Iniezioni di fluidi per controllare l’attività sismica
Il 6 febbraio 2023, un terremoto di magnitudo 7,8 ha colpito la Turchia e la Siria, uccidendo oltre 55 000 persone. I terremoti sono scosse distruttive che, secondo le stime, causano oltre la metà dei decessi provocati dai disastri naturali, determinando ingenti danni a livello economico. Prevedere i terremoti è tuttavia un compito terribilmente difficile in quanto spesso si verificano rapidamente, oppure hanno origine molto in profondità al di sotto della superficie terrestre. I ricercatori attivi nel progetto CoQuake, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, hanno seguito un approccio di diverso tipo, sviluppando un approccio innovativo volto a ridurre i terremoti controllandoli. «Il principale obiettivo di CoQuake era quello di esplorare la fattibilità del controllo dei terremoti, una questione scientifica impegnativa che esercita profonde implicazioni sia per la scienza che per l’umanità», spiega Ioannis Stefanou, docente presso l’ateneo francese Centrale Nantes e coordinatore del progetto CoQuake. L’approccio di CoQuake è inteso a prevenire l’improvviso rilascio di energia sismica per evitare il verificarsi di terremoti catastrofici, salvando vite umane. Il progetto ha messo in evidenza che questo obiettivo può essere ottenuto iniettando in modo appropriato dei fluidi (come l’acqua) nella crosta terrestre, che si diffondono successivamente nel sottosuolo e modificano in maniera efficace l’attrito delle faglie sismiche mature. «In altre parole, CoQuake ha dimostrato la possibilità di indurre uno slittamento asismico controllato attraverso l’iniezione di fluidi nella crosta terrestre», spiega Stefanou. «Questa scoperta apre nuovi orizzonti scientifici, trasformando un’idea un tempo considerata fantascienza in una realtà scientifica.»
Dagli studi teorici sui terremoti alla dimostrazione di una prova di principio
Il progetto si è articolato secondo sforzi a livello teorico, numerico e sperimentale. Innanzitutto, ha esaminato teoricamente la possibilità di prevenire i terremoti impiegando la teoria matematica del controllo, che sfrutta le retroazioni del sistema al fine di raggiungere un obiettivo prefissato. Inoltre, CoQuake ha ideato e progettato nuove configurazioni sperimentali volte a simulare in laboratorio instabilità di tipo sismico con l’obiettivo finale di controllarle. «Vale la pena notare che, durante questi lavori, sono emerse nuove conoscenze teoriche con applicazioni più ampie nel campo della meccanica», aggiunge Stefanou. Un esempio rilevante è lo sviluppo di reti neurali artificiali basate sulla termodinamica (TANN, Thermodynamics-based Artificial Neural Network), che consentono di effettuare simulazioni multiscala di materiali anelastici e di studiare dettagliatamente le proprietà di attrito delle faglie sismiche. Gli esperimenti condotti in laboratorio nell’ambito del progetto hanno dimostrato con successo il potenziale di prevenzione dei terremoti dovuti a specifiche faglie sismiche mature. CoQuake ha portato alla realizzazione di una serie di innovazioni in vari ambiti interdisciplinari, tra cui una pionieristica fusione della teoria del controllo con la meccanica dei terremoti e la capacità di stabilizzare e controllare sistemi di faglie sismiche senza disporre di informazioni geologiche dettagliate. Il team ha inoltre stampato in 3D campioni simili a rocce con sabbia, creando un ponte tra l’ingegneria dei materiali e campi quali meccanica, geomeccanica, ingegneria civile, geofisica e geologia. «Questi campioni sono stati fondamentali per riprodurre instabilità simili a quelle dei terremoti nei nostri esperimenti, imitando il comportamento delle faglie sismiche reali in un contesto laboratoriale», osserva Stefanou.
Informazioni utili per la comunità scientifica e la ricerca sul clima
I risultati di CoQuake possono essere sfruttati da diverse comunità scientifiche. «I concetti di controllo dei terremoti basati su rigorosi strumenti matematici ispireranno nuove applicazioni nel settore della meccanica dei terremoti, nonché in quello della meccanica in generale», afferma Stefanou. Alla luce dell’attuale emergenza climatica, è possibile sviluppare varie tecnologie per sfruttare le fonti sotterranee di energia rinnovabile e il relativo stoccaggio; tuttavia, attualmente questi metodi sono ostacolati dall’attività sismica indotta dall’uomo. I risultati di CoQuake confluiranno in un nuovo progetto finanziato dall’UE, chiamato INJECT, che studia come bilanciare la sismicità indotta con la produzione e lo stoccaggio di energia rinnovabile nel sottosuolo. «In base ai risultati di questo nuovo progetto, l’attuazione di interventi sul campo e il controllo pratico di forti terremoti catastrofici potrebbero in futuro risultare semplificati», conclude Stefanou.
Parole chiave
CoQuake, terremoto, sismico, attività, slittamento, scientifico, comunità, clima, ricerca, indotto, teorico
