207 - Des projets d'acquisition des connaissances sur les eaux souterraines à la gestion intégrée de l'eau

Nous faisons la synthèse des retombées du Programme d'acquisition des connaissances sur les eaux souterraines (PACES) créé en 2008 par le MDDEFP pour couvrir le territoire municipalisé et servir de base à la gestion et la protection des ressources en eau souterraine. Les projets PACES sont réalisés par des universités en collaboration avec des partenaires régionaux (CRÉ, MRC, OBV). Ces projets impliquent la production de livrables prédéfinis : cartes, rapport, base de données. Treize projets PACES ont été réalisés entre 2009 et 2015 grâce à des subventions totalisant 13 M$ du MDDEFP et plus de 3,5 M$ de contributions des partenaires, incluant 9 CRÉ, 34 MRC et plus de 17 OBV. Le territoire couvert a été de 87 313 km² et touche 3 036 000 habitants. Les projets ont aussi impliqué la formation d'étudiants par des recherches sur des questions d'intérêt pour chaque région. Des recherches plus générales ont aussi été réalisées grâce au FRQNT et FRQSC. En 6 ans, le PACES aura déjà couvert près de 70% du territoire québécois municipalisé et eu de multiples retombées : connaissances et accessibilité de l'information; dynamisation de la recherche interinstitutionnelle; implication des partenaires régionaux; fondements pour des travaux futurs détaillés. Le présent défi est d'assurer le transfert des connaissances issues du PACES aux partenaires régionaux et la mise-en-œuvre de la gestion et de la protection des ressources en eau souterraine.

Un portrait hydrogéologique est en développement pour le territoire municipalisé des MRC de Charlevoix, de Charlevoix-Est et de la Haute-Côte-Nord. Le socle rocheux regroupe des contextes cristallins de la province géologique de Grenville, ainsi que des unités sédimentaires déformées des Appalaches et d'autres faisant partie de la plate-forme du Saint-Laurent. L'impact d'une importante météorite modifia considérablement la physiographie et la fracturation de la région de Charlevoix il y a environ 350 millions d'années. On y observe localement d'importantes épaisseurs de dépôts quaternaires, allant jusqu'à plusieurs centaines de mètres dans les vallées. Le relief accidenté et la présence de nombreuses résurgences suggèrent des conditions de confinement et de gradient hydraulique élevé dans les aquifères rocheux. La Haute-Côte-Nord quant à elle se distingue par l'importance des milieux aquifères d'origine deltaïque et aquitards d'origine marine dans les basses terres. La caractérisation hydrogéologie du territoire fait appel notamment à des levés géophysiques par induction électromagnétique et à une méthodologie originale d'interprétation stratigraphique qui contribuent à modéliser les aquifères quaternaires. Aussi, des travaux de recherche sont menés sur la chimie des eaux souterraines en lien avec les contextes hydrogéologiques, sur l'estimation de la recharge utilisant une variété d'approches et sur l'interprétation des essais de pompage en aquifères discontinus.

Le projet sur les ressources en eau souterraine couvrant la Chaudière-Appalaches est supporté par le Programme d'acquisition des connaissances sur les eaux souterraines (PACES) du Ministère du Développement durable, de l'Environnement, de la Faune et des Parcs (MDDEFP) et a pour but de dresser un portrait de la ressource en eau souterraine du Québec municipalisé. Le projet réalisé dans la CRÉ Chaudière-Appalaches couvre 14 620 km² et comprend 9 bassins versants, huit municipalités régionales de comté (MRC), en excluant Lévis, et 134 municipalités. La région s'étend du fleuve Saint-Laurent, au nord, jusqu'aux États-Unis, au sud (New York et Vermont). La population de la région d'étude est d'environ 268 000 habitants, dont 55% utilise l'eau souterraine comme source d'approvisionnement. La qualité de l'eau souterraine est généralement bonne, mais des concentrations naturelles excédant les normes de potabilité ont été mesurées par endroit pour l'arsenic, le baryum et le fluor. Les données font ressortir le manque de connaissances sur les eaux souterraines et surtout qu'il n'y a généralement pas d'alternative économique à cet approvisionnement. Le projet a permis d'intégrer des données existantes provenant, entre autres, de plus de 200 rapports de consultants, de même que l'acquisition de nouvelles données par des levés de terrain dont une campagne de 44 forages (11 piézocône, 24 rotopercussion, 9 puisatiers) et l'analyse géochimique de 126 échantillons d'eau souterraine.

