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Sismicité induite

Sismicité induite

Les tremblements de terre déclenchés par l’homme sont qualifiés de sismicité induite. En général, il s’agit de minuscules processus de rupture (microséismes) qui surviennent lors de tous types d’opérations géotechniques et qui ne peuvent être détectés que par des instruments hautement sensibles. Parfois cependant, les séismes induits sont assez forts pour être perçus, voire pour provoquer des dommages à proximité de leur épicentre. Par conséquent, la sismicité induite doit être considérée comme un risque non négligeable lors d’opérations géotechniques de grande échelle, notamment dans les pays densément peuplés comme la Suisse. Les processus et conditions qui gèrent la sismicité induite ne sont pas encore suffisamment bien compris pour effectuer des prévisions efficaces de la réponse sismique probable du sous-sol pour de telles opérations géotechniques. Le groupe de recherche du SED sur la sismicité induite (INDU@SED) travaille activement à combler cette lacune de connaissances en abordant le problème sous des angles variés.

Études observationnelles et expérimentales

Les premiers rapports sur une sismicité induite par les injections datent des années 1970, mais ne sont souvent pas bien documentés ou non accessibles aux chercheurs. C’est pourquoi une partie essentielle de nos recherches consiste à collecter des jeux de données à haute résolution et de bonne qualité, à les documenter scientifiquement et à les mettre à disposition de la recherche et de l’enseignement. Pour ceci, nous exploitons un parc d’instrumentation et développons de nouvelles méthodes pour améliorer la détection et l’analyse des microséismes et des petites modifications sous la surface.

À côté de ces études purement observationnelles, INDU@SED est fortement impliqué dans les études expérimentales sur la sismicité induite par les injections, allant de l’échelle du laboratoire (cm) jusqu’à l’échelle du terrain (km). À petite échelle, les conditions expérimentales peuvent être largement contrôlées et les expériences répétées de nombreuses fois. Les résultats de ces expériences nous aident à développer des procédures d’injection pour l’échelle de terrain qui optimisent la stimulation et minimisent le risque de séismes induits.

Modélisation numérique de la sismicité induite

Le test de modèles conceptuels par rapport aux observations réelles est une des clés de compréhension des processus sous-jacents à la sismicité induite. Pour ceci, INDU@SED met en œuvre la modélisation numérique. Nous développons des logiciels qui couplent l’écoulement de fluides dans des terrains poreux et fracturés avec des modèles thermo-hydrodynamiques, et des modes sismiques statistiques et physiques. Les prévisions hydro-mécaniques et sismiques de notre modèle peuvent être ensuite comparées aux données observées, et les paramètres du modèle étalonnés pour tenir compte de différentes conditions expérimentales. Cette approche a été appliquée avec succès rétroactivement pour modéliser des séquences de séismes induits par l’injection (par ex. Bâle, Soultz-sous-Forêts) et sera utilisée pour étudier de futurs scénarios pour des applications géothermiques profondes en Suisse.

Estimation en temps réel des risques sismiques induits

Un objectif important de nos travaux consiste à développer un système avancé de feux tricolores (Advanced Traffic Light System - ATLS) pour les expériences d’injection de fluides. Sur la base des données sismologiques et hydrauliques observées et du schéma d’injection prévu, ce système devrait être capable de prévoir la probabilité d’une somme de dommages sismiques M pouvant être dépassée au cours des X prochaines heures (risque sismique). Pour arriver à ce résultat, nous devons faire tourner notre modèle numérique en temps réel, et le réétalonner sans cesse par rapport aux données sismologiques et hydrauliques observées. Sur la base du risque sismique prévu, les exploitants peuvent adopter des mesures prédéfinies plusieurs heures avant que des niveaux inacceptables de risque soient atteints.

À la différence des systèmes de feu tricolores classiques, basés sur des magnitudes ou seuils de mouvement prédéfinis, l’ATLS s’adapte automatiquement aux modifications dynamiques de la réponse sismique du sous-sol. De cette manière nous espérons non seulement rendre possible l’arrêt des injections assez tôt pour éviter des dommages inacceptables, mais aussi définir des stratégies sur l’évolution des opérations après le déclenchement de certains niveaux d’alarme.

Coopération scientifique et conseil

Nous entretenons des relations scientifiques étroites avec des partenaires nationaux et internationaux dans le monde universitaire et industriel. Pour continuer à fertiliser ces échanges, INDU@SED accueille un atelier international sur la sismicité induite à Davos tous les deux ans.

Le conseil aux autorités suisses cantonales et fédérales sur tous les aspects de la sismicité induite est devenu une mission majeure d’INDU@SED. Dans le cadre de cette activité, soutenue par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) et SuisseÉnergie, nous élaborons des guides de meilleures pratiques et encourageons les normes intercantonales de gestion de la sismicité induite dans les projets géothermiques. Lire plus sur le projet GEOBEST-CH.