Nous avons récemment appris que la Flandre avait également connu ses premiers tremblements de terre induits. Faut-il paniquer maintenant ?
Après tout, les tests d'injection dans le projet pilote de géothermie sur le site de Balmatt à Mol ont provoqué un essaim de micro-séismes à une profondeur d'environ 4 km à proximité immédiate du puits d'injection. Le tremblement de terre le plus fort de cet essaim avait une magnitude de 0,9 sur l'échelle de Richter.
Faut-il paniquer maintenant ? Y a-t-il maintenant aussi des situations de Groningue ? Faut-il arrêter la géothermie en Campine ? Rien de tout cela, au contraire...
Ce n'est pas vraiment une surprise que l'extraction de l'énergie géothermique - l'énergie géothermique - puisse provoquer des tremblements de terre. Après tout, plus de 30 ans d'expérience dans le monde entier avec l'énergie géothermique nous ont appris que l'activité sismique est inhérente à l'énergie géothermique. Un classique est The Geysirs en Californie, le plus grand champ géothermique en production au monde, où des milliers de micro-séismes induits sont enregistrés chaque année.
La principale caractéristique d'un réservoir géothermique , profondément dans le sous-sol, est bien sûr l'actuelle énergie géothermique † Cela dépend en grande partie du gradient géothermique dans la région, c'est-à-dire de l'augmentation de la température avec la profondeur. Dans le projet pilote Balmatt, le réservoir de calcaire a une température de 138°C à une profondeur d'environ 3600 mètres (voir Géothermie profonde en Campine :et après ? , VITO, 13 janvier 2017).
Cela donne un gradient géothermique d'environ 40°C par kilomètre. Par comparaison, dans le champ géothermique de Les Geysirs (Californie) on parle d'un gradient géothermique d'environ 100°C par kilomètre. Mais cette chaleur géothermique doit également être transportée à la surface de la terre. Pour cela, l'eau et la perméabilité de la roche réservoir sont d'une importance cruciale. L'eau actuelle après tout, le réservoir absorbe la chaleur géothermique de la roche.
Cette eau chaude est maintenant pompée via le puits de production. Mais pour maintenir l'équilibre hydrique du réservoir géothermique, et ainsi permettre l'extraction à long terme de l'énergie géothermique, il faut également réinjecter de l'eau « froide » dans le réservoir via des puits injecteurs. Cela forme finalement la base d'un système géothermique doublet .
Mais aussi la perméabilité - la perméabilité - de la roche réservoir est importante. Non seulement l'eau chaude doit pouvoir « s'écouler » vers le puits de production, mais une plus grande surface de contact entre l'eau et la roche assure un transfert de chaleur optimal de la roche à l'eau. Un réservoir géothermique « idéal » est donc plein de fissures, crevasses et fractures… autant que possible et de préférence dans toutes les directions. Il vaut mieux éviter les grandes pauses continues pour plusieurs raisons, mais nous en reparlerons plus tard.
Cette perméabilité, cependant, ose parfois échouer. Il faut alors agir. La perméabilité doit alors être « stimulée ». On parle alors de 'systèmes géothermiques améliorés' (EGS). Cette amélioration de la perméabilité peut être obtenue par l'injection d'eau à des pressions assez faibles. En conséquence, les fissures, crevasses et fractures présentes sont pressées pour permettre à l'eau de passer plus facilement sous pression.
Mais cela peut aussi se faire en injectant de l'eau à de (très) hautes pressions, ce qui fait que la roche se brise et crée ainsi une perméabilité supplémentaire. Cela vous semble familier, n'est-ce pas ? En effet, nous connaissons tous cette suralimentation hydraulique du réservoir. Il s'agit notamment de 'fracking' † Alors oui, notre énergie géothermique "verte" est également fracturée ! 'fracturation' cependant, cela se produit principalement à 'Hot Dry Rock' (HDR) géothermie, dans laquelle un réservoir hydrothermal est en fait construit dans la base cristalline profonde, chaude - et sèche - en injectant massivement de l'eau sous haute pression.
Vous l'avez déjà remarqué, nous parlons de presser les fissures et les fractures existantes, voire de casser la roche. Ce faisant, l'énergie de déformation élastique est libérée... et les tremblements de terre en sont le résultat. Ainsi, l'induction de tremblements de terre est inhérente aux réservoirs géothermiques stimulés. Heureusement, cela concerne principalement les micro-séismes (avec des magnitudes inférieures à 2,0 à 3,0 sur l'échelle de Richter). Ces micro-séismes ont des causes diverses. Tout d'abord, bien sûr, il y a l'augmentation de la pression du fluide dans le réservoir, principalement autour du puits d'injection. Cela provoque la contrainte effective qui maintient les fissures et les fractures fermées à un point tel qu'elles s'ouvrent ou se déplacent légèrement.
Selon le champ de contraintes local dans la croûte terrestre, seules de petites surpressions de quelques MPa sont nécessaires pour cela. Au fur et à mesure que la pression du fluide s'éloigne du puits d'injection, le nuage de micro-séismes dans la partie stimulée du réservoir entourant le puits d'injection augmente. Tous ces micro-séismes nous disent que la stimulation du réservoir se passe bien. En effet, ce sont précisément ces micro-séismes qui permettent de suivre de près l'évolution du réservoir géothermique, et donc aussi de pouvoir estimer quand les choses pourraient mal se passer.
