Un après-midi de novembre 2017, un séisme de magnitude 5,5 a secoué Pohang, Corée du Sud, blessant des dizaines et forçant plus de 1, 700 des habitants de la ville dans des logements d'urgence. La recherche montre maintenant que le développement d'un projet d'énergie géothermique porte le blâme.

"Il n'y a pas de doute, " a déclaré le géophysicien de Stanford William Ellsworth. " Habituellement, nous ne disons pas cela en science, mais dans ce cas, les preuves sont accablantes." Ellsworth fait partie d'un groupe de scientifiques, dont Kang-Kun Lee de l'Université nationale de Séoul, qui a publié un article de perspective le 24 mai dans Science tirant les leçons de l'échec de Pohang.

Le tremblement de terre de Pohang est de loin le plus important jamais lié directement au développement de ce qu'on appelle un système géothermique amélioré, ce qui implique généralement de forcer l'ouverture de nouvelles voies souterraines pour que la chaleur de la Terre atteigne la surface et génère de l'électricité. Et cela arrive à un moment où la technologie pourrait fournir une stabilité, complément omniprésent à l'énergie éolienne et solaire plus capricieuse alors qu'un nombre croissant de nations et d'États américains poussent à développer des sources d'énergie à faible émission de carbone. Selon certaines estimations, cela pourrait représenter jusqu'à 10 % de la capacité électrique actuelle des États-Unis. Comprendre ce qui n'a pas fonctionné à Pohang pourrait permettre à d'autres régions de développer de manière plus sûre cette source d'énergie prometteuse.

Les ressources géothermiques conventionnelles produisent de l'électricité depuis des décennies dans des endroits où la chaleur et l'eau du sous-sol profond peuvent jaillir à travers des roches naturellement perméables. A Pohang, comme dans d'autres projets géothermiques améliorés, des injections ont ouvert des roches imperméables pour créer des conduits pour la chaleur de la Terre qui resteraient autrement inaccessibles pour produire de l'électricité.

"Nous avons compris depuis un demi-siècle que ce processus de pompage de la Terre à haute pression peut provoquer des tremblements de terre, " dit Ellsworth, qui co-dirige le Stanford Center for Induced and Triggered Seismicity et est professeur à la School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth).

Ici, Ellsworth explique ce qui a échoué à Pohang et comment leur analyse pourrait aider à réduire les risques non seulement pour la prochaine génération de centrales géothermiques, mais aussi des projets de fracturation qui reposent sur une technologie similaire. Il explique également pourquoi, malgré ces risques, il croit toujours que la géothermie améliorée peut jouer un rôle dans la fourniture d'énergie renouvelable.

Comment fonctionne la géothermie améliorée ?

L'objectif d'un système géothermique amélioré est de créer un réseau de fractures dans la roche chaude qui est autrement trop imperméable pour que l'eau puisse y circuler. Si vous pouvez créer ce réseau de fractures, alors vous pouvez utiliser deux puits pour créer un échangeur de chaleur. Vous pompez de l'eau froide vers le bas, la Terre le réchauffe, et vous extrayez de l'eau chaude à l'autre extrémité.

Les opérateurs forant un puits géothermique le recouvrent d'un tube en acier utilisant le même procédé et la même technologie que ceux utilisés pour construire un puits de pétrole. Une section de roche nue est laissée ouverte au fond du puits. Ils pompent de l'eau dans le puits à haute pression, forcer l'ouverture des fractures existantes ou en créer de nouvelles.

Parfois, ces minuscules fractures provoquent de minuscules petits tremblements de terre. Le problème, c'est quand les tremblements de terre deviennent trop importants.

Ce qui a conduit au grand tremblement de terre à Pohang, Corée du Sud?

Lorsqu'ils ont commencé à injecter des fluides à haute pression, un puits a produit un réseau de fractures comme prévu. Mais l'eau injectée dans l'autre puits a commencé à activer une faille jusqu'alors inconnue qui a traversé le puits.