Cette étude concerne l'élaboration de stratégies de gestion du territoire visant à minimiser les incidences de l'extraction de sable et gravier sur la ressource en eau souterraine emmagasinée dans les eskers/moraines et cible la région de l'Abitibi-Témiscamingue. Les informations permettant de caractériser les sites d'extraction ont été regroupées, homogénéisées et incluses au sein de bases de données géoréférencées. Des travaux de photo-interprétation ont été réalisés afin de complémenter l'information disponible. Il est estimé, sur la base de ces travaux, que 704 sites d'extraction de sable et gravier couvrant une surface cumulée de plus de 2 300 ha et occupant environ 2% de la surface des eskers/moraines sont présents au niveau du territoire ciblé. Des indices appuyés sur des données hydrogéologiques et géomorphologiques ont été élaborés afin d'évaluer indirectement les incidences potentiellement engendrées par ces sites d'extraction sur les ressources aquifères. Ces indices ont subséquemment été considérés dans l'élaboration de pistes de solution en support à la gestion durable du territoire dans une optique de protection de l'eau souterraine.

Avant le lancement du Programme d'acquisition de connaissances sur les eaux souterraines (PACES) en 2009, il existait peu d'information sur les eaux souterraines au Québec, et les résultats des études d'envergure réalisées, notamment dans les régions de Mirabel et de Châteauguay, n'avaient pas été largement diffusés. C'est cette lacune que le navigateur cartographique ministériel vient combler. Depuis l'hiver 2014, le navigateur diffuse les principaux résultats de sept études hydrogéologiques régionales menées dans le cadre du PACES. Six autres études sont en cours de réalisation et leurs résultats seront également intégrés au navigateur au cours de 2015-2016. Le navigateur contient à la fois des données ponctuelles issues des sources, puits et forages utilisés dans le cadre des études régionales et les principaux résultats cartographiques que l'analyse de ces données a permis de générer : épaisseur des aquifères, piézométrie régionale, distribution de la recharge, vulnérabilité des aquifères, etc. Le navigateur permet d'interroger les couches d'information et, pour certaines couches d'information, d'effectuer des recherches, de sélectionner des entités et d'exporter les données. Chaque couche est accompagnée de métadonnées expliquant la nature et la structure de l'information ainsi que les droits d'utilisation rattachés aux données. Ces attributs font du navigateur cartographique ministériel un outil inédit de diffusion des connaissances hydrogéologiques du Québec.

Le projet d'acquisition de connaissances des eaux souterraines sur le territoire de la Communauté métropolitaine de Québec (PACES-CMQ) a été réalisé par l'Université Laval en partenariat avec la Communauté métropolitaine de Québec. Ce projet d'acquisition de connaissance dresse le portrait régional de la ressource en eau souterraine afin d'en assurer sa gestion durable et sa protection.

Dans le cadre de cette étude régionale d'importance, plusieurs livrables ont été produits afin de présenter le contexte géographique, les inventaires des données, les contextes géologiques et hydrologiques, l'évaluation des réserves et l'utilisation de la ressource en eau souterraine ainsi que les potentiels géothermiques. Devant ces constats, le milieu municipal à la responsabilité d'assurer la protection de la ressource afin d'en assurer la potabilité et la disponibilité. Ce travail représente un défi de taille et demande dans un premier temps un transfert des connaissances en hydrogéologie vers les gens responsables de l'aménagement du territoire.

