Simulation numérique d'un protocole d'injection cyclique et de la sismicité induite dans des conditions de volume et temps constants

«L’injection souterraine de fluides joue un rôle clé dans plusieurs applications liées à la transition énergétique, notamment la géothermie, le stockage géologique du CO2 et de l’hydrogène. Bien que nécessaire, cette opération peut provoquer une hausse de la pression interstitielle, susceptible de déstabiliser des failles préexistantes. Un tel déséquilibre peut déclencher des glissements lents dits asismiques. Ces derniers modifient progressivement le tenseur de contraintes environnant jusqu’à réactiver, parfois à distance et avec retard, des failles susceptibles d’induire une sismicité perceptible. Dans le but de mitiger ce risque, des protocoles d’injection cyclique sont de plus en plus étudiés comme alternative aux injections classiques à débit constant. Il s’agit d’alterner des phases d’injection et d’autres de repos, ce qui serait potentiellement apte à dissiper les pics de pression. Cependant, leurs effets réels sur la dynamique du glissement asismique et sur la propagation des ruptures restent encore peu explorés. Ce mémoire propose une modélisation numérique de ces protocoles d’injection cyclique à l’aide de la librairie DDMFaultSlip.jl développée en langage Julia qui repose sur la Méthode des Déplacement Discontinus. L’étude simule plusieurs scénarios d’injection cyclique puis à taux constant dans des conditions de volume et temps constants. Dépendamment des simulations, on fait varier les paramètres de l’étude ; soient le paramètre de contrainte de faille, le nombre de cycles et la durée des phases de repos. La comparaison des deux protocoles se fait alors à travers l’analyse de la propagation du taux de glissement, du glissement et moment asismiques induits, des fronts de rupture et de blocage, avant et après l’arrêt de l’injection. Les résultats mettent en évidence l’apparition d’un mode de propagation de la rupture singulier propre à l’injection cyclique. On parle là d’une pulsation secondaire qui progresse vers le point d’injection durant les phases de réinjection avant de reprendre la propagation classique lors de l’injection en mode fissure. Ce mode de propagation retardé se répercute sur l’ensemble des paramètres mesurés aussi bien que l’on repère ce retard dans les fronts de rupture et de blocage et le moment asismique. D’autre part, bien que le protocole cyclique tende à générer plus de glissement et de moment pendant l’injection, il permet de mitiger la rupture après l’arrêt de l’injection. Ces résultats nuancent les avantages souvent attribués à l’injection cyclique.»