Une nouvelle approche de prévention de la sismicité induite
La clé des ambitions climatiques de l’Europe pourrait se trouver sous terre. «De l’énergie géothermique renouvelable à la captage et au stockage du carbone, les ressources souterraines peuvent aider l’Europe à considérablement réduire ses émissions de carbone», explique Víctor Vilarrasa, chercheur au Conseil national espagnol de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Le problème est que pour accéder à ces ressources souterraines, l’industrie doit injecter des fluides dans le sous-sol de la Terre ou les en extraire. Étant donné que ces activités modifient la pression interstitielle, la température, l’état de contrainte et la composition géochimique des formations géologiques, elles peuvent induire une sismicité. La sismicité induite se produit lorsque les activités humaines provoquent des tremblements de terre et des secousses, comme cela a été le cas pour des projets géothermiques en Corée du Sud et en Suisse, et pour un projet de stockage d’énergie en sous-sol en Espagne. «Il va sans dire qu’un tremblement de terre déclenché par un projet géo-énergétique a été plutôt mal perçu par le public et a conduit à l’annulation de plusieurs initiatives», ajoute Víctor Vilarrasa. Le secteur de la géo-énergie, y compris l’énergie géothermique, le captage et le stockage du carbone et le stockage de l’énergie dans le sous-sol, doit essentiellement pouvoir prévoir et atténuer la sismicité induite, et c’est exactement ce que le projet GEoREST(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a réalisé.
Mieux comprendre la sismicité induite après injection
Le projet, qui a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a considérablement fait progresser notre compréhension des facteurs qui déclenchent la sismicité induite après l’injection. «Traditionnellement, on pensait que le contrôle de la pression interstitielle pouvait atténuer le risque de sismicité induite», explique Víctor Vilarrasa. «Cela n’est toutefois vrai que si l’on injecte dans une seule fracture ou faille, alors que la plupart des projets géo-énergétiques à grande échelle actuels injectent dans un réseau de fractures et de failles.» Ainsi, si la stabilité de certaines failles s’améliore pendant l’injection, du fait de l’expansion des fractures et de la roche intacte sous l’effet de la mise sous pression, cette stabilité n’est que temporaire. Une fois l’injection arrêtée, la pression interstitielle chute rapidement autour du puits d’injection, provoquant une relaxation des contraintes poromécaniques qui annule tout effet stabilisateur et peut même réactiver les failles qui avaient été stabilisées pendant l’injection.
Un modèle numérique avancé pour prévoir la sismicité induite
Fort de ce constat, le projet a développé un modèle numérique qui prend en compte non seulement les changements de pression interstitielle, mais aussi des facteurs tels que les contraintes poromécaniques, les changements de contrainte induits par le refroidissement, le transfert de contrainte statique et les changements de pression interstitielle induits par la déformation. Le modèle prédictif innovant a été mis à l’épreuve dans une étude rétroactive de la sismicité induite qui s’est produite dans une installation souterraine de stockage de gaz en Espagne. L’étude a révélé que les tremblements de terre étaient imputables à une combinaison de mécanismes, notamment la flottabilité du gaz injecté, les changements de contraintes poromécaniques et le transfert de contraintes statiques lié au glissement asismique de la faille qui scelle la formation de stockage. «En développant un modèle de prévision hybride qui s’appuie sur le calcul numérique des changements de contrainte effective pour estimer le taux de sismicité et nous en appuyant sur la sismologie statistique, nous avons identifié des protocoles de stimulation qui auraient permis d’éviter le tremblement de terre de plus grande magnitude après l’arrêt de l’injection», souligne Víctor Vilarrasa. Selon lui, les opérateurs et les décideurs peuvent utiliser le modèle de prévision GEoREST pour maximiser les projets géo-énergétiques, tout en minimisant le risque de tremblements de terre induits. Cela a déjà été testé dans le cas de Bâle, en Suisse, où le modèle numérique du projet a permis d’identifier le protocole de stimulation le plus approprié dans un système géothermique amélioré.
