Activité dans le champ pétrolier de San Ardo près de Salinas, Californie, a été liée à des tremblements de terre. Crédit :Eugène Zelenko/Wikimedia, CC PAR
La façon dont les entreprises forent pour le pétrole et le gaz et éliminent les eaux usées peut déclencher des tremblements de terre, parfois dans des endroits inattendus.
Dans l'ouest du Texas, les taux de tremblements de terre sont maintenant 30 fois plus élevés qu'ils ne l'étaient en 2013. Des études ont également établi un lien entre les tremblements de terre et les opérations de gisements de pétrole dans l'Oklahoma, Kansas, Colorado et Ohio.
La Californie était considérée comme une exception, un endroit où les exploitations pétrolières et les failles tectoniques coexistaient apparemment sans trop de problèmes. Maintenant, de nouvelles recherches montrent que l'activité sismique naturelle de l'État peut cacher des tremblements de terre induits par l'industrie.
En tant que sismologue, J'ai enquêté sur les tremblements de terre induits aux États-Unis, Europe et Australie. Notre dernière étude, sorti le 10 novembre, montre comment les opérations des champs pétrolifères en Californie exercent une pression sur les failles tectoniques dans une zone située à quelques kilomètres seulement de la faille de San Andreas.
Crédit : La conversation
Surtension sismique
Les tremblements de terre provoqués par l'industrie sont une préoccupation croissante dans le centre et l'est des États-Unis depuis plus d'une décennie.
La plupart de ces tremblements de terre sont trop petits pour être ressentis, mais pas tous. En 2016, un séisme de magnitude 5,8 a endommagé des bâtiments à Pawnee, Oklahoma, et a conduit les régulateurs étatiques et fédéraux à fermer 32 puits d'évacuation des eaux usées à proximité d'une faille nouvellement découverte. Les grands séismes sont rares loin des limites des plaques tectoniques, et l'Oklahoma connaît trois séismes de magnitude 5 ou plus en un an, comme cela s'est produit en 2016, était du jamais vu.
La fréquence des tremblements de terre en Oklahoma a diminué avec la baisse des prix du pétrole et la décision des régulateurs d'exiger des entreprises qu'elles diminuent leur volume d'injection de puits, mais il y a encore plus de tremblements de terre aujourd'hui qu'en 2010.
Un modèle familier a émergé dans l'ouest du Texas au cours des dernières années :les taux de tremblement de terre augmentant considérablement bien au-delà du taux naturel. Un séisme de magnitude 5 a secoué l'ouest du Texas en mars.
Comment ça fonctionne
A l'origine du problème du séisme induit se trouvent deux types différents d'opérations d'injection de fluide :la fracturation hydraulique et l'évacuation des eaux usées.
La fracturation hydraulique consiste à injecter de l'eau, du sable et des produits chimiques à très haute pression pour créer des voies d'écoulement pour les hydrocarbures piégés dans des formations rocheuses serrées. L'évacuation des eaux usées consiste à injecter des fluides dans des formations géologiques profondes. Bien que les eaux usées soient pompées à basse pression, ce type d'opération peut perturber les pressions et contraintes naturelles sur de grandes surfaces, à plusieurs kilomètres des puits d'injection.
Les failles tectoniques sous les réservoirs géothermiques et pétroliers sont souvent en équilibre précaire. Même une petite perturbation du système tectonique naturel - en raison de l'injection de fluide en profondeur, par exemple, peut faire glisser des failles et déclencher des tremblements de terre. Les conséquences des injections de fluides sont facilement visibles en Oklahoma et au Texas. Mais quelles sont les implications pour d'autres endroits, comme la Californie, où se trouvent des failles sujettes aux tremblements de terre et des gisements de pétrole à proximité ?
Crédit :U.S. Geological Survey
Le risque caché des champs pétrolifères de Californie
La Californie offre une opportunité particulièrement intéressante pour étudier les effets de l'injection de fluide.
L'État possède un grand nombre de gisements de pétrole, tremblements de terre et de nombreux instruments qui détectent même des événements infimes, et on pensait qu'il était en grande partie exempt de tremblements de terre artificiels.
Mon collègue Manoo Shirzaei de Virginia Tech et moi-même nous sommes demandé si les tremblements de terre induits pouvaient être masqués par des tremblements de terre naturels à proximité et ont donc été manqués dans les études précédentes. Nous avons mené une étude sismologique détaillée du bassin de Salinas en Californie centrale. La zone d'étude se distingue par sa proximité avec la faille de San Andreas et parce que les fluides résiduaires sont injectés à des débits élevés à proximité de failles sismiques actives.
À l'aide d'images radar satellitaires de 2016 à 2020, Shirzaei a fait une observation surprenante :certaines régions du bassin de Salinas se soulevaient à environ 1,5 centimètre par an, un peu plus d'un demi-pouce. Ce soulèvement a été une première indication que les pressions des fluides sont déséquilibrées dans certaines parties du champ pétrolifère de San Ardo. Les pressions de fluide croissantes dans les pores de la roche étirent la matrice rocheuse environnante comme une éponge pompée pleine d'eau. L'expansion du réservoir qui en résulte élève les forces qui agissent sur les failles tectoniques environnantes.
Les données satellitaires montrent que le sol s'élève jusqu'à 1,5 centimètre par an dans certaines parties du champ pétrolifère de San Ardo. La vitesse en visibilité directe (LOS-VEL), vu du satellite, montre à quelle vitesse la surface du sol s'élève. Crédit :Thomas Goebel/Université de Memphis
Les contraintes liées à l'injection d'eau peuvent déclencher des tremblements de terre à plusieurs kilomètres du puits lui-même. Les triangles bleus s'échelonnent avec le taux d'injection de chaque puits. Crédit :Thomas Goebel/Université de Memphis, CC BY-ND
Prochain, nous avons examiné les données sismiques et constaté que l'injection de fluide et les tremblements de terre étaient fortement corrélés sur plus de 40 ans. Étonnamment, cela s'étendait sur 15 milles du champ pétrolifère. De telles distances sont similaires à la grande empreinte spatiale des puits d'injection en Oklahoma. Nous avons analysé le modèle spatial de 1, 735 événements sismiques dans la zone d'étude et ont trouvé un regroupement d'événements à proximité des puits d'injection.
D'autres régions de Californie peuvent avoir une histoire similaire, et des études plus détaillées sont nécessaires pour y différencier les événements naturels des événements induits.
Comment réduire le risque sismique
La plupart des puits d'évacuation des eaux usées et de fracturation hydraulique ne provoquent pas de tremblements de terre qui peuvent être ressentis, mais les puits qui causent des problèmes ont trois choses en commun :
Bien que le premier problème puisse être difficile à résoudre car la réduction du volume de fluides résiduaires nécessiterait de réduire la quantité de pétrole produit, les emplacements des puits d'injection peuvent être planifiés plus soigneusement. La sécurité sismique des opérations pétrolières et gazières peut être augmentée en sélectionnant des formations géologiques déconnectées des failles profondes.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original. 
