Sismicité induite, variations de vitesses sismiques et de chargement hydraulique dans un aquifère profond, Annecy (France)

Stage de 6 mois, entre Mars et Septembre 2022

Bien qu’il semble naturel de profiter de la chaleur de la Terre pour le chauffage ou la production d’énergie, l’utilisation de cette ressource se heurte à de nombreuses difficultés. La sismicité induite est notamment un facteur limitant très fort pour les projets utilisant l’énergie géothermique à moyenne profondeur (2 km) dans les régions où les contraintes tectoniques, même d’intensité modérée, sont présentes. Son étude est donc une question importante.
La région d’Epagny-Annecy est un site excellent pour étudier, sans procéder à une injection forcée de fluide, la sismicité induite et les variations et déformations qui l’accompagnent. Annecy est situé dans le bassin molassique péri-alpin, la molasse surmontant des formations calcaires et marneuses du Crétacé et Jurassique, plissées (style tectonique jurassien, plis chevauchants). Les formations calcaires régionales sont connues pour être karstiques et aquifères. Dans la région d’Aix-les-Bains le forage Chevalley a retrouvé l’eau thermale (72 °C, 2 km de profondeur) dans les calcaires tithoniens, sous pression, en provenance du sommet des plis chevauchants. A Annecy, le contexte géologique est similaire, mais la région est traversée par une faille alpine majeure, la faille du Vuache, au voisinage de laquelle a eu lieu le séisme d’Epagny (M5.3) en 1996 (Thouvenot et al., 1998). L’étude des répliques de ce séisme montre une migration des hypocentres vers le NW et le SE, que l’on sait accompagner la diffusion d’une perturbation de pression fluide : ce séisme a pu être causé par la mise en charge hydraulique de la faille. Le calcul des variations temporelles de vitesses sismiques par corrélation de bruit à partir des enregistrements sismiques acquis par 4 stations du Réseau Accélérométrique Permanent à Annecy depuis 2012 montre des variations saisonnières et une corrélation très nette avec les précipitations. Les vitesses sont plus faibles entre Janvier et Juillet, au moment où la sismicité est plus forte. L’ensemble de ces observations sont cohérentes avec un modèle d’aquifère pressurisé, connecté à la surface.
L’objectif de ce stage sera de continuer ce travail, en étudiant la sismicité. Nous utiliserons d’abord des méthodes d’intelligence artificielle pour détecter l’ensemble des séismes, à partir des séismes déjà détectés manuellement, pour obtenir la série temporelle la plus complète possible. Nous pourrons alors corréler cette série avec celle des variations de vitesse sismique, pour mettre en évidence la relation existant entre débit fluide entrant, variation de vitesse et nombre de séismes, ce qui pourrait ouvrir la voie à une approche prédictive. Nous estimerons également les variations de magnitude des séismes, et les corrélerons avec les variations de vitesse sismique et le débit de fluide entrant.
Nous ferons également une classification des signaux sismiques, en utilisant les méthodes de reconnaissance de signaux ; un des objectifs sera de d’étudier une forme particulière de signal, semblable à un trémor, et de le différencier d’autres signaux, éventuellement d’origine anthropique. Un trémor hydraulique correspond à un mode de vibration du système de transport fluide ; l’existence de tels trémors est une preuve de l’existence de fluides et permet de caractériser leur transfert.
Un dernier objectif sera d’estimer diffusivité, transmissivité et coefficient d’emmagasinement en utilisant la relation entre débit entrant (précipitations) et variations de vitesses.

Ce stage de 6 mois s’adresse à un étudiant en école d’ingénieur ou Master 2 en géosciences ou géomécanique motivé, et intéressé par la recherche. Il demande des connaissances en sismologie, traitement du signal, programmation Python.
Il permet de faire le lien entre les méthodes sismologiques modernes (interférométrie sismique, détection de séismes par des méthodes issues de l’intelligence artificielle), les résultats que l’on peut en tirer et leur interprétation en termes hydro-géomécaniques, notamment pour comprendre la sismicité induite par l’injection sous pression de fluides dans la croûte

Il sera indemnisé au taux maximum légal en cours (592 Euros/mois) et aura lieu à l’Institut des Sciences de la Terre, site du Bourget-du-Lac (73).
Contact : Jean-Luc.Got univ-smb.fr