Les tremblements de terre d'origine humaine en Oklahoma, ETATS-UNIS, sont fortement liées à la profondeur à laquelle les eaux usées de l'industrie pétrolière et gazière sont injectées dans le sol, selon une nouvelle étude menée par l'Université de Bristol.

L'Oklahoma a été un point chaud sismique au cours de la dernière décennie, avec le nombre de séismes destructeurs, dont le séisme de magnitude 5,8 de Pawnee en 2016, ayant un impact régulier sur la vie des habitants, menant à des litiges contre les exploitants de puits.

L'homme fait, ou induit, les tremblements de terre présentent un risque accru pour les infrastructures critiques telles qu'une importante installation commerciale de stockage de pétrole à Cushing, ce qui en fait une menace pour la sécurité nationale.

Le lien entre la « sismicité » - la fréquence des tremblements de terre - et l'injection de fluide en profondeur dans les formations rocheuses souterraines est bien établi, mais les scientifiques, créateurs de politiques, et l'industrie pétrolière et gazière a été déconcertée par l'augmentation sans précédent de l'activité sismique. À son apogée, le nombre annuel de tremblements de terre en Oklahoma a été multiplié par environ 800 depuis 2011.

Les exploitants de puits de l'Oklahoma ont injecté en moyenne 2,3 milliards de barils de fluides par an dans le sol depuis 2011. Les eaux usées sont généralement évacuées à des profondeurs de un à deux km sous la surface du sol, bien en deçà du niveau des réserves d'eau douce souterraine. Aussi, l'eau salée est injectée en profondeur pour permettre la récupération du pétrole et du gaz.

Maintenant une étude majeure de l'Université de Bristol et impliquant l'Université de Southampton, Université de technologie et de ressources pour l'avenir de Delft, publié aujourd'hui dans la revue Science , montre de façon concluante que la sismicité de l'Oklahoma est fortement liée à la profondeur d'injection de fluide.

Auteur principal de l'étude, Dr Théa Hincks, Associé de recherche principal à l'École des sciences de la Terre de l'Université de Bristol, a déclaré :« Notre nouveau cadre de modélisation fournit un une base probante pour gérer une réduction substantielle de la sismicité induite en Oklahoma, avec de vastes possibilités d'application ailleurs dans le monde. Cela marque un pas en avant dans la compréhension de l'évolution de la sismicité dans la région de l'Oklahoma."

À l'aide d'un puissant modèle informatique intégrant des enregistrements de puits d'injection et des données sismiques de l'US Geological Survey, l'équipe a examiné les liens entre le volume d'injection, profondeur, et l'emplacement, ainsi que des caractéristiques géologiques, sur une période de six ans.

L'étude a utilisé un nouveau logiciel innovant, Uninet, qui a été développé par le groupe du professeur Roger Cooke, co-auteur, à l'Université de technologie de Delft et est disponible gratuitement pour les utilisateurs universitaires de LightTwist Software. Uninet a déjà été utilisé pour développer des modèles de risque causal pour l'industrie aéronautique.

L'équipe a constaté que les effets conjoints de la profondeur et du volume sont critiques, et ce volume d'injection devient plus influent - et plus susceptible de provoquer des tremblements de terre - aux profondeurs où les roches sédimentaires en couches rencontrent les roches cristallines du socle. En effet, des puits plus profonds permettent un accès plus facile aux fluides dans les roches du socle fracturées qui sont beaucoup plus sujettes aux tremblements de terre.

Dr Tom Gernon, Professeur agrégé en sciences de la Terre à l'Université de Southampton, et co-auteur de l'étude, a déclaré:"Les causes sous-jacentes des tremblements de terre induits en Oklahoma sont un problème ouvert et complexe, notamment parce qu'il y en a plus de 10, 000 puits d'injection, avec de nombreux opérateurs et caractéristiques de fonctionnement différents, le tout dans une zone de géologie complexe.

"Grâce à un modèle innovant capable d'analyser des ensembles de données volumineux et complexes, notre étude établit pour la première fois un lien clair entre la sismicité et la profondeur d'injection de fluide."

L'étude montre également comment augmenter la profondeur des puits d'injection au-dessus des roches du socle dans des zones clés pourrait réduire considérablement l'énergie annuelle libérée par les tremblements de terre, réduisant ainsi les probabilités relatives de tremblements de terre destructeurs. Les interventions réglementaires actuelles incluent l'obligation pour les opérateurs de réduire l'injection ou d'élever les puits au-dessus du sous-sol, souvent d'un montant non précisé.

Professeur Willy Aspinall, de l'Université de Bristol et Aspinall &Associates, qui a conçu l'étude, a ajouté :« Cette nouvelle découverte diagnostique a des implications potentielles pour les scientifiques, les régulateurs et les autorités civiles préoccupés par la sismicité induite, tant aux États-Unis qu'à l'étranger. La recherche répond à un besoin croissant d'une compréhension plus large de la façon dont le fonctionnement, les paramètres spatiaux et géologiques se combinent pour influencer le risque sismique induit.

« Notre analyse permet d'évaluer les actions réglementaires de manière rationnelle, base quantitative en termes d'effets sismiques.