Variations de vitesses sismiques, de chargement hydraulique et sismicité induite dans des aquifères profonds, Annecy (France)

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 : 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 (sur 5) 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.
L’objectif de ce stage sera de continuer ce travail, en calculant les variations par couple de station, et d’analyser les variations temporelles de vitesses trouvées. Pour cela il faudra trouver et vérifier la relation entre variations de vitesses sismiques et pression hydraulique. Nous utiliserons ensuite la corrélation entre vitesses et sismicité pour en déduire la variation de pression nécessaire pour déclencher la sismicité. Un deuxième objectif sera d’estimer transmissivité et coefficient d’emmagasinement en utilisant la cyclicité et la corrélation à court terme entre précipitations et variations de vitesses. Nous étudierons également le retour progressif à des vitesses plus élevées qui caractérise les variations de vitesses qui ont suivi le séisme M2.7 qui a eu lieu sous une des stations sismiques, en 2013. En calculant les amplitudes (crête-à-crête) des variations temporelles de vitesses saisonnières, quasi-sinusoïdales, dans différentes bandes de fréquence, on peut exprimer cette amplitude en fonction de la fréquence. Nous étudierons cette fonction que nous inverserons pour en déduire la distribution des variations de vitesse en fonction de la profondeur.