Des chercheurs de l'EPFL et de l'Office fédéral de l'énergie ont élaboré des stratégies pour réduire le risque sismique lié à la géothermie, CO 2 le stockage et d'autres activités humaines qui se déroulent profondément sous terre.

Bien que la plupart des tremblements de terre soient attribuables à des causes naturelles, certains sont déclenchés, directement ou indirectement, par l'activité humaine. Ces tremblements mineurs, connue sous le nom de « sismicité induite », " sont l'un des plus grands défis posés par la géothermie profonde, CO 2 espace de rangement, et d'autres activités qui impliquent l'injection de gaz et de liquides profondément sous terre.

Des chercheurs du Laboratoire de mécanique des sols (LMS) de l'EPFL et de l'Office fédéral de l'énergie (OFEN) ont mis au point de nouvelles stratégies pour réduire le risque sismique d'origine humaine. Leurs conclusions ont été publiées dans Journal Géophysique International .

Formation sur mesure pour les réservoirs géothermiques profonds

Les systèmes de géothermie profonde offrent une renouvelable, source d'énergie à zéro carbone et sont conformes à la stratégie énergétique 2050 du gouvernement suisse et à son engagement à devenir neutre en carbone. Pourtant, la technologie utilisée en Suisse, connu sous le nom de stimulation géothermique améliorée (EGS), a connu des revers après avoir déclenché des tremblements de terre à Bâle en 2006 et à Saint-Gall en 2013.

L'EGS implique un processus appelé injection hydraulique, où le liquide sous pression est injecté à chaud, sécher, roche imperméable—environ 3 km ou plus sous la surface de la Terre—pour créer un réservoir géothermique artificiel. Le problème est que ce processus peut provoquer une microsismicité, ou des secousses et tremblements de terre mineurs.

Comme l'eau est injectée sous terre et remplit la matrice rocheuse, la pression interstitielle augmente. "Il existe une croyance répandue selon laquelle c'est la seule cause de la sismicité induite, " dit Barnaby Fryer, assistant-doctorant au LMS et auteur principal de l'article. "Mais ce n'est pas si simple. Le stress tectonique, ou la géométrie et le mouvement de la faille, entre aussi en jeu."

Un équilibre délicat

Les failles sont causées par des forces verticales et horizontales agissant sur des sections de la croûte terrestre. Elles appartiennent à l'une des trois catégories suivantes :failles normales ou d'extension (où les deux sections se séparent), failles inverses ou de compression (où les deux sections poussent l'une contre l'autre), et les failles décrochantes (où les deux sections se déplacent horizontalement).

L'équipe conjointe EPFL et OFEN est partie du postulat que les failles sont plus stables - et donc la probabilité d'un séisme réduite - lorsque la contrainte différentielle (c'est-à-dire la différence entre les contraintes maximales et minimales) est plus faible. "Cette observation a soulevé une question évidente, " dit Gunter Siddiqi, chef de section adjoint de la recherche énergétique à l'OFEN et deuxième auteur de l'article. « À quel type de faute avons-nous affaire, et que pouvons-nous faire pour limiter les séismes et les secousses majeures ? »

Les chercheurs ont eu l'idée de « former » le réservoir avant le début du processus de stimulation. En cas de défaut inverse, ce qui implique des contraintes horizontales élevées, le fluide froid est injecté sous terre sur une période d'au moins 12 mois. « Au fur et à mesure que le réservoir se refroidit, les contrats de roche, " explique Fryer. " Cela diminue les forces horizontales qui s'exercent sur lui, réduisant ainsi les contraintes différentielles et rendant les tremblements de terre moins probables."

Faire monter la pression

Contrairement aux croyances populaires, l'injection de fluides à haute pression dans la croûte terrestre ne provoque pas toujours des tremblements de terre. « Dans presque tous les réservoirs, ce ne sont que les contraintes horizontales qui changent de manière significative, " dit Fryer. " Avec un défaut normal, les contraintes verticales sont bien supérieures aux contraintes horizontales. Lorsque vous injectez un liquide dans la roche, la pression interstitielle augmente. Cette, à son tour, augmente les contraintes horizontales et comble l'écart entre les valeurs horizontales et verticales."

En d'autres termes, injecter des fluides de cette manière peut effectivement stabiliser le défaut, à condition que les contraintes à l'intérieur du réservoir soient suffisamment sensibles aux changements de pression interstitielle. "C'est pourquoi il est si important de comprendre les propriétés d'un réservoir avant de commencer à injecter, " ajoute Fryer.

Des candidatures prometteuses

Cette recherche fournit des informations importantes pour l'industrie, aider potentiellement les entreprises à concevoir des moyens de réduire la probabilité de sismicité induite. « Comprendre tous les scénarios possibles et agir en conséquence pourrait ouvrir la voie à des applications prometteuses dans le monde réel, " dit Siddiqi.