La diffusion de la pression interstitielle générée par le dioxyde de carbone injecté sous terre sur un site de stockage de carbone dans le bassin de l'Illinois est la cause probable de centaines de microséismes qui ont eu lieu sur le site entre 2011 et 2012, selon une nouvelle analyse.
L'étude de modélisation publiée dans le Bulletin de la Seismological Society of America indique que la diffusion de pression le long des failles existantes dans la roche du socle aurait pu déstabiliser les failles où la microsismicité – allant de Mw -2 à 1 – s'est produite, a déclaré Ruben Juanes du MIT et ses collègues.
Il existe certaines similitudes entre le CO2 injection et injection d'eaux usées provenant des opérations pétrolières et gazières, bien qu'à l'échelle mondiale, les volumes d'eaux usées injectées dépassent jusqu'à présent celui du CO2 injecté . L'injection d'eaux usées a cependant provoqué des tremblements de terre de taille petite à moyenne dans le monde entier, ce qui rend important d'étudier comment le CO2 l'injection produit de la sismicité et si elle pourrait également provoquer des tremblements de terre plus importants.
Les nouveaux résultats confirment l'importance de caractériser les failles souterraines dans les endroits sélectionnés pour le CO2 séquestration, notent les chercheurs.
La première période d'injection du projet Illinois Basin-Decatur (IBDP) s'est déroulée de novembre 2011 à novembre 2014, période pendant laquelle un million de tonnes de CO2 ont été injectés à une profondeur de 2 kilomètres sous terre. Les chercheurs se sont concentrés sur la première année de CO2 injection au projet.
La couche d'injection de l'IBDP est séparée de la roche du socle par une couche de grès peu poreuse ou perméable, amenant les chercheurs à se demander comment le CO2 l'injection aurait pu atteindre le sous-sol pour déclencher la sismicité.
Le modèle créé par Juanes et ses collègues montre que les changements de pression interstitielle des roches dus à l'injection se sont propagés le long des failles qui reliaient la couche d'injection et le socle.
"Lors de l'injection de fluide, la pression interstitielle augmente au niveau du puits d'injection et se diffuse hors du puits en raison de la migration du fluide. Ceci est analogue à la façon dont la température se "diffuse" des zones chaudes vers les zones froides", a expliqué Juanes.
"En raison de cette augmentation de pression, la contrainte effective sur une faille va diminuer, entraînant la déstabilisation de la faille."
L’injection de fluide peut également dilater la roche, selon un mécanisme appelé contrainte poroélastique. La roche qui se déforme peut entraîner des changements de contraintes qui déstabilisent ou stabilisent les failles. Dans le cas de l'IBDP, l'effet poroélastique a stabilisé les failles, ont découvert Juanes et ses collègues.
Leur analyse suggère également que les failles hébergeant les microséismes étaient très proches de la rupture avant l'apparition du CO2. injection. Caractériser ces petites failles (où elles se trouvent et à quel point elles sont proches de l'échec) constitue un défi important pour les projets de séquestration du carbone, a noté Juanes.
"Le principal défi est que les méthodes de télédétection reposent principalement sur la propagation des ondes sismiques à travers la surface", a déclaré Josimar Silva, premier auteur de l'étude et postdoctorant au MIT pendant le projet. "Les ondes sismiques s'atténuent rapidement à grande distance de la source et ont donc une résolution limitée lorsqu'elles atteignent les profondeurs d'intérêt."
Une façon d'éclairer les petites failles sur un site de stockage de carbone pourrait être de commencer par une injection à petite échelle, a-t-il ajouté.
"CO2 l'injection chez Decatur en est un bon exemple. La première période d’injection, celle que nous avons analysée dans l’article, a conduit à des centaines de microséismes. La deuxième période d'injection, qui a eu lieu à une profondeur moindre et moins près du socle faillé, n'a entraîné pratiquement aucune sismicité", a déclaré Juanes.
Taux d'injection en CO2 Les taux d'injection des eaux usées dans les années 2000 et 2010 ont été "beaucoup, beaucoup plus faibles", a déclaré Juanes, ce qui pourrait expliquer pourquoi une sismicité induite de taille modérée n'a pas été observée dans les projets de séquestration du carbone.
"Mais une autre explication est qu'en général, une meilleure caractérisation du sous-sol a été réalisée pour le CO2 " La séquestration avant l'injection qu'au début de l'évacuation des eaux usées géologiques, où il était courant d'injecter dans ou très près de la roche du socle faillée", a-t-il ajouté.
Plus d'informations : Josimar A. Silva et al, Mécanismes d'apparition de microsismicité dus à l'injection de CO2 à Decatur, Illinois :un écoulement multiphasique couplé et une perspective géomécanique, Bulletin de la Seismological Society of America (2024). DOI :10.1785/0120230160
Informations sur le journal : Bulletin de la Société Sismologique d'Amérique
Fourni par la Seismological Society of America
