La séquestration du carbone sous la surface, c'est-à-dire le stockage des inroches de carbone en profondeur, offre une solution partielle pour éliminer le carbone de l'atmosphère. Utilisé parallèlement aux réductions d'émissions, la séquestration géologique du carbone pourrait aider à atténuer le changement climatique anthropique. Mais comme d'autres opérations souterraines, cela comporte des risques, y compris des tremblements de terre.

Les géophysiciens travaillent toujours pour comprendre ce qui peut déclencher des tremblements de terre d'origine humaine, qui ont été documentés depuis les années 1960. Nouvelle étude, Publié dans Géologie jeudi, explore pourquoi une partie d'un champ pétrolifère fortement produit aux États-Unis a des tremblements de terre, et une partie ne le fait pas. Pour la première fois, les auteurs démontrent que l'influence des forages pétroliers passés modifie les contraintes sur les failles de telle manière que l'injection de fluides est moins susceptible d'induire, ou déclencher, tremblements de terre aujourd'hui.

L'étude se concentre sur le bassin du Delaware, un gisement de pétrole et de gaz qui s'étend sur la frontière entre l'ouest du Texas et le Nouveau-Mexique. Des forages y sont pratiqués depuis au moins les années 1970, avec plus de 10, 000 puits individuels actifs parsèment la région. Là, Les géophysiciens de Stanford No'am Dvory et Mark Zoback ont ​​remarqué un modèle intéressant dans l'activité sismique. Les récents tremblements de terre peu profonds ont été principalement localisés dans la moitié sud du bassin, tandis que la moitié nord est sismiquement calme, malgré une injection d'eaux usées peu profonde à travers le bassin.

"La question impérieuse, alors, est-ce pourquoi tous les tremblements de terre peu profonds sont-ils limités à une seule zone et pas plus répandus ?", explique Zoback.

Les tremblements de terre peuvent être induits par l'injection de fluides comme les eaux usées souterraines. Lorsque les eaux usées sont injectées dans les roches, les pressions augmentent, mettre les roches et toutes les failles présentes sous une contrainte plus élevée. Si ces pressions et contraintes deviennent suffisamment élevées, un tremblement de terre peut arriver.

Les tremblements de terre d'injection dans le sud du bassin du Delaware ont tendance à être peu profonds et de magnitude relativement faible, généralement assez fort pour secouer les plats, mais pas assez pour causer des dommages. Cependant, si des défauts plus profonds sont activés, des tremblements de terre de magnitude plus élevée peuvent se produire et causer des dommages. Par exemple, en mars 2020, un séisme de magnitude 4,6 a retenti à Mentone, Texas, probablement en raison d'une injection profonde qui a interagi avec des failles dans la roche du socle cristallin à environ cinq milles sous terre.

"La taille d'un séisme est limitée par la taille de la faille qui glisse, " explique Dvory. Là où les failles sont peu profondes et petites (quelques kilomètres de taille), les magnitudes des séismes ont tendance à être faibles. "Vous pouvez encore le sentir, mais c'est moins dangereux."

Minimiser le risque de séismes est un objectif pour toute opération souterraine, qu'il s'agisse de la production de pétrole et de gaz ou de la séquestration du carbone. Cela a fait le bassin du Delaware, avec son étrange schéma de tremblements de terre, une excellente cible pour Dvory et Zoback. C'était une expérience naturelle en géomécanique, le « pourquoi » derrière les tremblements de terre induits.

Pour déchiffrer le motif, Dvory et Zoback ont ​​d'abord modélisé les pressions souterraines nécessaires pour provoquer le glissement des failles dans le bassin et ont relié ces valeurs aux valeurs de contrainte estimées. Une fois qu'ils ont établi cette ligne de base, ils ont calculé les pressions interstitielles autour du bassin du Delaware. Leurs résultats ont montré un schéma clair :les formations géologiques du bassin nord où des hydrocarbures avaient été précédemment produits avaient des pressions interstitielles inférieures à celles des roches " non perturbées ", et il n'y a pas eu de tremblements de terre. Le bassin sud, qui n'avait quasiment aucune production antérieure des mêmes formations, avait des pressions initiales et des tremblements de terre plus élevés.

"Dans certaines régions, nous avons des preuves du développement du pétrole et du gaz depuis même les années 1950, " Dvory dit. " Là où il y avait une production importante d'hydrocarbures, la pression était épuisée, et les formations sont devenues essentiellement plus stables."

Maintenant, lorsque les fluides sont réinjectés dans ces « stables », ' des roches préalablement forées, la pression de démarrage est inférieure à celle du premier forage.

« Donc, là où la production de pétrole se produisait auparavant, l'injection actuelle entraîne une pression beaucoup plus faible, de sorte qu'elle est beaucoup moins susceptible de déclencher des tremblements de terre, " explique Zoback. " Il n'est pas inconcevable qu'à un moment donné, si vous avez injecté suffisamment, vous pourriez probablement provoquer un tremblement de terre. Mais ici dans le domaine que nous étudions, nous sommes en mesure de documenter que ce qui s'est passé auparavant affecte fortement la manière dont les processus opérationnels actuels affectent la probabilité de déclenchement d'un tremblement de terre. »

En ciblant ces sites d'anciennes productions pétrolières, avec leur moindre risque sismique, pourrait être une bonne approche pour la séquestration du carbone.

"Nous avons un défi mondial de stocker d'énormes volumes de dioxyde de carbone dans le sous-sol dans les dix à vingt prochaines années, " dit Zoback. " Nous avons besoin d'endroits pour stocker en toute sécurité des volumes massifs de dioxyde de carbone pendant des centaines d'années, ce qui implique évidemment de ne pas autoriser les augmentations de pression pour déclencher des tremblements de terre. On ne saurait trop insister sur l'importance des géosciences pour relever ce défi. C'est un énorme problème, mais les géosciences sont le point de départ critique."