De minuscules grondements sismiques peuvent avertir que les activités humaines telles que la fracturation hydraulique exercent suffisamment de pression sur les failles souterraines pour déclencher un séisme plus important.
Les analyses d'une décennie de données sismiques du bassin sédimentaire de l'ouest canadien de l'Alberta montrent que 92 pour cent des tremblements de terre induits par la fracturation hydraulique ont été précédés par des secousses anticipées plus petites, rapportent des chercheurs le 27 août. Science. Mais de nombreuses incertitudes subsistent quant au pourquoi et à la manière dont ces chocs se produisent, note l’équipe. Cela signifie que, bien qu’elles restent utiles en tant qu’avertissements à court terme, les secousses anticipées peuvent produire des prévisions de tremblements de terre à la fois faussement positives et faussement négatives.
Une étude historique réalisée en 2015 a été la première à démontrer de manière concluante que la fracturation hydraulique avait déclenché des dizaines de tremblements de terre dans l'Ohio. Depuis lors, de nombreuses études ont montré que les activités humaines qui impliquent l’injection de fluides dans le sol – pour la fracturation hydraulique ou la fracturation hydraulique, l’énergie géothermique améliorée ou l’évacuation des eaux usées – peuvent déclencher des tremblements de terre. La plupart des grondements sont relativement faibles. Mais certains séismes d'origine humaine sont suffisamment puissants pour secouer les communautés voisines, comme un séisme de magnitude 5,6 en 2022 provoqué par l'injection d'eaux usées lors d'activités d'extraction de pétrole près de la ville de Peace River, au Canada.
Les agences de régulation du monde entier ont mis au point un « protocole de feux tricolores » pour tenter de gérer ce risque sismique croissant. Un feu vert signifie que les opérations d’injection avancent à toute vapeur. Lorsque les données sismiques s’accumulent et suggèrent qu’un séisme potentiellement dommageable pourrait être sur le point de se produire – un feu jaune – les opérations s’arrêtent. Idéalement, il y a suffisamment d'avertissements pour qu'un arrêt se produise avant que le feu ne devienne rouge.
Les petits tremblements de terre anticipés sont le principal moyen par lequel les opérateurs industriels sur les sites de fracturation hydraulique ou sur d’autres sites savent que le feu est passé au jaune. Mais le problème est que l'on comprend peu de choses sur les causes des secousses anticipées et sur la fréquence à laquelle elles sont réellement les signes avant-coureurs d'une secousse principale plus dangereuse, disent Bei Wang, géophysicien à l'Université de technologie du Zhejiang à Hangzhou, en Chine, et ses collègues.
Wang et son équipe ont analysé les données sismiques de l'ouest du Canada de 2014 à 2024, qui comprenaient environ 70 000 tremblements de terre. Parmi celles-ci, l’équipe a identifié 77 chocs principaux d’une magnitude d’au moins 3 liés à la fracturation hydraulique. Ensuite, l’équipe a recherché des pré-séismes, des séismes plus petits qui auraient pu se produire dans un rayon de 5 kilomètres et cinq jours après chaque choc principal.
Des secousses anticipées se sont produites avant 71 de ces séismes de fracturation, soit 92 % du temps. Cela signifie que la plupart du temps, il y a un voyant jaune qui donne aux opérateurs le temps de freiner l'injection de fluide, explique Ryan Schultz, sismologue à l'ETH Zurich qui n'a pas participé à la nouvelle étude. La mauvaise nouvelle, bien sûr, c'est que cela signifie que « 8 % du temps, il n'y a pas d'avertissement ; vous passeriez juste devant le feu jaune. »
Même parmi les 92 pour cent, il y avait beaucoup d’incohérence. Dans certains cas, il y a eu un seul choc préliminaire ; dans d’autres, il pourrait y avoir jusqu’à 700 petits séismes dans la fenêtre de pré-choc pour une seule secousse principale.
Wang et ses collègues proposent trois voies générales par lesquelles l'injection de fluides sous terre pourrait conduire d'abord à des pré-chocs, puis à un choc principal : les fluides pourraient, par exemple, affaiblir progressivement la fracture principale de sorte qu'elle glisse lentement ; ils pourraient simplement accroître la pression sur la région jusqu’à ce qu’elle échoue soudainement ; ou bien ils pourraient créer un effet domino, provoquant un glissement sur plusieurs fractures successives.
Ce sont des idées d’interaction tremblement de terre-séisme qui existent depuis les années 1990, dit Schultz. Mais cela reste des hypothèses, et différents systèmes géologiques sous-jacents peuvent avoir différents mécanismes de déclenchement. Une chose qui sera essentielle pour améliorer considérablement la compréhension de ces mécanismes est le libre accès aux données sismiques et de pompage collectées par les entreprises au cours de leurs activités, dit-il. Cette disponibilité des données n'est pas garantie ; cela varie d'un pays à l'autre, ou aux États-Unis, d'un État à l'autre.
« Une grande partie de cette étude soulève un problème », notant les failles du protocole des feux de circulation, en particulier la possibilité de passer directement du vert au rouge sans aucun avertissement. « Cette étude quantifie un peu la fréquence à laquelle ces sauts se produisent et quels types de processus physiques sont liés à la création de ces sauts. »
Un autre aspect de l'amélioration du protocole consiste à définir ce qui constitue un risque inacceptable, en termes de dommages, explique Schultz. « Ensuite, vous réglez le feu rouge un peu plus loin. Vous voulez freiner avant d'être au mur, pas dès que vous êtes au mur. Il y a beaucoup de plaintes à ce sujet, mais c'est la meilleure solution que nous ayons pour le moment. »
