Une équipe de recherche de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et de l'Université McGill à Montréal étudie ce qui se passe exactement sous terre lorsque la terre dans l'ouest du Canada tremble à la suite d'activités de fracturation hydraulique. L'équipe, dirigée par la professeure Rebecca Harrington, basée à Bochum, veut comprendre fondamentalement comment les tremblements de terre se produisent, qu'ils soient provoqués par l'homme ou naturels. "Le processus de fracturation hydraulique est quelque chose comme une expérience de laboratoire à grande échelle pour nous, " explique Harrington, qui dirige le groupe Hydrogéomécanique chez RUB. "Nous voyons ce qui se passe lorsque le sous-sol est exposé à des conditions de stress contrôlées - dans des conditions naturelles, les changements de stress seraient beaucoup plus difficiles à étudier." Le magazine scientifique de la RUB Insister sur rend compte des conclusions.

Aux fins de leur étude, les chercheurs évaluent les enregistrements de séismes naturels et provoqués par l'homme. L'une des nombreuses sources de données sont les tremblements de terre déclenchés par la fracturation hydraulique dans une zone d'environ 50 kilomètres sur 50 dans le bassin sédimentaire de l'Ouest canadien. Le procédé est utilisé pour exploiter des gisements de pétrole ou de gaz qui se trouvent profondément sous terre. Un mélange d'eau, sable, et de l'acide chlorhydrique faiblement concentré est injecté dans le sol à haute pression pour créer des fissures dans la roche et la rendre plus perméable pour extraire plus facilement le gaz ou le pétrole. Cela peut provoquer à plusieurs reprises des tremblements de terre.

Les fluides ne bougent pas tout à fait comme prévu

En 2018, un séisme de magnitude 4,5 s'est produit très tôt dans le processus de fracturation hydraulique, alors que presque aucun liquide n'avait été injecté. "Cela montre que les fluides se déplacent sous terre d'une manière inattendue, " dit Harrington. L'équipe RUB a analysé ce tremblement de terre et plusieurs de ses répliques, dont la plus grande atteignait encore des magnitudes de 4,2 et 3,4, avec leurs collègues de l'Université McGill. Les deux institutions ont implanté 17 stations sismiques dans le bassin sédimentaire de l'Ouest canadien et ont ainsi accès à un réseau de données complet.

À l'aide de ces enregistrements, les scientifiques ont reconstitué les sources des différents tremblements de terre et comment ils s'étaient propagés sous terre. Ils ont lié les données avec des informations sur le processus de fracturation hydraulique et la nature du sous-sol et les interactions des fluides avec la roche. Grâce à des simulations informatiques, ils ont modélisé les forces qui avaient agi dans le sous-sol pendant les tremblements de terre. La conclusion :« Il y avait probablement une zone de faille géologiquement jeune dans le sous-sol, c'est-à-dire un réseau de fractures dans la croûte terrestre, qui a agi comme une voie naturelle pour les fluides. Le fluide de fracturation hydraulique pourrait alors s'écouler à travers le réseau de fractures comme un canal, " comme Rebecca Harrington décrit le processus. Le flux de fluide a ainsi rapidement atteint la faille sous-jacente, qui a perturbé la structure des contraintes dans le sous-sol et déclenché un séisme plus fort que prévu.

Analyse de 8, 200 tremblements de terre est en cours

L'équipe germano-canadienne a commencé à analyser environ 8, 200 tremblements de terre enregistrés par des stations sismiques dans l'ouest du Canada entre juillet 2017 et septembre 2020. Les chercheurs ont montré que de nombreux tremblements de terre se produisent à des endroits où existent des failles géologiques naturelles dans le sous-sol avec lesquelles les fluides interagissent. Ils ont également prouvé que ces failles sont alignées de manière optimale dans le champ de contrainte de la croûte terrestre pour déclencher des tremblements de terre.

"Les tremblements de terre ont leur origine dans les activités industrielles, mais une fois lancé, les failles géologiques se comportent un peu comme un séisme d'origine naturelle, " conclut Rebecca Harrington. " Dans l'ensemble, nos études suggèrent qu'il n'y a pas de différences fondamentales entre les séismes naturels et les séismes déclenchés par la fracturation hydraulique. Tout ce que nous apprenons sur les tremblements de terre induits peut également nous aider à comprendre les tremblements de terre naturels et, espérons-le, nous aider un jour à minimiser les impacts des tremblements de terre sur les personnes et les infrastructures."