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Frédéric Cappa - professeur de géophysique - Université Côte d'Azur (Mai 2024)
Au cours de la dernière décennie, les habitants du centre des États-Unis ont connu bien plus de tremblements de terre de petite à moyenne ampleur que jamais auparavant. Par exemple, bien que l'Oklahoma se situe loin des frontières entre les plaques tectoniques, l'activité sismique a commencé à y augmenter vers l'année 2009 et a culminé en 2015 et au début de 2016. Avant 2009, l'Oklahoma n'a généralement connu qu'un ou deux petits tremblements de terre d'une magnitude supérieure à 3,0 par an. En 2015, ce nombre avait atteint plus de 900 tremblements de terre par an, dont 30 avaient une magnitude de moment supérieure à 4,0 (ce qui est assez fort pour provoquer la ruine). Un tremblement de terre d'une magnitude de 5,7 s'est produit près de la ville de Prague, en Oklahoma, en 2011 sur une faille préexistante et a causé de graves dommages à plusieurs maisons et bâtiments scolaires. Au cours des six dernières années, plus de 1 500 informations faisant état de secousses destructrices ont été documentées dans des zones auparavant pacifiques. Cette sismicité accrue a probablement été provoquée par les activités industrielles humaines. Environ huit millions de personnes vivaient dans des zones où les tremblements de terre ont augmenté, et les responsables de la sécurité publique ont voulu comprendre les raisons de cette augmentation et les menaces potentielles pour la société.
Causes des événements sismiques induits.
Les scientifiques de la Terre ont relevé le défi de mieux comprendre les tremblements de terre induits. Des preuves scientifiques ont montré que certains tremblements de terre étaient causés par des activités industrielles humaines, principalement par élimination par injection d'eaux usées salées extraites avec du pétrole et du gaz dans des puits de production. On pense que la plupart des tremblements de terre induits ont été générés par des changements de pression de fluide près de failles profondes préexistantes. Les fluides des eaux usées dans les puits de stockage profonds étaient souvent situés à plus d'un mile sous terre, et le rejet des eaux usées augmentait la pression sur les fluides occupant déjà l'espace des pores. Cette augmentation de pression a débloqué ou affaibli la faille, facilitant ainsi la survenue d'un tremblement de terre.
Cette hypothèse expliquant la cause des tremblements de terre induits a été validée dans une expérience de 1969 à Rangely, au Colorado, dans laquelle la pression du fluide dans un réservoir a été augmentée et abaissée par pompage. Les tremblements de terre sont devenus plus fréquents lorsque les pressions ont été augmentées, comme le prédit l'hypothèse, et rares lorsque les pressions ont été abaissées. La fracturation hydraulique (fracturation hydraulique) - un processus de récupération de gaz et de pétrole qui utilise l'injection de fluide pour ouvrir des fissures dans la roche afin de permettre au gaz piégé ou au pétrole brut de s'écouler à travers un tuyau vers une tête de puits à la surface - a également été montrée comme provoquant des tremblements de terre et être la principale cause des tremblements de terre induits en Colombie-Britannique et dans l'ouest de l'Alberta ainsi que dans certains sites des États-Unis. La fracturation hydraulique elle-même, cependant, n'était pas la principale cause de l'activité des tremblements de terre induits en Oklahoma et dans plusieurs autres endroits aux États-Unis, où les tremblements de terre avaient principalement résultant de l'injection des eaux usées. Un tremblement de terre notable d'extraction de fluide, un événement de magnitude 4,8, s'est produit en octobre 2011 près de Fashing, au Texas. D'autres tremblements de terre induits ont été déclenchés par le remplissage de réservoirs au Nevada et en Caroline du Sud. Dans la plupart des cas, ces activités industrielles ne stimulent pas les tremblements de terre. Les taux et volumes d'injection de fluide, l'orientation des failles, les contraintes accumulées et les propriétés des roches doivent tous être optimaux pour induire des tremblements de terre.
Les scientifiques ont étudié les failles et les tremblements de terre naturels et induits pour mieux comprendre et prédire la taille et l'emplacement des futurs tremblements de terre induits. L'ampleur ou la taille du tremblement de terre est liée à la zone qui se rompt sur la faille. Les scientifiques ont examiné les enregistrements de plusieurs exemples de tremblements de terre naturels historiques qui s'étaient produits au cours des 300 dernières années dans le centre et l'est des États-Unis, y compris un événement de magnitude 7,3 en 1886 près de Charleston, SC, et la série de chocs d'environ magnitude 7,5 qui ont frappé 1811-1812 près de New Madrid, Mo. Des tremblements de terre dans l'est de l'Amérique du Nord se sont produits sous forme d'essaims d'activité sismique sur des failles non reconnues dans le centre de la Virginie, l'est du Tennessee, l'est du Canada et la Nouvelle-Angleterre. Bon nombre de ces événements étaient antérieurs aux activités industrielles et n'étaient donc probablement pas liés aux activités humaines. Au cours des dernières années, les scientifiques ont débattu pour savoir si les tremblements de terre induits pouvaient déclencher de grands tremblements de terre sur les anciennes failles voisines dans lesquelles les contraintes accumulées étaient prêtes à être libérées. Le tremblement de terre de Prague, en Oklahoma, en 2011, a répondu à cette question en démontrant que des tremblements de terre d'une magnitude de 5,7 pouvaient se rompre sur de longues failles préexistantes. Par conséquent, la présence de failles anciennes était un facteur important pour prévoir avec précision la taille d'un tremblement de terre. Cependant, la taille et l'emplacement des failles restaient mal comprises dans de nombreux endroits du centre et de l'est des États-Unis, comme l'Oklahoma, et des efforts scientifiques étaient en cours par l'US Geological Survey, d'autres organismes étatiques et fédéraux et des établissements universitaires et en partenariat avec l'industrie pétrolière pour identifier les emplacements de ceux qui étaient potentiellement les plus dangereux.
