E7 Géologie Fluide

Topique

Les fluides qui composent la croûte terrestre, qu'il s'agisse d'eau, de dioxyde de carbone ou d'autres hydrocarbures, y jouent un rôle fondamental : ils affectent sa résistance mécanique, influencent la sismicité des failles qui la traversent et transportent la chaleur et les minéraux. Une relation bien établie décrit l'écoulement d'un fluide dans un milieu poreux : cet écoulement est proportionnel au gradient de pression qui le provoque et inversement proportionnel à la fois à la viscosité du fluide et à la perméabilité du milieu traversé. Cette perméabilité varie énormément d'une roche à l'autre, d'un facteur dix milliards entre une roche cristalline parfaitement intacte et un sédiment très poreux.

La pression d'un fluide au sein de la croûte terrestre est généralement hydrostatique, proche de dix mégapascals par kilomètre de profondeur. Cependant, cette pression peut approcher la pression lithostatique, entre vingt-cinq et trente mégapascals par kilomètre de profondeur, dans les zones de très faible perméabilité ou lorsqu'une grande quantité de fluide est générée, comme lors du métamorphisme ou dans une zone de subduction. Lorsque le rapport entre la pression du fluide et la pression lithostatique tend vers un, la résistance au frottement des failles voisines diminue drastiquement. Cette réduction de la résistance au frottement peut déclencher un séisme ou, à l'inverse, favoriser un glissement lent et silencieux le long de la même faille.

Les systèmes hydrothermaux transportent la chaleur et les métaux dissous depuis la roche chaude qui les produit jusqu'à la surface. La solubilité des minéraux dans l'eau chaude augmente exponentiellement avec la température ; ainsi, un fluide hydrothermal très chaud peut dissoudre et transporter une quantité considérable de métaux. Lorsque ce même fluide se refroidit en remontant, ces métaux dissous, tels que l'or, le cuivre ou le zinc, se concentrent et précipitent, formant des gisements minéraux. Enfin, la diffusion de la pression interstitielle à travers la roche explique pourquoi les séismes induits par l'injection de fluide dans un puits ne se produisent pas uniquement à proximité de ce puits, mais s'en éloignent progressivement. Ce phénomène s'explique par la diffusion de la pression interstitielle élevée vers des zones de plus en plus éloignées, établissant ainsi le lien entre le rôle fondamental des fluides, évoqué en introduction, et leur capacité à déclencher une activité sismique même loin de leur point d'origine.

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