure (zone B).

 Travail à effectuer

1. Avant, pendant et après le passage de la rame et debout le long du parapet métallique, que ressentez vous ? En vous servant des descriptions données par l’échelle MMI, quel est le degré d’intensité des effets que vous avez ressentis?
2. Quelle est le degré maximal d’intensité (en chiffres romains) renvoyé par l’application à cet endroit? Est-il conforme à votre choix ?
3. Avant, pendant et après le passage de la rame et debout le long de l’ouvrage en maçonnerie, que ressentez vous ? En vous servant des descriptions données par l’échelle MMI, quel est le degré d’intensité des effets que vous avez ressentis.
4. Quelle est la valeur maximale renvoyée par l’application à cet endroit ? Est-il conforme à votre choix ?
5. Si elles existent, comment expliqueriez-vous les différences entre dans les deux endroits (effets ressentis et valeurs affichées par votre téléphone) ?
6. Une photo de vous, ou d’un objet caractéristique vous appartenant, prise dans les environs immédiats (pas de photo « d’archive » svp) est à joindre soit en commentaire, soit avec vos réponses. Conformément aux directives mises à jour par GC HQ et publiées en juin 2019, des photos peuvent être exigées pour la validation d’une earthcache.

Marquez cette cache « Trouvée » et envoyez-nous vos propositions de réponses en précisant bien le nom de la cache, soit via notre profil, soit via la messagerie geocaching.com (centre de messagerie) et nous vous répondrons en cas de problème. « Trouvée » sans réponses sera supprimée.

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 Homework

1. Before, during and after the arrival of the train and standing along the metal parapet, how did you feel? Using the descriptions given on the MMI scale, what is the level of intensity of the effects you felt?
2. What is the highest intensity level (in Roman numerals) displayed by the application at this point? Is it in line with your choice?
3. Before, during and after the arrival of the train, and standing along the masonry, what do you feel? Using the descriptions given on the MMI scale, what is the degree of intensity of the effects you felt?
4. What is the highest inensity level displayed by the application at this point? Is it in line with your choice?
5. If they exist, how would you explain the differences between the two locations (effects felt and values displayed by your phone)?
6. A picture of yourself, or of a characteristic object belonging to you, taken in the immediate surrondings (no "archive" photos please) is to be attached either as a comment or with your answers. In accordance with guidelines updated by GC HQ and published in June 2019, photos may be required for validation of an earthcache.

Log this cache "Found it", and send us your answers, don't forget to mention the name of the cache, via our profile or via geocaching.com (Message Center) and we will contact you in case of any problemes. "Found it" without the anwers will be deleted.