Comprendre comment les fluides se comportent sous terre pour empêcher les séismes induits par l’homme

Tous les tremblements de terre ne sont pas déclenchés par la nature. Certains d’entre eux sont le résultat de l’activité humaine. Les séismes induits peuvent être déclenchés par des activités liées à l’injection ou l’extraction de gaz ou de fluides de la croûte terrestre, par la construction de réservoirs d’eau et par l’extraction minière. De telles activités modifient le champ local des contraintes au niveau de la croûte terrestre et déstabilisent les failles géologiques. Même si les tremblements de terre provoqués par l’activité humaine sont généralement de faible intensité, ils se produisent parfois dans des zones non sismiques où les populations et les constructions ne sont pas forcément préparées aux séismes. Le docteur Georgios Michas concentre ses recherches sur les séismes induits par injections de fluides. En partant du constat que ce phénomène n’est généralement pas pris en compte dans l’évaluation des risques sismiques, le docteur Michas a pour objectif de concevoir un outil de modélisation qui permettra de comprendre comment les fluides se comportent sous terre de façon à empêcher les pratiques potentiellement dangereuses.

Les séismes auxquels s’intéressent le docteur Georgios Michas sont causés par l’injection de fluides sous pression dans le sol, par exemple dans le contexte d’opérations de géothermie ou d’extraction de pétrole et de gaz, notamment à cause du stockage souterrain d’eaux usées ou de méthodes telles que la fracturation hydraulique. Ils peuvent également être causés par la pression exercée par l’eau stockée dans des barrages hydrauliques. Quand de grands volumes d’eau sont injectés dans le sol, une partie peut s’infiltrer dans des failles actives et perturber les forces naturelles qui maintiennent les roches immobiles. Ce phénomène peut causer un glissement soudain, libérant de l’énergie et déclenchant un éventuel tremblement de terre. « Les fluides sous pression peuvent se comporter comme des lubrifiants, facilitant un glissement de la faille », explique le docteur Georgios Michas. « Les dynamiques impliquées sont très complexes », dit-il. « Par exemple, l’injection de fluide peut être responsable de tremblements de terre à des distances considérables de l’endroit où l’injection a eu lieu et longtemps après. Cela peut prendre des jours, des mois, et mêmes des années ».

Élucider les mécanismes physiques liés à l’injection de fluides dans un sol hétérogène.

Pour comprendre précisément ce qu’il se passe sous nos pieds quand des fluides sont injectés dans le sous-sol, le docteur Georgios Michas veut clarifier les processus physiques liés à la diffusion de la pression interstitielle – un terme qui désigne la pression exercée par des fluides sur un point donné du sol –, dans un sol hétérogène. Pour parvenir à son objectif, le docteur Michas va mener des expériences en laboratoire qui consisteront à soumettre des échantillons de roche à la fracturation hydraulique. Il observera ensuite la manière dont la pression interstitielle se propage à l’intérieur de l’échantillon en enregistrant les émissions acoustiques produites. Il s’intéressera également à la manière dont la roche se fracture en présence de fluide sous pression. L’étape suivante sera de comparer les observations obtenues avec des cas bien réels de séismes induits par injections de fluide pour lesquels des données existent. Enfin, le docteur Michas rassemblera ses résultats dans un modèle théorique imitant la manière dont la pression interstitielle se propage dans l’espace et le temps.

Depuis 2009, une hausse significative du nombre de tremblements de terre a été enregistrée dans le centre des États-Unis. La Commission géologique des États-Unis attribue ce phénomène inquiétant au stockage souterrain d’eaux usées issues d’opération d’extraction de pétrole et de gaz dans des puits d’évacuation très profonds. « La situation pousse le gouvernement américain à changer la législation dans le domaine de l’extraction de pétrole », raconte le docteur Michas. « Cet exemple montre pourquoi il est important de savoir où les injections de fluides peuvent avoir lieu sans risque, et où cela peut être très dangereux ». Même si les séismes induits par l’activité humaine ne dépassent généralement pas 4 ou 5 sur l’échelle de Richter, quelques-uns ont atteint une intensité de 6 ou 7. En 1967, par exemple, le tremblement de terre meurtrier de Koynanagar en Inde, provoqué par la mise en eau d’un barrage, mesurait 6,5. Les recherches du docteur Georgios Michas ont pour objectif de fournir un outil de modélisation capable de prédire la manière dont les fluides se comportent dans la croûte terrestre. Le but ultime est d’éviter les éventuelles conséquences dévastatrices de séismes déclenchés par l’homme.