Face à ce défi, la CMQ a développé des outils cartographiques interactifs et grand public permettant la consultation, la compréhension et l'analyse des résultats du PACES-CMQ. Ils permettent d'analyser par superposition les éléments contenus dans les SAR-PMAD, et les informations PACES. Cette carte interactive fait partie des actions tangibles à l'égard de la gestion durable des eaux souterraines.

Bien qu'abondante au Québec, l'eau est une ressource qui s'avère menacée. Le concept de développement durable est aujourd'hui au cœur des préoccupations de tous les professionnels impliqués dans une démarche de planification du territoire. De par la nature de ses fonctions, l'aménagiste régional se trouve à faire le pont entre les exigences législatives, les aspirations légitimes des élus municipaux, des différents groupes d'opinions et de citoyens, ainsi que du gouvernement. Dans l'évolution de ce processus de conciliation, l'aménagiste régional est fréquemment placé au centre de la concertation. Nous tâcherons de présenter les multiples tâches et rôles qui attendent les aménagistes régionaux afin d'encadrer la protection des eaux souterraines. Enfin, nous tenterons de formuler quelques attentes dans le but d'améliorer la concertation des différents intervenants au niveau provincial.

Malgré la richesse des ressources en eau sur le territoire québécois, des pressions anthropiques menacent aujourd'hui la qualité et la disponibilité des eaux en particulier dans le sud de la Province. Cette situation peut avoir des répercussions à l'échelle locale, et compromettre l'approvisionnement en eau potable de la population ainsi que la disponibilité pour des activités économiques. Afin d'assurer la pérennité de la ressource eau, une gestion durable et intégrée doit être favorisée. La gestion intégrée de l'eau doit considérer l'ensemble des usages de la ressource et la diversité des acteurs qui sont associés à ces usages. La connaissance accrue de la qualité de l'eau et de sa disponibilité est une condition fondamentale pour favoriser une gestion durable de la ressource. Dans les dernières années, les autorités gouvernementales ont mis de l'avant une panoplie d'initiatives et d'outils législatifs (bases de connaissances, politiques, lois, règlements, etc.) afin de favoriser une gestion plus adéquate des ressources en eau dans son territoire. Dans cette conférence, nous présenterons un historique critique sur la gestion de l'eau au Québec. Nous analyserons en particulier les bénéfices des initiatives et des outils mis de l'avant pour la protection de la ressource eau. Finalement, nous montrerons qu'une connaissance évolutive de la qualité de l'eau et de sa disponibilité peut favoriser l'harmonisation entre la protection de la ressource et le développement du territoire.

Nous présenterons le schéma de couplage surface/souterrain d'un modèle numérique basé sur l'équation tridimensionnelle de Richards pour les écoulements dans les sols et nappes et une équation d'onde diffusante pour le ruissellement superficiel. La résolution du terme d'échange représente un bilan entre le forçage atmosphérique (précipitation et évaporation potentielle) et la quantité d'eau qui peu s'infiltrer ou s'exfiltrer du sol. Des analyses de sensibilité, des études d'intercomparaison, et plusieurs applications à échelle de pente et de bassin versant seront présentées pour examiner des processus et facteurs tels que l'hétérogénéité, la résolution du maillage, et les conditions limites, et leur influence sur les débits, la recharge, et le stockage d'eau.

