L’interruption de l’injection de fluide provoque des modifications temporaires du champ de contraintes local et de la sismicité induite au sein du caldeira de Krafla, Islande

Pourquoi les secousses liées aux énergies propres comptent

L’énergie géothermique promet une électricité à faibles émissions de carbone en exploitant la chaleur interne de la Terre. Mais l’injection d’eau dans des roches chaudes peut parfois déclencher de petits séismes, ce qui inquiète les populations locales et les autorités. Cette étude se concentre sur un champ géothermique bien connu à l’intérieur du volcan Krafla en Islande pour poser une question apparemment simple : que se passe‑t‑il sous terre, et quelle est la réponse de la sismicité locale, lorsque les exploitants arrêtent soudainement d’injecter de l’eau froide dans le réservoir rocheux chaud ?

Un laboratoire naturel dans un volcan islandais

Krafla est un volcan instable situé sur la zone d’écartement des plaques islandaises, où la croûte subit déjà de fortes contraintes tectoniques et magmatiques. Depuis des décennies, des ingénieurs y ont foré des puits pour produire vapeur et eau chaude destinées à l’électricité, et depuis 2002 un puits en particulier, KG‑26, sert à réinjecter de l’eau géothermique refroidie dans le sous‑sol. Comme la zone est équipée de sismomètres permanents, et qu’un réseau temporaire très dense de près d’une centaine d’instruments a été déployé dans le caldeira en 2022, Krafla est l’un des systèmes géothermiques les mieux surveillés au monde. Ce maillage dense a offert aux scientifiques une rare opportunité d’observer en détail comment les contraintes souterraines et les schémas de séismes réagissent lorsqu’on interrompt délibérément l’injection pendant plusieurs jours.

Écouter les micro‑tremblements et les ondes polarisées

L’équipe a d’abord examiné des milliers de petits séismes enregistrés entre 2017 et 2022. En utilisant une technique appelée template matching, elle a recherché des événements dont les formes d’onde sismiques ressemblaient fortement à un séisme de référence situé sous le puits d’injection et présentant un mouvement de type coulissement (strike‑slip) sur une faille presque verticale. Cela leur a permis d’isoler un petit essaim de séismes de type strike‑slip au sein du fond sismique plus large dominé par des failles normales, typiques de la région. Parallèlement, ils ont analysé la division des ondes de cisaillement en deux composantes lorsqu’elles traversent des roches fracturées et remplies de fluide. La direction de l’onde la plus rapide et le retard entre les deux composantes renseignent sur l’orientation des fractures et leur degré de remplissage en fluide, ce qui reflète à son tour le champ de contraintes local et la pression interstitielle.

Ce qui a changé quand les pompes ont été arrêtées

Lors d’une expérience de 25 jours à l’été 2022, les exploitants ont coupé l’injection dans le puits KG‑26 sur un intervalle de 30 minutes puis l’ont maintenue arrêtée pendant trois jours. En quelques heures, le réseau dense de nœuds a détecté une rafale nette de petits séismes juste à côté du puits, concentrés le long d’une faille étroite de type strike‑slip plutôt que dispersés sur le champ plus large. Dans le même temps, la direction de polarisation des ondes de cisaillement rapides près du puits s’est inversée d’environ 90 degrés, et le retard entre les composantes rapide et lente a diminué. Ces deux changements indiquent une réorganisation rapide des contraintes sur les fractures et de l’occupation en fluides immédiatement après l’arrêt de l’injection. Des stations situées à seulement quelques centaines de mètres plus loin n’ont pas montré le même comportement, ce qui indique que la perturbation était étroitement localisée autour du volume affecté par l’eau injectée.

Un réservoir d’eau caché et une faille sous contrainte

Pour comprendre où les fluides s’accumulaient, les chercheurs ont combiné leurs données sismiques avec des images tridimensionnelles antérieures des vitesses d’ondes sismiques sous Krafla. Ces images révèlent une zone compacte présentant des rapports inhabituellement élevés de vitesse des ondes de compression par rapport aux ondes de cisaillement à la profondeur du fond du puits, cohérente avec une poche d’eau liquide relativement froide au sein de roches par ailleurs très chaudes. Les séismes de l’essaim de type strike‑slip s’alignent le long du bord de cette poche. Les observations suggèrent que durant de longues périodes d’injection stable, une pression interstitielle élevée dans les fissures saturées de fluide aide à « lubrifier » la faille et à maintenir une contrainte de fond qui est en grande partie relâchée silencieusement. Quand l’injection est interrompue brusquement, la pression dans le réservoir baisse et l’équilibre des forces le long de la faille bascule, augmentant la contrainte de cisaillement effective sur une portion de la faille et lui permettant de glisser dans un essaim d’événements mineurs.

Implications pour une géothermie plus sûre

Du point de vue du grand public, l’étude montre que le sous‑sol sous une centrale géothermique peut être étonnamment sensible à la façon dont les exploitants gèrent l’injection de fluides, et pas seulement à la présence ou non d’injection. À Krafla, l’arrêt temporaire du flux d’eau froide a suffi à faire tourner le champ de contraintes local, modifier la propagation des ondes sismiques et réveiller une faille de type strike‑slip jusque‑là silencieuse, alors même que la région volcanique plus vaste restait inchangée. Quand l’injection a repris, l’activité sismique près de la faille s’est rapidement estompée et les indicateurs de fractures remplies de fluide sont revenus vers leur état antérieur. Ces résultats suggèrent qu’un contrôle attentif de la manière et du moment où l’on réduit ou suspend l’injection — en évitant les coupures brusques et en connaissant la taille et la localisation des poches riches en fluide — pourrait aider les projets géothermiques à produire de l’énergie propre tout en minimisant le risque de séismes ressentis.

Citation: Glück, E., Davoli, R., Ágústsdóttir, T. et al. Fluid injection interruption causes temporary changes in local stress field and induced seismicity at Krafla caldera, Iceland. Sci Rep 16, 7942 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39532-1

Mots-clés: énergie géothermique, sismicité induite, injection de fluide, volcan Krafla, réactivation de faille