Cette microsismicité est le seul outil dont nous disposons réellement pour gérer le réservoir, en profondeur. À des pressions d'injection élevées, la roche se brise, ce qui bien sûr provoque des tremblements de terre, tout comme avec la 'fracking' des réservoirs de gaz de schiste. Changements de température l'injection d'eau « froide » peut provoquer une contraction de la roche réservoir (thermo-élastique). Cela provoque également de petites différences de tension sur les fissures et les fractures, et peut donc donner lieu à des tremblements de terre. Aussi juste le changement de volume dans le réservoir en pompant l'eau chaude peut provoquer des perturbations de tension.
Et enfin, il peut y avoir une altération chimique apparition des surfaces de rupture. Si l'eau injectée est "étrangère", et a donc une composition chimique différente de l'eau de formation présente dans le réservoir, des réactions chimiques peuvent se produire, qui peuvent affecter la résistance au frottement des surfaces de faille, et ainsi conduire à terme à des tremblements de terre. . C'est pourquoi il est généralement envisagé de réinjecter la "propre" eau de formation qui est pompée.
Photo ci-dessus : Microsismicité dans Les Geysirs champ géothermique (Californie). Chaque point vert représente un foyer sismique d'un micro-séisme. Les étoiles rouges représentent un tremblement de terre d'une magnitude supérieure à 2,0 sur l'échelle de Richter. Les essaims de microsismicité se concentrent principalement autour des puits d'injection.
Un système géothermique bénéficie ainsi d'un grand volume de roche réservoir relativement fracturée, pleine de petites fractures et fissures. Ainsi, lors de la production du réservoir, le réservoir stimulé croît, ce qui s'accompagne d'une activité microsismique. Les grosses fractures sont à éviter, d'abord parce qu'elles peuvent constituer des voies préférentielles pour les mouvements de fluide dans le réservoir. Si l'eau « s'écoule » trop rapidement dans le réservoir, elle n'aura pas le temps d'absorber la chaleur de la roche. Le système géothermique perd ainsi de sa capacité. Mais bien sûr, de grandes failles signifient également une plus grande menace sismique.
Afin d'estimer la menace sismique, il est important de savoir que la magnitude d'un tremblement de terre est en fait déterminée par la taille de la surface de faille qui se déplace. Plus la surface de fracture est grande, plus le séisme potentiel est fort. Un réservoir géothermique fortement fragmenté, plein de petites fractures et fissures dans toutes les directions, est en fait la meilleure garantie que l'activité sismique se limite aux micro-séismes.
Les grandes fractures doivent donc être évitées, également pour la menace sismique. Parce qu'alors les choses peuvent effectivement mal tourner. Un exemple illustre de ceci est un projet pilote géothermique HDR dans la ville suisse de Bâle. Déjà à la première fracturation les tests du réservoir granitique profond (à environ 5 km de profondeur) ont échoué. Un séisme de magnitude 3,6 sur l'échelle de Richter a secoué Bâle le 8 décembre 2006. Ce tremblement de terre a marqué la fin du rêve géothermique à Bâle. Après tout, l'eau injectée s'était infiltrée dans une ancienne fracture continue du socle profond. La fracture s'est affaiblie et a traversé, entraînant un tremblement de terre «plus lourd». Ce même processus - des fuites vers d'anciens défauts de plinthe - nous le voyons également à plusieurs reprises dans les tremblements de terre "plus lourds" liés à la fracturation. dans le cadre de l'extraction du gaz de schiste.
Là aussi, la microsismicité peut venir à notre rescousse. Après tout, la microsismicité nous « montre » comment les fluides sous pression migrent à travers le réservoir. Si une « fuite » se produisait alors vers une faille plus importante, nous pouvons l'enregistrer sur la base de la migration (accélérée) des micro-séismes en direction d'une faille plus importante. Cela permet d'intervenir afin d'éviter au maximum le risque de séismes plus violents. C'est le cœur d'un système de gestion des risques, également connu sous le nom de Traffic Light System (TLS). Bien qu'un tel protocole de mesure et de contrôle ne garantisse pas que des tremblements de terre plus graves ne se produiront pas, comme l'a montré l'échec du projet à Bâle.
La surveillance sismique est donc une partie essentielle d'un projet géothermique. Les micro-séismes peuvent ainsi devenir un allié plutôt qu'une menace. Le réseau sismique est donc également étendu dans le cadre du projet pilote Balmatt. Et un projet de recherche est lancé pour utiliser cette microsismicité "découverte" comme instrument pour comprendre le comportement du réservoir géothermique.
Cette approche proactive est la meilleure assurance pour faire de la géothermie en Campine un succès. Et oui, les tremblements de terre induits continueront de faire partie de cette histoire. Et oui, la chance n'est pas négligeable que des tremblements de terre induits se fassent sentir, et éventuellement causent des dégâts. Mais ce n'est que par une approche proactive que nous pouvons éviter de nous retrouver dans des situations de Groningue.