La pression migrant dans la zone de faille a réduit les forces qui rendraient normalement difficile le déplacement de la faille. De petits tremblements de terre ont persisté pendant des semaines après que les opérateurs ont arrêté les pompes ou réduit la pression. Et les tremblements de terre ne cessaient de s'amplifier au fil du temps.

Cela aurait dû être reconnu comme un signe qu'il ne faudrait pas un très gros coup de pied pour déclencher un fort tremblement de terre. C'était un endroit particulièrement dangereux. La pression des injections de fluide a fini par donner le coup de pied.

Quelles sont les méthodes actuelles pour surveiller et minimiser la menace de séismes liés à l'injection de fluide pour les projets géothermiques ou d'autres types d'énergie ?

Les autorités civiles du monde entier ne veulent généralement pas que le forage et l'injection provoquent des tremblements de terre suffisamment importants pour déranger les gens. En pratique, les autorités et les foreurs ont tendance à se concentrer davantage sur la prévention des petits tremblements de terre qui peuvent être ressentis plutôt que sur l'évitement de l'événement beaucoup moins probable d'un tremblement de terre suffisamment fort pour causer de graves dommages.

Avec ça en tête, de nombreux projets sont gérés à l'aide d'un système dit de feux de circulation. Tant que les tremblements de terre sont petits, alors vous avez un feu vert et vous allez de l'avant. Si les tremblements de terre commencent à prendre de l'ampleur, puis vous ajustez les opérations. Et s'ils deviennent trop gros alors tu t'arrêtes, au moins temporairement. C'est le feu rouge.

Beaucoup de géothermie, les projets pétroliers et gaziers ont également été guidés par une hypothèse selon laquelle tant que vous ne mettez pas plus d'un certain volume de fluide dans un puits, vous n'aurez pas de tremblements de terre au-delà d'une certaine taille. Il peut y avoir une part de vérité à cela dans certains endroits, mais l'expérience de Pohang nous dit que ce n'est pas toute l'histoire.

À quoi ressemblerait une meilleure approche ?

Le potentiel d'un emballement ou d'un tremblement de terre déclenché doit toujours être pris en compte. Et il est important de le considérer à travers le prisme de l'évolution du risque plutôt que du danger. Le danger est une source potentielle de préjudice ou de danger. Le risque est la possibilité de perte causée par un préjudice ou un danger. Pensez-y de cette façon :un tremblement de terre aussi important que Pohang pose le même danger, qu'il se produise dans une ville densément peuplée ou dans un désert inhabité. Mais le risque est beaucoup plus élevé en ville.

La probabilité d'un événement grave peut être faible, mais il doit être reconnu et pris en compte dans les décisions. Peut-être que vous décideriez que ce n'est pas du tout une si bonne idée.

Par exemple, s'il y a une possibilité d'un tremblement de terre de magnitude 5,0 avant le début du projet, alors vous pouvez estimer les dommages et les blessures qui pourraient être attendus. Si nous pouvons attribuer une probabilité à des tremblements de terre de magnitudes différentes, alors les autorités civiles peuvent décider si elles veulent ou non accepter le risque et à quelles conditions.

Au fur et à mesure de l'avancement du projet, ces conversations doivent continuer. Si une faille finit par être activée et que le risque d'un séisme destructeur augmente, les autorités civiles et les chefs de projet pourraient dire, "avaient fini."

De tout ce que vous avez appris sur ce qui s'est passé à Pohang, pensez-vous que le développement géothermique amélioré devrait ralentir?

Les systèmes géothermiques naturels sont une source importante d'énergie propre. Mais ils sont rares et à peu près épuisés. Si nous pouvons comprendre comment développer en toute sécurité des centrales électriques basées sur la technologie améliorée des systèmes géothermiques, cela va avoir d'énormes avantages pour nous tous en tant qu'option à faible émission de carbone pour l'électricité et le chauffage des locaux.