Dans un travail qui offre un aperçu de l'ampleur des risques posés par les failles sismiques en général, les sismologues ont développé un modèle pour déterminer la taille d'un tremblement de terre qui pourrait être déclenché par l'injection souterraine de fluides produits comme sous-produit de la fracturation hydraulique.

Fracturation hydraulique, ou "fracking, " est une procédure d'extraction de pétrole dans laquelle des millions de gallons d'eau (ainsi que du sable et des produits chimiques) sont injectés profondément dans des lits de schiste souterrains pour fissurer la roche et libérer du gaz naturel et du pétrole. Selon le United States Geological Survey, la fracturation hydraulique elle-même ne déclenche généralement pas de tremblements de terre. Au lieu, le risque accru de sismicité est plus fortement lié à l'injection ultérieure des eaux usées provenant de la fracturation hydraulique et d'autres procédés d'extraction de pétrole dans des puits d'élimination massifs situés à des milliers de pieds sous terre.

Des tentatives antérieures pour modéliser la relation entre l'injection d'eaux usées et le déclenchement de séismes suggéraient que la magnitude maximale de l'activité sismique ainsi induite serait proportionnelle au volume des fluides injectés. Cependant, cette interprétation ne tient pas compte du fait que les tremblements de terre peuvent se développer au-delà de la zone touchée par la pression du fluide, dit Jean Paul Ampuero, professeur de sismologie à Caltech et co-auteur d'une nouvelle étude sur le sujet publiée dans la revue Avancées scientifiques le 20 décembre.

Combinant théorie et simulations informatiques de ruptures sismiques dynamiques, Ampuero et ses collègues ont développé un modèle qui explique comment la taille des tremblements de terre induits par injection dépend non seulement du volume de fluide injecté, mais aussi de l'énergie stockée sur les failles voisines. Le résultat est un modèle qui quantifie la distance qu'un séisme peut se propager au-delà d'un site d'injection, qui à son tour prédit la magnitude maximale d'un événement sismique induit.

« Les séismes induits par les activités humaines impliquant des injections souterraines de fluides ou de gaz sont une préoccupation croissante, un danger qui doit être maîtrisé afin de développer un avenir énergétique plus sûr et plus propre, " dit Ampuero.

Cette sismicité induite a fait l'objet d'importantes recherches ces dernières années et attire également des chercheurs qui, comme Ampuero, sont principalement intéressés à démêler la physique des tremblements de terre naturels. "C'est peut-être l'expérience la plus proche jamais réalisée par les chercheurs pour une expérience de tremblement de terre contrôlé à grande échelle, " dit Ampuero. Pour le nouveau travail, Ampuero s'est associé à Martin Galis, chercheur postdoctoral à l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST) en Arabie saoudite.

Il est important de noter que le nouveau modèle ne prédit que la magnitude maximale possible d'un séisme plutôt que la magnitude réelle du séisme, disent les chercheurs. Il définit des limites supérieures basées sur la quantité d'énergie accumulée dans la croûte terrestre avant l'injection de fluide.

Le nouveau modèle offre un aperçu des séismes naturels, créer un cadre pour comprendre ce qui provoque l'arrêt des tremblements de terre. Les tremblements de terre peuvent être déclenchés par la pression et les perturbations causées par l'injection de fluide, mais ils peuvent s'étendre au-delà de la zone immédiatement impactée par l'injection d'eaux usées en puisant dans l'énergie tectonique déjà stockée à proximité. Comme c'est le cas pour la sismicité induite, les tremblements de terre naturels peuvent commencer dans de petites zones de la croûte terrestre où cette énergie est concentrée. Leur taille est déterminée par la quantité d'énergie dans les régions environnantes.

L'article s'intitule "La sismicité induite donne un aperçu des raisons pour lesquelles les ruptures sismiques s'arrêtent". Les co-auteurs d'Ampuero et Galis incluent Paul Martin Mai de KAUST et Frédéric Cappa de l'Université Côte d'Azur à Nice et de l'Institut Universitaire de France à Paris. Le financement provient de la National Science Foundation, KAUST, et l'Agence nationale de la recherche en France.

Il s'agit de la deuxième étude réalisée ce mois-ci par Ampuero qui offre un nouvel aperçu de la science des tremblements de terre. Le 1er décembre Ampuero et ses collègues du Centre national de la recherche scientifique à Paris ont découvert qu'il est possible d'observer des perturbations dans le champ gravitationnel de la Terre presque instantanément après un tremblement de terre, augmenter le potentiel d'utilisation de ces perturbations dans le cadre d'un système d'alerte précoce. (Ces perturbations voyagent à la vitesse de la lumière, tandis que les ondes sismiques les plus rapides d'un séisme se propagent à plusieurs kilomètres par seconde, ce qui signifie que la surveillance des perturbations pourrait potentiellement améliorer les systèmes d'alerte précoce existants de quelques secondes, voire quelques minutes.)

Ampuero et ses collègues ont découvert que les sismomètres en Chine et en Corée du Sud ont détecté des perturbations dans le champ gravitationnel de la Terre lors du tremblement de terre de 9,1 de Tohoku au Japon en 2011 via des signaux apparaissant sous la forme de minuscules accélérations sur les sismomètres plus d'une minute avant que le sol sous les sismomètres ne commence à secouer.