Selon l’Institut d'études géologiques des États-Unis, de plus en plus de tremblements de terre seraient dus à l’activité humaine, tout particulièrement au rejet d’eaux usées dans les nappes souterraines et à la fracturation hydraulique.
Atlantico : Pouvez-nous expliquer les mécanismes qui sont à l’œuvre ? Ces phénomènes sont-ils suffisamment forts pour être ressentis par l’homme ?
Jean-Philippe Avouac : Un tremblement de terre traduit un glissement (en cisaillement) sur une faille. Il se produit lorsque le frottement sur la faille ne peut plus résister aux forces cisaillantes sur la faille qui résultent des forces tectoniques et du poids du milieu. Une injection d’eau le long d’une faille augmente de la pression de pore et peut déstabiliser la faille. Imaginez un patin sur un plan incline. Vous pouvez déstabiliser le patin en réduisant le frottement à sa base, par exemple, en injectant de l’eau. La pression de l’eau contribuera à soutenir la force normale au plan exercée par le poids du patin mais ne soutiendra pas la force cisaillante (l’eau est incompressible mais n’a pas de résistance au cisaillement). La résistance au cisaillement du contact solide entre le patin et le plan se réduit car elle est proportionnelle à la force normale diminuée de la pression de l’eau; le patin finit par être déstabilisé. C’est probablement le mécanisme dominant en jeu. Un autre mécanisme peut intervenir : en injectant ou en extrayant des fluides du sous-sol on change la distribution des masses. L’état des contraintes est modifié et cette modification peut aussi conduire à déstabiliser une faille.
Le plus gros séisme reconnu dans le contexte des opérations de fracturation hydraulique au Midwest a atteint une magnitude de 5.6. On peut ressentir des séismes de bien plus petite magnitude (>3.5) si on se situe a moins de quelques kilomètres de la source (donc il faut un séisme superficiel et être situé à quelques kilomètres de l’épicentre en carte). Les séismes induits sont en général assez superficiels (à quelques kilomètres de profondeur, la profondeur typique des injections est de 1 a 2 kilomètres).
La fracturation hydraulique dont il est beaucoup question dans le cadre de l’exploitation du gaz de schiste ne serait directement à l’origine de ces tremblements que de manière occasionnelle. N’est-il pas surprenant que cette méthode qui consiste pourtant à injecter du liquide en grande quantité et en profondeur n’ait pas d’effet majeur ?
L’objectif de la fracturation hydraulique est de créer des fissures ouvertes qui vont permettre de drainer le milieu. A proximité des parois d’un forage, l’état de contrainte est tel que ce mode de fracturation est favorisé. On fracture des roches de faible perméabilité donc qui empêche que la pression de fluide diffuse trop loin du forage d’injection ce qui favoriserait alors la déstabilisation de failles. Il arrive toutefois que des failles soit déstabilisées en cisaillement et produisent des séismes. C’est un risque si le forage d’injection intersecte une faille préexistante.
Quelles sont les autres activités humaines qui influent sur l’activité sismique ? Quelles sont les zones concernées ?
On sait depuis les années soixante que l’injection d’eau profonde peut induire des séismes. On sait aussi que les contraintes induites par la tectonique des plaques sont transmises au sein des plaque et que, où que l’on se trouve sur terre, l’état de contrainte est assez proche. Il suffit donc en principe de petit changement de contraintes. Ceci dit, certains milieux sont plus propices a la génération de séismes (granites) que d’autres (argiles par exemple).
On a pu observer des séismes probablement induits à proximité de barrages (le séisme le plus important s’est produit en Inde et a atteint une magnitude de 6.3), ou de réservoir d’hydrocarbures exploitées de manière conventionnelle (le séisme le plus important s’est produit en Ouzbékistan et a atteint une magnitude de 7.1). Les forages géothermiques induisent aussi des séismes. Généralement, ce séismes sont inferieurs à 4 en magnitude, mais quelques exemples de séismes plus forts (par exemple un séisme de 5.3 en Californie) sont débattus..
La fréquence des tremblements de terre pourrait-elle être amenée à augmenter à l’avenir à cause de l’activité humaine ? Cela pourrait-il se traduire par des destructions et des pertes humaines ?
Il est clair que le taux de sismicité a augmenté très significativement au Midwest. Aucun séisme n’a produit de victimes à ce stade mais ce n’est peut-être qu’une question de temps. D’après la loi de Gutenberg-Richter, qui s’applique aux séismes naturels et induits de la même façon les séismes de magnitude 6 sont, par exemple, environ 10 fois moins nombreux que les magnitudes 5. Il y a un risque de voir de plus en plus de régions affectées du fait de l’augmentation de la demande en énergie qui pousse a l’exploitation d’hydrocarbures non conventionnels et la demande en énergie "propre" (géothermie) ou encore les opération de stockage de dioxyde de carbone.
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