Les séismes induits de l’Oklahoma associés à des injections profondes d’eaux usées dans le sol
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Une nouvelle étude suggère un lien robuste entre la fréquence des séismes et l’injection profonde des eaux usées qui est utilisé dans la fracturation hydraulique. Depuis plusieurs années, l’Oklahoma est devenu une zone sismique importante à cause des milliers de puits répartis à travers l’Etat.
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Selon une nouvelle étude menée par l’Université de Bristol, les séismes d’origine humaine dans l’Oklahoma aux États-Unis sont étroitement liés à la profondeur à laquelle les eaux usées de l’industrie pétrolière et gazière sont injectées dans le sol. L’Oklahoma a été une zone intense sur le plan sismique dans la dernière décennie avec le nombre de tremblements de terre destructeurs incluant celui de magnitude de 5,8 à Pawnee en 2016 qui affectent régulièrement la vie des résidents en conduisant à des poursuites contre les opérateurs des puits.
Sommaire
Séisme d’origine humaine et injection des eaux usées
Les tremblements de terre provoqués par l’homme ou induits représentent un risque accru pour les infrastructures critiques telles qu’une importante installation commerciale de stockage de pétrole à Cushing ce qui en fait une menace pour la sécurité nationale. Le lien entre la sismicité, la fréquence des tremblements de terre, et l’injection profonde de fluide dans les formations rocheuses souterraines est bien établi, mais les scientifiques, les décideurs et l’industrie pétrolière et gazière ont été surpris par l’augmentation sans précédent des séismes. À son apogée, il y a eu une augmentation d’environ 800 fois du nombre annuel de tremblements de terre dans l’Oklahoma depuis 2011.
Les opérateurs de puits de l’Oklahoma ont injecté en moyenne 2,3 milliards de barils par an dans le sol depuis 2011. Les eaux usées sont généralement injectées à des profondeurs de 1 à 2 kilomètres sous la surface du sol bien en dessous des nappes phréatiques. En outre, l’eau salée est injectée profondément sous terre pour permettre la récupération du pétrole et du gaz.
La profondeur de l’injection du puits associé à des séismes
Désormais, une étude importante de l’Université de Bristol et publiée dans la revue Science montre de manière concluante que la sismicité de l’Oklahoma est fortement liée à la profondeur de l’injection.1 Le Dr Thea Hincks, chercheur principal à l’École des sciences de la Terre de l’Université de Bristol, a déclaré : Notre nouvelle modélisation fournit une base ciblée et probante pour gérer une réduction substantielle de la sismicité induite dans l’Oklahoma avec de nombreuses possibilités. C’est un pas de plus dans la compréhension de l’évolution de la sismicité dans la région de l’Oklahoma.
Une infographie montrant les causes et les conséquences des séismes induits en Oklahoma – Crédit : Dr. Thomas Gernon, University of Southampton
À l’aide d’un modèle informatique intégrant des registres d’injection de puits et des données sismiques de l’US Geological Survey, l’équipe a examiné les liens entre le volume, la profondeur et l’emplacement des injections ainsi que les caractéristiques géologiques sur une période de 6 ans. L’étude a utilisé un nouveau logiciel, Uninet, qui a déjà été utilisé pour développer des modèles de risque causal pour l’industrie aéronautique.
L’Oklahoma, un laboratoire pour observer les séismes induits
L’équipe a constaté que les effets conjoints de la profondeur et du volume sont critiques et que le volume d’injection devient plus influent et plus susceptible de causer des tremblements de terre aux profondeurs où les roches sédimentaires stratifiées rencontrent les roches cristallines. En effet, les puits plus profonds permettent un accès plus facile aux fluides dans les roches fracturées du sous-sol qui sont beaucoup plus sujettes aux tremblements de terre.
Tom Gernon, professeur agrégé en sciences de la Terre à l’Université de Southampton et co-auteur de l’étude, a déclaré : Les causes sous-jacentes des tremblements de terre induits dans l’Oklahoma sont une question ouverte et complexe, notamment parce qu’il y a plus de 10 000 puits d’injection avec des opérateurs et des caractéristiques d’exploitation différentes et tout ce beau monde se trouvent dans une zone de géologie complexe.
Grâce à un modèle capable d’analyser des ensembles de données volumineux et complexes, notre étude établit pour la première fois un lien clair entre la sismicité et la profondeur d’injection de fluide. L’étude montre également comment l’élévation des profondeurs des puits d’injection au-dessus des roches du sous-sol pourrait réduire considérablement l’énergie annuelle libérée par les tremblements de terre en réduisant ainsi la probabilité relative des tremblements de terre plus importants et dommageables. Les interventions réglementaires actuelles obligent les opérateurs à réduire l’injection ou à élever des puits au-dessus du sous-sol.
Le professeur Willy Aspinall de l’Université de Bristol et Aspinall & Associates, qui a conçu l’étude, a ajouté : Ce nouveau diagnostic a des implications potentielles pour les scientifiques, les régulateurs et les autorités civiles préoccupés par la sismicité induite aux États-Unis et à l’étranger. Notre analyse permet d’évaluer les actions réglementaires sur une base rationnelle et quantitative en termes d’effets sismiques.
