Les tremblements de terre peuvent-ils être provoqués par l’homme?

Un barrage, une mine ou un puits d’injection peuvent-ils déclencher un tremblement de terre? La réponse est oui dans certains contextes. Une activité humaine peut modifier la pression ou les contraintes près d’une faille déjà chargée, sans commander les plaques tectoniques comme un interrupteur. Le bouton rouge capable de réveiller toute la planète reste une belle histoire et un mauvais dossier.

Activités humaines et séismes : la piste est réelle, pas magique

Un séisme commence par un glissement soudain sur une faille. Les plaques tectoniques se déplacent lentement, mais le frottement peut bloquer leurs bords. La contrainte augmente jusqu’à ce que la résistance de la faille cède, libérant de l’énergie sous forme d’ondes sismiques.

Dans un séisme induit, l’activité humaine ajoute une perturbation à un système souterrain déjà proche de la rupture. Elle peut modifier la pression de l’eau dans les pores de la roche, retirer des fluides ou du matériau, remplir un réservoir ou changer les contraintes autour d’une exploitation. Elle ne fabrique généralement pas une nouvelle faille : elle peut déclencher le glissement d’une faille existante.

Le United States Geological Surveyorganisme scientifique fédéral américain, recense des séismes induits dans plusieurs pays. Il cite notamment les réservoirs, les mines à ciel ouvert ou souterraines, le retrait de fluides et de gaz souterrains ainsi que l’injection de fluides dans des formations profondes. Le phénomène est documenté, mais il dépend toujours du site et de l’opération.

Le mode opératoire : on injecte, on retire, on charge

Quatre façons de déplacer l’équilibre souterrain

Les activités en cause ne produisent pas toutes le même effet. Les principaux mécanismes sont les suivants :

• Réservoirs : le remplissage d’une grande retenue modifie les conditions mécaniques et hydrologiques du sous-sol.
• Mines : les exploitations de surface et souterraines changent la répartition des contraintes dans le massif rocheux.
• Extractions : le retrait de pétrole, de gaz ou d’eau modifie la pression et l’équilibre mécanique des roches.
• Injections : la géothermie, l’élimination d’eaux usées et certains stockages souterrains augmentent la pression dans les pores. Cette pression peut affaiblir une faille déjà fortement sollicitée.

La proximité d’un puits ne suffit toutefois pas à établir la responsabilité de l’opération. Il faut comparer la chronologie des injections ou des extractions avec la localisation et la profondeur des séismes, puis examiner la géologie et les mécanismes physiques en jeu. Sinon, on transforme une coïncidence en accusation. La légende tient alors debout comme un château de cartes.

Pohang : le séisme de 2017 ne tient pas à une simple coïncidence

En 2017, un séisme de magnitude de moment 5,5 s’est produit près d’un site de géothermie profonde à Pohang, en Corée du Sud. Le cas a été particulièrement documenté grâce aux données de stimulation hydraulique et à la surveillance sismique réalisée sur le site.

Une étude publiée en 2020 dans Nature CommunicationsCausal mechanism of injection-induced earthquakes through the Mw 5.5 Pohang earthquake case studya modélisé l’évolution de la pression des pores et le transfert statique de contraintes de Coulomb. Cette publication scientifique est utile ici parce qu’elle ne s’arrête pas à la proximité entre une installation et un épicentre.

Dans le scénario proposé par les auteurs, la hausse de pression des pores a initié une activité sur des failles déjà fortement contraintes. Les petits séismes ont ensuite modifié les contraintes autour d’eux, ce qui a favorisé la poursuite de la séquence et l’apparition d’événements plus importants. À Pohang, la corrélation dans le temps et dans l’espace a été associée à un mécanisme physique modélisé.

Ce résultat concerne un cas précis, avec une géologie et un historique d’opérations propres au site. Il ne signifie pas que toute injection provoquera un séisme de magnitude 5,5. Faire de Pohang une règle universelle serait une autre manière de faire parler une étude au-delà de ses résultats.

Une petite magnitude peut-elle quand même poser problème?

Oui. Le chiffre de magnitude ne suffit pas à décrire le risque. L’aléa dépend de la probabilité et de l’intensité d’un événement, tandis que le risque inclut aussi ses conséquences pour les personnes, les bâtiments et les infrastructures. Une secousse induite faible peut être ressentie près d’une zone habitée. Un événement plus important peut avoir des effets différents selon sa profondeur et son environnement.

