Conséquences d'une injection de fluide dans une faille géologique

Publié par Adrien le 07/07/2015 à 00:00
Source: CNRS-INSU
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Une expérimentation sur une faille inactive dans les calcaires du Laboratoire Souterrain à Bas Bruit de Rustrel-Pays d'Apt (UNSA, CNRS, UAPV), à environ 300m de profondeur, a permis de mesurer pour la première fois l'effet d'une injection de fuide dans un plan de faille au niveau d'un forage. Cette étude, menée par une équipe franco-américaine de chercheurs du CEREGE (UAM, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), IRD, Pythéas), de Géoazur (UNS, CNRS, IRD, OCA) de Caltech (USA) et de Penn State (USA) a été publiée dans la revue Science (15 juin 2015). Elle révèle un comportement inattendu des failles qui pourrait aider à mieux comprendre les séismes induits par les fluides.


A gauche la carotte prélevée dans le forage montrant le plan de faille. Au milieu le schéma expérimental: la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) est en gris, coupée par le plan de faille indiqué par les flèches rouges. Les tubes bleus, jaunes, verts mesurent les déplacements pendant l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...). Des sismomètres (schéma de droite) détectent les séismes selon trois directions (horizontales et verticale). © Guglielmi et al. Science 2015-07-06 11:12

Les failles géologiques peuvent se déformer et produire des tremblements de terre sous l'effet d'une augmentation de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) de fluides. Pour mieux comprendre le processus et le quantifier les chercheurs ont mené une expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences...) au Laboratoire Sousterrain à Bas Bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....). De l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) a été injectée sous pression dans une faille inactive pour comprendre comment les fluides affectent l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) sismique. La faille est située dans les calcaires du Laboratoire à environ 300m de profondeur. Des forages verticaux ont été creusés à travers le plan de faille qui est de taille pluri-hectomètrique. Puis une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) spécialement conçue pour l'expérience a été positionnée dans les forages de part et d'autre du plan de faille. La sonde comprend une chambre d'injection (entre deux packers) qui permet de pressuriser très localement le plan de la faille. Dans la chambre, un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) est ancré aux parois du forage. Quand la pression augmente dans la chambre et que l'eau commence à diffuser dans la faille, celle-ci se met à bouger sous l'effet de la variation de contraintes. Le capteur enregistre ainsi des déplacements de l'ordre du millimètre (en glissement et en ouverture normale au plan de faille). L'activée du plan de faille est estimée à un rayon de l'ordre de 10 à 15m autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du forage d'injection. Le glissement sur la faille a été mesuré en continu pendant que les fluides s'écoulent et modifient les contraintes dans la roche.

Dans les premières minutes de l'injection d'eau, la faille glisse sans activité sismique. Ensuite, le glissement s'accélère et des séismes de faible magnitude (M < -2) se produisent. Ces mesures au coeur de la faille montrent sans ambiguïté que l'augmentation de la pression d'eau produit principalement un glissement non sismique d'environ 1 millimètre. La sismicité observée dans cette expérience est un effet indirect qui se produit en dehors de la zone des fluides. C'est la première fois qu'un tel contrôle est déterminé. Ces mesures in-situ ont aussi permis de montrer un lien entre l'évolution de la perméabilité et de la friction sur la faille et la vitesse de glissement.

Ce travail a été mené grâce au soutien de l'ANR, dans le cadre des projets HPPP-CO2 (Resp.: Yves Guglielmi, Cerege) et HYDROSEIS (Resp.: Frédéric Cappa, Géoazur), de l'Académie des Sciences (Prix Louis Gentil-Jacques Bourcard) et du Tectonics Observatory de Caltech. Cette étude a fédéré 4 laboratoires: Cerege, Géoazur, Caltech et Penn State.
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