Contrôler l’activité sismique par des injections de fluides
Le 6 février 2023, un tremblement de terre de magnitude 7,8 a frappé la Turquie et la Syrie, tuant plus de 55 000 personnes. Les tremblements de terre sont des secousses destructrices qui seraient à l’origine de plus de la moitié des décès liés à des catastrophes naturelles, et qui entraînent également d’importants dégâts économiques. Prévoir les tremblements d e terre est une tâche extrêmement difficile, car ils se produisent souvent rapidement ou prennent naissance profondément sous la surface de la Terre. Les chercheurs du projet CoQuake, financé par le Conseil européen de la recherche, ont emprunté une voie différente, développant une approche révolutionnaire pour réduire les tremblements de terre en les contrôlant. «L’objectif premier de CoQuake était d’étudier la faisabilité du contrôle des tremblements de terre, une question scientifique difficile ayant des implications profondes pour la science et l’humanité», explique Ioannis Stefanou, professeur à Centrale Nantes en France et coordinateur du projet CoQuake. L’approche de CoQuake vise à prévenir la libération soudaine d’énergie sismique et donc à éviter les tremblements de terre catastrophiques et à sauver des vies. Cette démarche peut être réalisée en injectant de manière appropriée des fluides (tels que l’eau) dans la croûte terrestre, qui se diffusent sous terre et modifient efficacement la friction des failles sismiques matures. «En d’autres termes, CoQuake a démontré la possibilité d’induire un glissement asismique contrôlé par l’injection de fluide dans la croûte terrestre», explique Ioannis Stefanou. «Cette découverte ouvre de nouveaux horizons scientifiques et transforme une idée autrefois considérée comme de la science-fiction en un fait scientifique.»
Des études théoriques sur les tremblements de terre à la démonstration de principe
Le projet CoQuake comprend des travaux théoriques, numériques et expérimentaux. La première étape a consisté à étudier théoriquement la possibilité de prévenir les tremblements de terre à l’aide de la théorie mathématique du contrôle, qui utilise les rétroactions d’un système pour atteindre un objectif souhaité. En outre, de nouvelles installations expérimentales ont été conçues pour simuler en laboratoire des instabilités de type sismique et les contrôler. «Il convient de noter qu’au cours de ces avancées, de nouveaux résultats théoriques sont apparus avec des applications plus larges dans le domaine de la mécanique», ajoute Ioannis Stefanou. Des exemples notables sont le développement de réseaux de neurones artificiels basés sur la thermodynamique (TANN pour «Thermodynamics-based Artificial Neural Network»), qui permettent des simulations multi-échelles de matériaux inélastiques et l’étude détaillée des propriétés de frottement des failles des tremblements de terre. Les expériences en laboratoire de CoQuake ont démontré avec succès le potentiel de prévention des tremblements de terre dus à une faille unique et mature. CoQuake a mené à une série d’innovations dans différents domaines interdisciplinaires, y compris une fusion pionnière de la théorie du contrôle avec la mécanique des tremblements de terre et la capacité de stabiliser et de contrôler les systèmes de failles des tremblements de terre sans informations géologiques détaillées. L’équipe a également imprimé en 3D des échantillons semblables à des roches avec du sable, faisant ainsi le lien entre l’ingénierie des matériaux, la mécanique, la géomécanique, le génie civil, la géophysique et la géologie. «Ces échantillons ont joué un rôle déterminant pour reproduire des instabilités semblables à celles d’un tremblement de terre dans nos expériences, imitant le comportement de failles sismiques réelles en laboratoire», note Ioannis Stefanou.
Alimenter la communauté scientifique et contribuer à la recherche sur le climat
Les résultats de CoQuake peuvent être exploités par différentes communautés scientifiques. «Les concepts de contrôle des tremblements de terre utilisant des outils mathématiques rigoureux inspireront de nouvelles applications dans la mécanique des tremblements de terre et la mécanique en général», déclare Ioannis Stefanou. En raison de l’urgence climatique, différentes technologies peuvent être développées pour exploiter les sources d’énergie renouvelables souterraines et les stocker, mais elles sont actuellement entravées par l’activité sismique induite par l’homme. Les résultats de CoQuake alimenteront un nouveau projet financé par l’UE, INJECT, qui étudie comment équilibrer la sismicité induite avec la production et le stockage souterrains d’énergie renouvelable. «En fonction des résultats de ce nouveau projet, il pourrait être plus facile de mettre en œuvre des interventions sur le terrain et de contrôler concrètement les grands tremblements de terre catastrophiques à l’avenir», conclut Ioannis Stefanou.
Mots‑clés
CoQuake, tremblement de terre, sismique, activité, glissement, scientifique, communauté, climat, recherche, induit, théorique