Le lien océan-continent est un élément important mais encore mal contraint du cycle global du carbone. La plupart des modèles globaux n'inclut d'ailleurs que trois réservoirs (atmosphère, continent, océan) simplement reliés par des voies de transport passives. Ces voies sont définies comme le flux de carbone issu du continent et transporté passivement à l'océan via les eaux de surface. Pourtant, de récentes études suggèrent que des flux substantiels de carbone, organique et inorganique, sont délivrés à l'océan via des décharges d'eau souterraine. Ces voies invisibles peuvent localement excéder les apports de surface et contrôler la chimie des eaux côtières. La composition chimique de ces résurgences n'est pas seulement déterminée par la ou les sources continentales mais dépend des transformations biogéochimiques rencontrées lors du transport souterrain, et particulièrement dans "l'estuaire souterrain" où les eaux douces se mélangent aux eaux salées. Dans cette présentation nous examinerons le rôle des eaux souterraines comme vecteur de matière terrigène, notamment de carbone, à l'océan côtier. En nous basant sur des données terrain récemment acquises, nous évaluerons ces échanges et discuterons de l'importance de bien contraindre l'hydrogéologie des systèmes littoraux étudiés.

Lorsque les ressources en eaux sont considérées, l'essentiel de notre regard se porte sur les rivières et lacs. Ce sont les volumes qui nous semblent les plus accessibles. Toutefois, à l'échelle du globe, ce sont bien les eaux souterraines qui contrôlent l'essentiel du cycle de l'eau continental. Ces masses d'eaux qui s'écoulent lentement sous nos pieds représentent 95 % des eaux douces liquides et drainent invariablement les pollutions, qu'elles soient diffuses ou ponctuelles, d'origine anthropique ou « naturelle », vers les cours d'eau.

Souvent diffuse et très hétérogène, cette contribution des eaux souterraines aux rivières n'est pas aisée à identifier ou à quantifier. Bien sûr, son intégration à grande échelle a été clairement démontrée par les modèles de bassin développés au cours de la dernière décennie, mais l'identification des mécanismes et processus géochimiques dominants à petite échelle n'est pas simple. Après un rapide rappel sur les méthodes pouvant soutenir une investigation des échanges nappe rivière à petite échelle, nous discuterons des informations apportées par les études de petits bassins versant sur l'importance des milieux humides riverains dans le gain en qualité des eaux de rivières.

L'arrimage entre les plans directeurs de l'eau (PDE) et les schémas d'aménagement et de développement (SAD) présente un défi important étant donné l'apparente incompatibilité de leurs objectifs distinctifs d'application. Malgré ce constat, la MRC de La Côte-de-Beaupré et l'OBV Charlevoix-Montmorency ont réussi à passer outre cette difficulté de façon probante. La pierre angulaire du succès du projet d'arrimage entre les deux outils de planification a résidé dans l'établissement de liens de confiance mutuels. Cette démarche inédite serait restée également incomplète si l'OBV et la MRC n'avaient pas fait preuve de la flexibilité nécessaire à l'établissement d'une vision commune des usages de l'eau. La finalité du projet a aussi permis aux deux partenaires de se doter d'orientations et d'objectifs partagés et surtout d'identifier des actions stratégiques communes qui contribueront à résoudre des problèmes concrets d'usage de l'eau. En faisant une grande place à la gestion de l'eau dans son SAD, la Côte-de-Beaupré s'est hissée au premier plan des MRC en matière d'innovation en aménagement du territoire. Elle démontre aussi qu'au-delà de la simple prise en considération des plans directeurs de l'eau qui la concernent comme le demande la Loi, il est possible d'adopter des moyens concrets de mise en œuvre liés à ses responsabilités en matière d'aménagement du territoire à l'échelle des bassins versants.

