Des chercheurs de l'EPFL et de l'Ecole Normale Supérieure de Paris ont découvert que la présence de fluide sous pression dans la roche environnante peut réduire l'intensité des tremblements de terre déclenchés par les activités humaines souterraines comme la production d'énergie géothermique.

Environ 100, 000 tremblements de terre sont enregistrés dans le monde chaque année, mais tous ne sont pas d'origine naturelle. Certains des plus faibles sont déclenchés par l'activité humaine souterraine - c'est ce qu'on appelle la sismicité induite. Des chercheurs du Laboratoire de mécanique expérimentale des roches (LEMR) de l'EPFL et de l'École normale supérieure de Paris viennent de terminer une étude sur le rôle des fluides dans la propagation des séismes induits afin d'en décrypter les mécanismes sous-jacents. Leurs découvertes incluent la découverte extrêmement contre-intuitive que l'eau fortement pressurisée à proximité d'un tremblement de terre a tendance à limiter - plutôt qu'augmenter - son intensité. Ces résultats ont été publiés aujourd'hui dans Communication Nature .

Les tremblements de terre induits peuvent être le résultat d'activités comme l'exploitation minière, extraction de gaz et de pétrole, stockage de déchets toxiques ou de CO2, et la construction de tunnels et de barrages-réservoirs. La production d'énergie géothermique est une autre source potentielle de séismes induits – et la principale en Suisse. Selon le Service sismologique suisse, un projet géothermique près de Bâle a provoqué un séisme de magnitude 3,4 en 2006, et un à Saint-Gall a déclenché un tremblement de magnitude 3,5 en 2013.

L'énergie géothermique est captée en puisant dans la chaleur souterraine. De l'eau sous haute pression est pompée dans la croûte terrestre à une profondeur comprise entre deux et quatre kilomètres. L'eau est ensuite récupérée sous forme de vapeur et utilisée pour entraîner une turbine de production d'électricité. « L'injection d'eau peut affecter les équilibres eau-roche et perturber les failles voisines, déclenchant ainsi des tremblements de terre dans la région, " dit Marie Violay, qui dirige LEMR.

Ce type de tremblement de terre est une épine dans le pied des partisans de la géothermie, note Mateo Acosta, un doctorat étudiant au LEMR et auteur principal de l'étude :« Ces séismes peuvent être de faible intensité, mais ils peuvent causer des dommages et affecter l'opinion publique - au point de faire dérailler des projets. »

Absorption de chaleur

Acosta a effectué des tests dans lesquels il a cherché à reproduire les conditions sismiques afin d'étudier l'impact de différents niveaux de pression des eaux souterraines sur la dynamique des failles. Il s'est principalement concentré sur la propagation des tremblements de terre, c'est-à-dire lorsque les deux plaques en défaut frottent l'une contre l'autre, envoyer des ondes sismiques dans les environs.

"Le frottement des roches génère une quantité importante de chaleur, ce qui alimente encore l'effet de propagation, " dit le doctorant. " Une partie de cette chaleur est absorbée par l'eau dans la roche environnante, et la quantité absorbée dépend dans une large mesure des paramètres thermodynamiques de l'eau. Ce que nous avons appris de nos expériences, c'est que plus la pression initiale du fluide est proche de la pression critique de l'eau, plus le tremblement de terre sera faible."

"Cette recherche montre que la pression initiale du fluide dans les roches est cruciale, surtout à des profondeurs couramment atteintes par les activités géothermiques. Les modèles géothermiques doivent en tenir compte, " dit François-Xavier Passelègue, un chercheur du LEMR et le deuxième auteur de l'étude.

Le laboratoire a récemment fait l'acquisition d'équipements sophistiqués permettant de simuler des niveaux de pression et de température à une profondeur de 10 à 15 kilomètres dans la croûte terrestre. Les chercheurs prévoient d'utiliser cet équipement pour mesurer plus précisément l'impact des eaux souterraines sur l'intensité des séismes.