Thèse Modélisation des Interactions Entre Glissement Asismique Rupture Sismique et Évolution de la Perméabilité dans les Réseaux de Failles Implications pour la Sismicité Induite par les Injection H/F - 40

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : Laboratoire GEOAZUR
Direction de la thèse : Frédéric CAPPA ORCID 0000000348598024
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

Contexte:
Les activités industrielles associées à la transition énergétique - telles que le stockage géologique de CO ou d'hydrogène et la géothermie profonde - impliquent l'injection de fluides dans le sous-sol et sont susceptibles de générer de la sismicité induite. Ces injections peuvent aussi déclencher du glissement asismique le long de failles préexistantes, modifiant localement le champ de contraintes. Contrairement à la diffusion de la pression de fluide, ces perturbations de contraintes peuvent se propager rapidement au sein des réseaux de failles et favoriser le déclenchement de séismes à des distances significatives de la zone d'injection. Ces phénomènes de glissement sismique et asismique sont aussi responsables des changements de perméabilité du milieu qui sont au coeur même des objectifs de l'activité industrielle d'injection. La quantification de l'extension spatiale du glissement asismique et de son interaction avec la rupture sismique constitue donc un enjeu majeur pour l'évaluation du risque sismique induit et pour le développement d'un avenir énergétique propre et sûr.
Dans ce contexte, la compréhension des couplages hydromécaniques entre pression de fluide, écoulement et frottement dans des réseaux de failles connectées est essentielle pour analyser la dynamique des séismes induits, en particulier les événements de plus grande magnitude, et leurs effets sur la circulation de fluides dans le sous-sol.

Objectif du projet:
Cette thèse vise à explorer le rôle de l'architecture des réseaux de failles et des processus hydromécaniques dans le contrôle de la sismicité induite par l'injection de fluides. L'objectif principal est de développer et d'exploiter un modèle numérique intégrant de manière cohérente :
- le glissement frictionnel (asismique et sismique),
- l'évolution de la pression de fluide,
- et les variations de perméabilité des failles,
afin d'analyser les mécanismes de déclenchement, de propagation et d'arrêt des ruptures sismiques, et leur impact sur la perméabilité d'un réservoir.

Méthodologie et approche:
Les modèles conventionnels de cycles sismiques appliqués à la sismicité induite négligent souvent l'évolution dynamique de la pression des fluides et l'impact des interactions hydromécaniques sur la rupture des failles. Pour combler cette lacune, ce projet utilisera un modèle avancé de cycles sismiques hydromécaniques intégrant pleinement ces interactions, développé récemment par l'équipe encadrante. Ce modèle permettra d'explorer en détail l'effet des contraintes et de l'écoulement des fluides au sein des réseaux de failles. On comparera les résultats de ces simulations avancées à des approches théoriques simplifiées, par exemple à des modèles rate-and-state d'évolution de la sismicité d'une population de failles secondaires entourant une faille principale asismique.
De plus, une loi d'évolution de la perméabilité sera implémentée pour prendre en compte les variations de vitesse de glissement des failles. Ce modèle sera appliqué à des données expérimentales et à des observations issues de réservoirs crustaux afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la sismicité induite.
Le ou la doctorant(e) exploitera des ensembles de données issus d'expériences in situ d'activation de failles et d'observations acquises sur des réservoirs crustaux. Il ou elle aura pour mission d'améliorer un code de simulation existant permettant de modéliser le cycle sismique et l'écoulement des fluides dans des réseaux de failles. Cet outil intégrera des données complémentaires (pression de fluide, volume injecté, déformation, observations géologiques et forages) afin de construire un modèle détaillé en 3D des failles. Le travail de thèse pourra aussi inclure du développement de code, par exemple pour optimiser les simulations 3D, ou des développements de méthodes de résolution de problèmes inverses visant à contraindre systématiquement des propriétés physiques des failles à partir de données géophysiques.

Les activités industrielles associées à la transition énergétique - telles que le stockage géologique de CO ou d'hydrogène et la géothermie profonde - impliquent l'injection de fluides dans le sous-sol et sont susceptibles de générer de la sismicité induite. Ces injections peuvent aussi déclencher du glissement asismique le long de failles préexistantes, modifiant localement le champ de contraintes. Contrairement à la diffusion de la pression de fluide, ces perturbations de contraintes peuvent se propager rapidement au sein des réseaux de failles et favoriser le déclenchement de séismes à des distances significatives de la zone d'injection. Ces phénomènes de glissement sismique et asismique sont aussi responsables des changements de perméabilité du milieu qui sont au coeur même des objectifs de l'activité industrielle d'injection. La quantification de l'extension spatiale du glissement asismique et de son interaction avec la rupture sismique constitue donc un enjeu majeur pour l'évaluation du risque sismique induit et pour le développement d'un avenir énergétique propre et sûr.
Dans ce contexte, la compréhension des couplages hydromécaniques entre pression de fluide, écoulement et frottement dans des réseaux de failles connectées est essentielle pour analyser la dynamique des séismes induits, en particulier les événements de plus grande magnitude, et leurs effets sur la circulation de fluides dans le sous-sol.

Cette thèse vise à explorer le rôle de l'architecture des réseaux de failles et des processus hydromécaniques dans le contrôle de la sismicité induite par l'injection de fluides. L'objectif principal est de développer et d'exploiter un modèle numérique intégrant de manière cohérente :
- le glissement frictionnel (asismique et sismique),
- l'évolution de la pression de fluide,
- et les variations de perméabilité des failles,
afin d'analyser les mécanismes de déclenchement, de propagation et d'arrêt des ruptures sismiques, et leur impact sur la perméabilité d'un réservoir.

Modélisation numérique :
Les modèles conventionnels de cycles sismiques appliqués à la sismicité induite négligent souvent l'évolution dynamique de la pression des fluides et l'impact des interactions hydromécaniques sur la rupture des failles. Pour combler cette lacune, ce projet utilisera un modèle avancé de cycles sismiques hydromécaniques intégrant pleinement ces interactions, développé récemment par l'équipe encadrante. Ce modèle permettra d'explorer en détail l'effet des contraintes et de l'écoulement des fluides au sein des réseaux de failles. On comparera les résultats de ces simulations avancées à des approches théoriques simplifiées, par exemple à des modèles rate-and-state d'évolution de la sismicité d'une population de failles secondaires entourant une faille principale asismique.
De plus, une loi d'évolution de la perméabilité sera implémentée pour prendre en compte les variations de vitesse de glissement des failles. Ce modèle sera appliqué à des données expérimentales et à des observations issues de réservoirs crustaux afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la sismicité induite.
Le ou la doctorant(e) exploitera des ensembles de données issus d'expériences in situ d'activation de failles et d'observations acquises sur des réservoirs crustaux. Il ou elle aura pour mission d'améliorer un code de simulation existant permettant de modéliser le cycle sismique et l'écoulement des fluides dans des réseaux de failles. Cet outil intégrera des données complémentaires (pression de fluide, volume injecté, déformation, observations géologiques et forages) afin de construire un modèle détaillé en 3D des failles. Le travail de thèse pourra aussi inclure du développement de code, par exemple pour optimiser les simulations 3D, ou des développements de méthodes de résolution de problèmes inverses visant à contraindre systématiquement des propriétés physiques des failles à partir de données géophysiques.