L'acquisition de connaissances sur les eaux souterraines est un objectif que les intervenants du bassin versant de la Chaudière ont identifié dès la première version du Plan directeur de l'eau du bassin versant publié en 2000. Depuis, le COBARIC s'est impliqué dans des projets de caractérisation des eaux souterraines, soit le Projet eaux souterraines de la Chaudière (2007-2008) et le projet PACES Chaudière-Appalaches (2012-2015) afin de répondre à cet objectif. La présente communication rappellera les rôles et les mandats d'un organisme de bassin versant ainsi que les éléments à considérer dans l'élaboration du Plan directeur de l'eau. Après un survol des deux projets auxquels le COBARIC a contribué, la présentation visera à démontrer le rôle que les organismes de bassin versant peuvent jouer avant, pendant et après la réalisation des projets d'acquisition des connaissances sur les eaux souterraines. Elle démontrera également l'importance des données sur les eaux souterraines dans le cadre de la mise en oeuvre de la gestion intégrée de l'eau par bassin versant et dans l'élaboration des Plans directeurs de l'eau.

Suite au projet Espace de liberté, qui a permis, notamment, de caractériser l'espace de liberté de la rivière de la Roche et de la rivière Yamaska Sud-Est dans la MRC Brome-Missisquoi, plusieurs amorces d'actions sont entreprises dans le milieu. Étant donné la multitude des enjeux liés à la protection de l'eau, la pluralité des acteurs impliqués, les ressources financières limitées, le cadre réglementaire et légal en vigueur, plusieurs obstacles freinent une mise en place réelle de l'espace de liberté des cours d'eau au Québec. La présentation relatera l'état d'avancement de la réflexion concernant la révision du schéma d'aménagement et de développement (SAD) de la MRC Brome-Missisquoi, laquelle est essentiellement axée sur des impératifs de sécurité civile. En parallèle, différentes initiatives sont mises de l'avant avec des acteurs locaux, utilisant l'espace de liberté des cours d'eau comme cadre spatial intégrateur : la conservation volontaire des habitats, l'espace de liberté du cours d'eau Morpions, le projet de parc nature de la ville de Cowansville et le comité de sous bassin versant agricole de la rivière de la Roche. Bien que ces projets ne soient pas à ce jour tous concrétisés, ils seront présentés sommairement.

L'appropriation des connaissances hydrogéologiques issues des PACES pose un défi de taille pour les acteurs en aménagement du territoire. Le RQES testera une stratégie de transfert des connaissances dans deux régions pilotes. Celle-ci comprend quatre niveaux d'appropriation des connaissances : (1) les connaissances de base en hydrogéologie, (2) la compréhension des contextes hydrogéologiques régionaux, (3) l'intégration des connaissances hydrogéologiques à la prise de décision en aménagement et (4) le maintien de l'intégration des connaissances hydrogéologiques à la prise de décision en aménagement sur le long terme. Bien que le niveau 1 soit généralement atteint au terme des PACES, il est bonifié par la vulgarisation des concepts-clés en hydrogéologie et leur publication sur le site internet du RQES. Un premier atelier de transfert est organisé afin de réaliser des exercices de lecture des documents produits par les PACES portant sur les contextes hydrogéologiques propres au territoire d'action de chaque acteur (niveau 2). Des mises en situations collaboratives permettant de clarifier les outils de gestion et de protection disponibles, ainsi que les responsabilités et compétences de chaque acteur, font l'objet d'un deuxième atelier (niveau 3). La forme et les moyens de mise en œuvre du niveau 4 restent à être déterminés. La description de la stratégie de transfert ainsi que le bilan du transfert (niveaux 1 et 2) pour une région pilote feront l'objet de cette présentation.

Au Québec, l'eau souterraine permet l'approvisionnement en eau sur approximativement 90% du territoire habité et alimente 20% de la population (MDDEFP, 2013). Par conséquent, les principaux besoins sont de synthétiser et de visualiser des cartes localisant les formations des eaux souterraines, ainsi que de diffuser ces connaissances à autant d'utilisateurs souhaités. Au niveau technique, les inconvénients des cartes papiers sont de limiter leur diffusion et leur mise à jour ou ajouts d'information. Le problème des cartes produites à partir de logiciels de bureau est de limiter le nombre d'utilisateurs. En outre, les logiciels commerciaux sont toujours limités par des droits d'auteur et des coûts d'entretien ou de mise à jour. En conséquence, une cartographie sur le web avec des standards ouverts est une solution aux défis cartographiques de gestion de l'eau. De manière générale, la recherche vise à faire la caractérisation des eaux souterraines d'une partie des bassins versants des rivières Nicolet et Bas-Saint-François. Plus spécifiquement, il s'agit au cours de la recherche : (1) de synthétiser des connaissances des eaux souterraines d'une partie des bassins versants des rivières Nicolet et Bas-Saint-François dans une base de données à référence spatiale; (2) de concevoir et de développer un système de cartographie dynamique multiéchelle en ligne sur la caractérisation des eaux souterraines.

