Injections de fluide dans une zone de faille (LSBB, Rustrel) : sismicité induite et déformation asismique

Fluid-injections in a fault zone (LSBB, Rustrel) : induced seismicity and aseismic deformation

• Auteur / Autrice : Laure Duboeuf
• Direction : Anne Deschamps, Louis De Barros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la planète et de l'univers
• Date : Soutenance le 02/02/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Géoazur
• Jury : Président / Présidente : Françoise Courboulex
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Deschamps, Louis De Barros, Françoise Courboulex, Emmanuel Gaucher, Jean-Robert Grasso, Guillaume Daniel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Gaucher, Jean-Robert Grasso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogéologie

Rustrel (Vaucluse)

Séismes

Mots clés libres

Sismicité induite

Injection de fluides

Déformation asismique

Hydrogéologie

Induced seismicity

Fluid injections

Aseismic deformation

Hydrogeology

Résumé

Mieux appréhender la relation entre fluides, sismicité et déformation asismique est crucial en terme de risques et de ressources. Dans les zones d'injections de fluide une augmentation du taux de sismicité est observée, certains événements dépassant Mw=5. Quel est alors le rôle des fluides dans le déclenchement et le contrôle de la sismicité ? Une série d'injections de fluide à haute-pression a été réalisée dans les séries carbonatées du LSBB (Rustrel), dans la zone endommagée d'une faille inactive à 280 m de profondeur. Ces expériences in-situ ont permis l'étude des réponses sismiques et hydromécaniques (enregistrées par un large réseau de capteurs) de différentes structures géologiques à une stimulation hydraulique. Seuls certains tests ont été impactés par des séismes bien qu'une rupture ait été mesurée au point d'injection par un extensomètre. 215 séismes ont été détectés et se caractérisent par un contenu haute-fréquence (0.6 à 3 kHz) et de faible magnitude (-4.1 à -3.1). Leur localisation absolue et relative (précision de 1.5 m) a mis en évidence un manque de séismes à proximité du puits d'injection. En comparant le moment sismique cumulé et un moment équivalent de déformation, plus de 96 % de la déformation est asismique. Deux comportements sismiques distincts ont montré qu'au moins une partie de la sismicité était contrôlée par un transfert de contraintes. L'interprétation jointe des données géologiques, mécaniques, hydrogéologiques et sismiques a permis de reconstruire le mouvement des blocs de roches au point d'injection. Ainsi, la stimulation hydraulique de faille génèrerait un mouvement asismique, qui par transfert de contrainte, déclencherait la sismicité.

Better understanding how fluids pressure produce seismic or aseismic motion along faults is an important goal for seismic hazard assessment and for geological reservoir monitoring. Seismicity rate increase in fluid injection areas where some events may reach magnitude greater than 5. How fluids may induce and control seismicity? High-pressure fluid injections were performed in limestones, in the damaged zone of an inactive fault at 280m depth. These in-situ experiments allow to study the seismological and hydromechanical responses (recorded by 31 sensors) of different fracture types to a fluid perturbation. Only a few tests have generated seismicity even if ruptures are observed with a displacement sensor at the injection point. 215 earthquakes were detected and are characterized by high frequency content (0.6 to 3 KHz) and weak magnitude (-4.1 to -3.1). The relative and absolute locations (1.5m accuracy) indicate a lack of events in the vicinity of injection borehole. Comparing cumulated seismic moment with an equivalent deformation moment, more than 96% of the deformation is aseismic. Two distinct seismic behavior show that at least one part of the seismicity might be controlled by a stress transfer in the medium. Moreover, the joined interpretation geological, mechanical, hydrogeological and seismic data allow to build bloc motions at the injection point. Finally, our experiments showed that fluid injection mainly drives aseismic motion and the seismicity might be only an indirect effect related to stress transferred from the volume deformed by fluid pressurization.