L’USGS indique que la plupart des séismes induits sont de faible magnitude et présentent peu de danger, tout en rappelant que des événements plus importants et potentiellement dommageables se sont déjà produits. Petit ne veut donc pas dire inexistant, et grand ne résume pas à lui seul le danger.

La perception du phénomène ajoute une autre couche à l’enquête. Au Royaume-Uni, le gouvernement a invoqué la sismicité induite comme raison majeure du moratoire anglais sur le gaz de schiste annoncé en novembre 2019. Une étude publiée dans Scientific Reports en 2022, Effect of linguistic framing and information provision on attitudes towards induced seismicity and seismicity regulationa mené trois vagues d’enquête au Royaume-Uni auprès de 2 777, 1 858 et 1 439 personnes. Elle testait notamment l’effet du vocabulaire utilisé, des chiffres réglementaires et des comparaisons avec d’autres secteurs.

Cette enquête porte sur les attitudes, pas sur la cause physique des séismes. Elle rappelle cependant pourquoi le débat peut se brouiller : un même événement change de portée dans le récit selon qu’on le décrit comme un tremblement, un séisme ou un risque industriel. Le biais de confirmation et l’effet de répétition peuvent ensuite consolider une explication simple. Une histoire qui circule beaucoup devient familière, pas nécessairement vraie.

Le piège du téléphone arabe : corrélation n’est pas causalité

Une secousse survenant près d’un chantier peut avoir une cause naturelle. Les failles continuent de fonctionner en dehors des périodes d’activité industrielle. Pour attribuer un événement à une opération, les chercheurs confrontent plusieurs indices : le calendrier des injections ou des extractions, la position des hypocentres, la profondeur, les variations de pression et la compatibilité du mécanisme avec la géologie locale.

Le transfert de contraintes complique encore le raisonnement. Une petite rupture peut modifier les forces autour d’une faille voisine. Le lien ne suit donc pas toujours une ligne droite entre un puits et un épicentre. La corrélation indique où chercher; elle ne suffit pas à conclure.

L’article Earthquake hazard and risk analysis for natural and induced seismicity: towards objective assessments in the face of uncertaintypublié dans le Bulletin of Earthquake Engineering en 2022, traite précisément des incertitudes liées à la connaissance incomplète des failles et à l’estimation de l’aléa. Cette publication scientifique rappelle qu’une comparaison correcte doit tenir compte à la fois de la probabilité, de la gravité possible et des conséquences au sol.

Peut-on arrêter un séisme provoqué par l’homme?

On ne sait pas empêcher un séisme tectonique naturel de se produire. Pour une sismicité induite, une action sur l’activité à l’origine du phénomène est parfois possible : réduire les débits et les volumes injectés, modifier le calendrier des opérations ou les interrompre si la surveillance montre une évolution préoccupante.

L’USGS cite des cas de séismes liés à l’injection d’eaux usées dans des puits profonds au Colorado, dans l’Ohio et en Arkansas. Ces séismes ont cessé après l’arrêt des injections. Réduire ou interrompre l’opération peut donc diminuer la sismicité induite, sans garantir une prédiction parfaite de chaque événement.

La surveillance ne remplace pas l’analyse du site. L’étude de Pohang publiée en 2020 suggère de suivre les changements de pression des pores, la localisation des premiers séismes et le transfert statique de contraintes. Ces indicateurs peuvent aider à adapter une opération avant qu’une séquence ne s’intensifie, mais ils ne fournissent pas une date automatique pour le prochain séisme.

Une étude publiée le 9 août 2024 dans Philosophical Transactions of the Royal Society AEffects of reservoir mechanical properties on induced seismicity during subsurface hydrogen storagea utilisé des simulations numériques tridimensionnelles d’un réservoir poreux souterrain traversé par une faille. Dans le scénario étudié, la faille glissait pendant les deuxième et troisième périodes d’injection, mais pas pendant le stockage ni le retrait. Les résultats variaient selon les propriétés mécaniques de la roche, sa perméabilité et le rythme d’injection.

Cette étude décrit une simulation, pas un séisme observé dans un stockage commercial d’hydrogène. Elle montre pourquoi chaque projet doit tester ses propres paramètres avant d’injecter. Le sous-sol n’est pas un bouton, mais il n’est pas non plus un coffre-fort indifférent à ce qu’on y fait.