Les eaux usées créées lors de la production de pétrole et de gaz et éliminées par injection profonde dans les couches rocheuses sous-jacentes sont la cause probable d'une augmentation des tremblements de terre dans le sud du Kansas depuis 2013, un nouveau rapport dans le Bulletin de la Société sismologique d'Amérique conclut.

Jusqu'en 2013, les tremblements de terre étaient presque inconnus dans les comtés de Harper et Sumner, le site de la récente production intensive de pétrole et de gaz. Mais entre 2013 et 2016, 127 tremblements de terre de magnitude 3 ou plus se sont produits au Kansas, dont 115 ont eu lieu dans les comtés de Harper et Sumner. Avant 1973, aucun tremblement de terre ressenti n'a été signalé dans la région, et un seul séisme de magnitude 2,0 entre 1973 et 2012.

En utilisant les données recueillies par un réseau de stations sismiques installées par l'U.S. Geological Survey, le chercheur principal Justin Rubinstein et ses collègues ont analysé 6, 845 tremblements de terre survenus dans les comtés entre mars 2014 et décembre 2016.

Ils ont constaté que la hausse spectaculaire de la sismicité était corrélée dans le temps et l'emplacement avec l'augmentation de l'élimination des eaux usées qui a commencé en 2012 et que les diminutions de la sismicité pendant cette période correspondaient également à des diminutions des taux d'élimination.

Entre 1974 et 2012, il n'y a eu aucun séisme de magnitude 4 ou plus dans la zone d'étude. Entre 2012 et 2016, six de ces tremblements de terre se sont produits. « La probabilité que ce changement de taux se produise de manière aléatoire est d'environ 0,16 %, " Rubinstein et ses collègues écrivent dans l'étude BSSA.

Le Kansas a eu le deuxième taux de tremblement de terre le plus élevé à l'échelle de l'État du centre des États-Unis entre 2013 et 2016, venant derrière l'Oklahoma, où une augmentation dramatique similaire de la sismicité a également été liée à l'injection d'eaux usées.

Dans la zone d'étude du sud du Kansas, l'injection d'eaux usées a fortement diminué en 2015, passant d'une moyenne de 5 millions de barils par mois de juillet à décembre 2014 à 3,8 millions de barils par mois en mars 2015. Cette diminution était probablement due en partie à une baisse de la production de pétrole et de gaz, les prix de ces matières premières ayant baissé, les chercheurs ont dit, notant que le prix du baril de pétrole a baissé de moitié entre août 2014 et janvier 2015.

Pendant le même temps, la Kansas Corporation Commission a élaboré des règles pour limiter l'injection d'eaux usées dans la zone d'étude, les règles entreront pleinement en vigueur en juillet 2015. Depuis lors, l'injection d'eaux usées dans la zone d'étude a chuté de près de 50 pour cent.

Il y a une diminution correspondante de la sismicité en 2015, mais Rubinstein a déclaré qu'il est difficile de dire dans quelle mesure les changements économiques ou les nouvelles réglementations ont contribué à cette tendance. "Nous ne pouvons pas le démêler complètement. Mais il ne fait aucun doute que l'économie joue un rôle ici, car l'injection a commencé à baisser avant la mise en place des nouvelles règles. "

« Il semble certainement probable que la réglementation ait un effet, " il a dit, "mais nous aurions besoin de parler à des opérateurs individuels [de pétrole et de gaz] pour déterminer l'étendue de cet effet."

Les chercheurs disent que les fluides injectés dans le sous-sol rocheux cristallin sous les sites pétroliers et gaziers du Kansas ont augmenté les pressions dans les pores de la roche et réduit la friction le long des failles pour déclencher ces tremblements de terre induits. Tous les sites d'injection d'eaux usées ne sont pas associés à des tremblements de terre, a noté Rubinstein. Dans certains cas, les pressions des fluides peuvent ne pas atteindre les profondeurs où se produisent les tremblements de terre, ou il peut y avoir certains endroits dans le sous-sol rocheux qui sont plus sensibles que d'autres aux effets des fluides.

Il est également difficile de savoir combien de temps ces contraintes pourraient continuer à produire des tremblements de terre, il ajouta. Sismicité liée à un puits d'injection à Youngstown, Ohio en 2013 n'a duré que quelques semaines, tandis que l'injection de fluide à Rocky Mountain Arsenal dans le Colorado s'est arrêtée en 1966, mais une sismicité importante s'est poursuivie dans la région jusqu'aux années 1980.

"Il est difficile de dire combien de temps cela va durer étant donné que ce que nous observons au Kansas est un taux d'injection beaucoup plus élevé que dans les endroits où la sismicité a ralenti rapidement, et beaucoup, bien d'autres puits, " dit Rubinstein. " S'ils coupent toutes les injections, la décomposition pourrait encore prendre des années, simplement parce qu'il y a eu un changement si dramatique dans le champ de pression régional."

Rubinstein continuera à travailler au Kansas pour en savoir plus sur la capacité des sismologues à voir systématiquement les pré-chocs et les essaims de tremblements de terre dans les enregistrements sismiques. "Nous avons un réseau incroyable là-bas, et l'un des cas les mieux documentés de sismicité induite avec des données sismiques accessibles au public, " il a dit.