L'événement de Prague en 2011 a été le plus grand tremblement de terre induit jamais enregistré aux États-Unis jusqu'à ce qu'un séisme de magnitude 5,8 se produise en 2016 près de Pawnee, en Oklahoma, qui pourrait avoir été induit. Cependant, des tremblements de terre induits plus forts ont été observés ailleurs. Près de Koynanagar, en Inde, en 1967, un tremblement dévastateur de magnitude 6,3 était soupçonné d'avoir été déclenché par des niveaux élevés d'eau stockés dans un réservoir, et une activité de prélèvement de gaz en Ouzbékistan était probablement la cause de tremblements de terre naturels de magnitude 7,0 en 1976 et 1984. Ces données suggéraient que des tremblements de terre induits plus importants que celui de Prague étaient possibles. De plus, les géologues ont reconnu des failles et des ruptures de séismes préhistoriques générées par des séismes de magnitude 7,0 en Oklahoma et au Colorado. Des études sur les tremblements de terre dans les intérieurs continentaux en dehors des États-Unis ont montré que des tremblements de terre naturels aussi importants étaient possibles loin des limites des plaques. De nombreux scientifiques pensaient que les tremblements de terre induits pouvaient également déclencher de grands tremblements de terre sur des failles anciennes non découvertes. Cependant, si un événement induit d'une magnitude supérieure à 5,6 résultait, il aurait probablement une magnitude plus proche de 6,0 que de 7,0, similaire aux tremblements de terre induits dans des régions analogues.
Augmenter le risque de tremblement de terre.
Les tremblements de terre induits et naturels provoquent des niveaux similaires de secousses du sol. Par rapport aux tremblements de terre naturels, cependant, les tremblements de terre provoqués sont souvent moins profonds et peuvent ne pas secouer le sol aussi violemment loin de l'épicentre du tremblement de terre. Bien que des différences subtiles de secousses entre les deux types aient été observées, des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour comprendre ces propriétés de secousses.
Les projections de secousses du sol menées par l'US Geological Survey ont indiqué que les tremblements de terre induits ont augmenté le risque en Oklahoma et dans d'autres endroits où les processus industriels influencent les contraintes au sein de la terre, comme le montrent les prévisions d'un an 2016 pour les tremblements de terre induits et naturels. Le calcul des risques exigeait des informations sur où et à quelle fréquence les tremblements de terre pouvaient se produire, leur taille maximale et les niveaux probables de secousses du sol. Pour prévoir la fréquence des tremblements de terre induits en 2016, les scientifiques ont sérieusement pris en compte la fréquence des séismes en 2015, ont utilisé la théorie sismologique standard - les plus grands tremblements de terre induits devant généralement avoir une magnitude inférieure ou égale à 6,0 - et ont appliqué un nouveau modèle de mouvement du sol qui a fourni de meilleures estimations des secousses pour les tremblements de terre peu profonds.
Les résultats ont révélé que l'Oklahoma, le Kansas, le Texas, l'Arkansas, le Nouveau-Mexique et le Colorado avaient plus de 1 chance sur 100 de secouer les dégâts en 2016, les chances les plus élevées (environ 1 sur 10) se produisant dans certaines parties du nord de l'Oklahoma et du sud du Kansas.. Les tremblements de terre induits projetés par les prévisions se sont révélés tout à fait capables de causer des ruines dans cette région si l'activité industrielle se poursuivait sans relâche. Sur la base de ces projections, peu de gens ont été surpris lorsqu'un tremblement de terre de magnitude 5,1 a frappé près de Fairview, en Okla., Le 13 février.
La fréquence des tremblements de terre dans cette région a cependant semblé diminuer entre 2015 et 2016. Au cours du premier semestre de 2016, le nombre de tremblements de terre survenus près d'Irving et de Dallas, par exemple, est passé d'environ quatre événements de magnitude 3,0 ou supérieure à zéro. Cette réduction pourrait être liée au prix du pétrole (qui a considérablement baissé en 2015 et 2016, réduisant ainsi l'extraction et l'injection des eaux usées) et aux mesures réglementaires qui ont diminué le volume des eaux usées pompées dans des forages profonds. Les données initiales laissaient espérer que les taux de tremblements de terre induits continueraient de diminuer en 2016; cependant, les activités d'injection se sont poursuivies dans les zones à fort taux de sismicité, et on ne savait pas si des volumes d'injection inférieurs élimineraient les tremblements de terre induits ou les retarderaient tout simplement.
Alors que l'augmentation de la fréquence des tremblements de terre induits était la plus notable dans le centre des États-Unis, des tremblements de terre induits avaient également été observés sur plusieurs sites en Californie, y compris les geysers et les zones d'énergie géothermique de Coso. De plus, une étude de 2015 a montré des changements mineurs dans les taux de tremblements de terre dans le sud de la Californie et a noté qu'une activité induite supplémentaire pourrait se produire à proximité de sites avec des activités d'extraction de pétrole. Étant donné que le taux de tremblements de terre naturels dans cette région était beaucoup plus élevé que celui du centre des États-Unis, il était plus difficile d'identifier quels tremblements de terre étaient induits et lesquels étaient naturels. Les scientifiques ont poursuivi leurs recherches sur les tremblements de terre induits afin de mieux atténuer les effets futurs des tremblements de terre.
