Au cours de la dernière décennie, les personnes vivant dans le centre des États-Unis ont subi beaucoup plus de tremblements de terre de petite à moyenne ampleur que jamais auparavant. Par exemple, bien que l'Oklahoma se trouve 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 était passé à plus de 900 tremblements de terre par an, dont 30 avaient une magnitude de moment supérieure à 4,0 (ce qui est suffisamment fort pour provoquer la ruine). Un séisme d'une magnitude de 5,7 a frappé 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 d'un,500 rapports d'événements de secousses destructeurs ont été documentés dans des zones auparavant pacifiques. Cette sismicité accrue a probablement été provoquée par les activités industrielles humaines. Environ huit millions de personnes vivaient dans les zones où les tremblements de terre se multipliaient, et les responsables de la sécurité publique voulaient comprendre les raisons de l'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 ont été causés par des activités industrielles humaines, principalement par l'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 du fluide à proximité de failles profondes préexistantes. Les fluides d'eaux usées dans les puits d'évacuation profonds étaient souvent situés à plus d'un mile sous terre, et l'évacuation des eaux usées augmentait la pression sur les fluides occupant déjà l'espace poreux. Cette augmentation de pression a libéré 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, 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 étaient augmentées, comme l'hypothèse le prévoyait, et rares lorsque les pressions étaient abaissées. Il a également été démontré que 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 pour 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 provoqué des tremblements de terre. être la principale cause des tremblements de terre induits en Colombie-Britannique et dans l'ouest de l'Alberta ainsi que dans certains sites aux États-Unis, la fracturation en soi n'était cependant pas la principale cause de l'activité sismique induite dans l'Oklahoma et dans plusieurs autres endroits aux États-Unis,où les tremblements de terre étaient principalement dus à l'injection d'eaux usées. Un tremblement de terre notable par extraction de fluide, un événement de magnitude 4,8, a eu lieu 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 débits et volumes d'injection de fluide, les orientations des failles, les contraintes accumulées et les propriétés de la roche doivent tous être optimaux pour provoquer des tremblements de terre.les orientations des failles, les contraintes accumulées et les propriétés des roches doivent toutes être optimales pour provoquer des tremblements de terre.les orientations des failles, les contraintes accumulées et les propriétés des roches doivent toutes être optimales pour provoquer des tremblements de terre.
Les scientifiques avaient étudié les failles et les tremblements de terre naturels et induits pour mieux comprendre et prédire les tailles et les emplacements des futurs tremblements de terre induits. L'ampleur ou la taille du séisme est liée à la zone qui se rompt sur la faille. Les scientifiques ont examiné les archives 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 7,5 qui ont frappé en 1811–1812 près de New Madrid, Missouri. Des tremblements de terre dans l'est de l'Amérique du Nord se sont produits sous la 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 se sont demandé si les tremblements de terre induits pouvaient déclencher de grands tremblements de terre sur d'anciennes failles voisines dans lesquelles les tensions accumulées étaient prêtes à être libérées. Le tremblement de terre de 2011 à Prague, en Oklahoma, a répondu à cette question en démontrant que des tremblements de terre d'une magnitude de 5,7 pourraient 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 sont restés mal compris dans de nombreux endroits du centre et de l'est des États-Unis, comme l'Oklahoma, et des efforts scientifiques étaient en cours par le US Geological Survey, d'autres agences étatiques et fédérales, des institutions académiques et en partenariat avec l'industrie pétrolière pour identifier les emplacements de ceux qui étaient potentiellement les plus dangereux.
L'événement de 2011 à Prague était 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, Oklahoma, qui pourrait avoir été induit. Cependant, des tremblements de terre induits plus forts ont été observés ailleurs. Près de Koynanagar, Inde, en 1967, un tremblement de terre dévastateur de magnitude 6,3 a été soupçonné d'avoir été déclenché par des niveaux élevés d'eau stockée dans un réservoir, et les activités de prélèvement de gaz en Ouzbékistan ont probablement été à l'origine 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. En outre, les géologues ont reconnu des failles et des ruptures de tremblements de terre préhistoriques générés par des tremblements de terre de magnitude 7,0 dans l'Oklahoma et le Colorado. Études des tremblements de terre dans les intérieurs continentaux en dehors des États-Unisa 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 pourraient 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 aboutissait, il aurait plus de chances d'avoir une magnitude plus proche de 6,0 que de 7,0, similaire aux tremblements de terre induits dans des régions analogues.
Augmentation du risque de tremblement de terre.
Les tremblements de terre induits et naturels provoquent des niveaux similaires de secousses du sol. Cependant, comparés aux tremblements de terre naturels, les tremblements de terre induits sont souvent moins profonds et pourraient ne pas secouer le sol aussi violemment loin de l'épicentre du tremblement de terre. Bien que de subtiles différences de tremblement entre les deux types aient été observées, des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour comprendre ces propriétés de tremblement.
Les projections de secousses du sol menées par l'US Geological Survey ont indiqué que les tremblements de terre induits augmentaient le risque dans l'Oklahoma et dans d'autres endroits où les processus industriels influencent les stress dans la Terre, comme le montrent les prévisions sur un an de 2016 pour les tremblements de terre induits et naturels. Le calcul du danger exigeait des informations sur le lieu et la fréquence des tremblements de terre, 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 fortement considéré la fréquence des tremblements de terre de 2015, ont utilisé la théorie sismologique standard - les plus grands tremblements de terre induits devraient généralement avoir une magnitude inférieure ou égale à 6,0 - et ont appliqué un nouveau modèle de mouvement du sol qui a fourni 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 subir des secousses en 2016, les plus fortes chances (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 avérés tout à fait capables de provoquer la ruine 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, Okla., Le 13 février.
La fréquence des tremblements de terre dans cette région, cependant, a 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 plus à zéro. Cette réduction pourrait être liée au prix du pétrole (qui a considérablement chuté en 2015 et 2016, réduisant ainsi l'extraction et l'injection d'eaux usées) et des mesures réglementaires qui ont diminué le volume d'eaux usées pompées dans les forages profonds. Les données initiales laissaient espérer que les taux de séismes induits continueraient de diminuer en 2016; cependant, les activités d'injection se sont poursuivies dans les zones à taux élevé de sismicité, et on ne savait pas si des volumes d'injection plus faibles élimineraient les tremblements de terre induits ou les retarderaient simplement.
Alors que les augmentations de la fréquence des tremblements de terre induits étaient plus visibles 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 Coso. En outre, 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 continué à enquêter sur les tremblements de terre induits pour mieux atténuer les futurs effets des tremblements de terre.
Mark D. Petersen
