Le 16 août 2012, les habitants du petit village néerlandais de Huizinge ont été secoués par un tremblement de terre d'une ampleur inexplicable, d'une magnitude de 3,6. L’extraction de gaz dans le champ gazier voisin de Groningue, l’un des plus grands gisements de gaz terrestres au monde, a été le déclencheur. La région ne connaît généralement pas de tremblements de terre naturels, et il s’agit du pire séisme provoqué à frapper les Pays-Bas à ce jour.
Des endroits comme Groningue, le plateau indien du Deccan et l’Oklahoma sont tectoniquement stables. Ils ne se situent pas aux limites des plaques tectoniques sujettes aux tremblements de terre. Les lignes de faille dont ils disposent se trouvent à seulement quelques kilomètres sous la surface, trop peu profondes pour déclencher des secousses naturelles importantes. Même si les roches situées le long de ces failles avaient glissé il y a des millions d’années, elles ont depuis guéri, établissant des liens plus solides entre ces fractures peu profondes.
Pourtant, les activités humaines – telles que l’exploitation minière, l’extraction de pétrole et de gaz, la construction de barrages et l’exploitation de l’énergie géothermique – ont déclenché des séismes inattendus dans ces régions stables.
« Normalement, ce que nous pensons – sur la base des manuels de physique sismique – c'est que si les failles s'accentuent, vous ne devriez pas pouvoir déclencher un tremblement de terre », explique Ylona van Dinther, physicienne sismique de l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas. « Mais nous avons souvent assisté à des tremblements de terre à Groningue. » La secousse de 2012 a poussé les autorités à arrêter l’extraction de gaz de ce champ.
Il s’avère que les défauts stationnaires et curatifs sont vulnérables à l’intervention humaine. De telles failles emmagasinent de la force au cours de millénaires d'inactivité, et les activités humaines peuvent alors les pousser à bout, libérant d'un seul coup cette force accumulée, rapportent van Dinther et ses collègues du 15 octobre dans Communications naturelles.
Il y a quelques années, les collègues de van Dinther ont examiné les roches situées sous le champ gazier de Groningen et ont découvert que les failles sous-jacentes étaient d'un type qui se renforce après un mouvement tectonique. Contrairement à certaines failles plus profondes situées au bord des plaques tectoniques, plus les roches de chaque côté de ces failles stables passent du temps à proximité sans glisser, plus la zone de contact entre elles augmente.
« Aux Pays-Bas, ces failles n'ont pas bougé depuis des millions d'années », explique van Dinther. « Au fur et à mesure qu'ils restent collés ensemble, ils deviennent plus forts. Nous appelons cela la guérison frictionnelle. »
Si deux plaques tectoniques tentent de se croiser mais que la faille entre elles est bloquée, les contraintes commencent à s'accumuler au niveau de cette faille. En fin de compte, les roches de chaque côté de la faille « glissent » pour soulager les contraintes du bâtiment, déclenchant ainsi un tremblement de terre. En revanche, les failles stables « intra-plaque » ne se trouvent pas sur une limite majeure de plaque et ne sont donc pas bousculées par les plaques en mouvement. Mais ils peuvent subir d’autres stress.
Pour la nouvelle étude, van Dinther et son équipe ont utilisé des simulations informatiques pour étudier ce qui se produit lorsque des défauts intra-plaques guérissent sans être perturbés pendant des millions d'années, puis subissent soudainement une perturbation semblable à l'extraction de gaz. Cela accentue les défauts, et après environ 35 ans, la tension croissante brise la force supplémentaire de « guérison par friction ». À ce stade, toute cette force supplémentaire « guérie » est brusquement libérée de la faille, provoquant une baisse plus importante que prévu de la contrainte accumulée et déclenchant un tremblement de terre induit.
Du côté positif, une fois la force libérée, la faille devient silencieuse et le risque d'un autre tremblement de terre au niveau de cette faille est très faible, a observé l'équipe, car il faudrait plusieurs millions d'années pour que la faille reconstruise toute cette force. Mais avec plus d’un millier de défauts de guérison dans des régions stables, l’activité humaine pourrait déclencher de multiples secousses au fil du temps, comme cela s’est produit à Groningue.
Ces tremblements de terre induits transforment les failles peu profondes qui protégeraient normalement contre les secousses naturelles en un handicap ponctuel. La proximité des failles avec la surface peut finir par libérer plus d'énergie à la surface, secouant ainsi considérablement le sol. Les infrastructures dans des régions aussi stables par convention ne sont pas construites pour résister aux tremblements de terre.
Les parties prenantes souhaitant développer des projets dans de telles zones doivent comprendre les failles sous-jacentes et les risques qu'elles posent, explique le géophysicien Daniel Faulkner de l'Université de Liverpool en Angleterre, qui n'a pas participé à l'étude. Même si les entreprises finissent par abandonner l’extraction de pétrole et de gaz, elles auront toujours besoin de la surface de la Terre pour y trouver des ressources propres et renouvelables telles que l’énergie géothermique. « De nombreux projets géothermiques dans le monde ont été stoppés par [induced] sismicité », explique Faulkner. En 2017, un tremblement de terre dévastateur a frappé Pohang, en Corée du Sud, à cause d'un projet géothermique à proximité, que les autorités ont ensuite fermé.
van Dinther dit que les entreprises devraient essayer d'extraire les ressources de manière à déclencher un mouvement lent le long des failles, par opposition à une libération rapide de la force refoulée. Cela pourrait impliquer de contrôler soigneusement le débit et le volume de fluide injecté dans la Terre pour exploiter l’énergie géothermique, soit en commençant lentement et en augmentant progressivement, soit en injectant du fluide de manière cyclique.
Néanmoins, dit-elle, les promoteurs devraient être conscients et informer les autres habitants de la région qu'un tremblement de terre pourrait se produire. « Nous devrions tenir compte de l’effet de guérison et de renforcement dans l’évaluation des risques. »