Les connaissances sur les eaux souterraines du Québec se sont améliorées au cours des dernières années grâce aux projets PACES. Plusieurs aquifères demeurent toutefois inconnus et présentent une stratigraphie très complexe. Cette étude vise le bassin versant de la rivière Nicolet et celui du haut Saint-François dans le Centre-du-Québec où cinquante pourcents de la population locale utilise l'eau souterraine comme source d'eau potable. L'objectif de cette recherche est de représenter l'architecture des dépôts quaternaires de trois secteurs types et les écoulements souterrains qui s'y produisent. Les trois contextes géologiques retenus sont 1) aquifère de roc fracturé captif, 2) aquifère granulaire à nappe libre et 3) aquifère semi-captif de vallée se déversant dans une rivière. Un modèle hydrostratigraphique 3D a été réalisé sur l'ensemble de la région ainsi que pour les trois contextes géologiques. Des forages au roc et des dans les dépôts meubles ont été réalisés pour préciser la stratigraphie. Pour mieux comprendre la dynamique d'écoulement, des piézomètres ont été installés, des tests de perméabilités ont été faits, des niveaux de rivières et des débits ont été mesurés. Un modèle 2D en transitoire est en construction dans MODFLOW pour chaque région. Ceci permettra de définir ce qui contrôle l'écoulement de l'eau souterrain pour chaque contexte type et pourra être utilisé afin de mieux comprendre l'écoulement à l'échelle du bassin entier pour des situations semblables.

Dans un contexte où les ressources hydriques sont soumises à une pression anthropique et climatique croissante, les flux de recharge sont un paramètre clé du bilan hydrique des hydrosystèmes. Néanmoins, leur quantification reste une des étapes les plus complexes et les plus entachées d'incertitudes de la caractérisation des systèmes aquifères.La réponse thermique des sols, aussi bien aux variations journalières des températures de surface qu'aux variations saisonnières, est hautement complexe et hétérogène. Elle dépend principalement de la nature des sols, de leur structure, mais également des flux hydriques qui les traversent, qu'ils soient latéraux et/ou verticaux. Cette réponse thermique est hautement variable dans le temps et l'espace et traduit pour partie la variabilité des flux hydriques et l'état de saturation qui en découle. Intégrer cette variabilité pourrait donc contribuer à la quantification des flux de recharge des aquifères.L'objectif de ce projet est de développer une méthode efficace pour la détermination, à faible coût, de la recharge à long terme. La mise en œuvre d'un code d'inversion des données est accompagnée de vérifications de la méthode, à l'aide de simulations numériques de profils d'infiltration en régime permanent puis transitoire.

Grâce aux capteurs de pression automatisant la mesure des niveaux d'eau dans les puits, ces données sont couramment disponibles sur une base journalière ou même horaire. Toutefois, l'exploitation de ces données dans le cadre d'une étude régionale n'est pas toujours évidente. Cette affiche présente l'évaluation du niveau de confinement d'un aquifère rocheux régional et l'estimation de la recharge sur la base des hydrogrammes acquis sur environ 3 ans (aux 6 h) dans une quarantaine de puits dans le cadre du projet PACES Montérégie Est. Les puits sont majoritairement installés dans l'aquifère rocheux fracturé régional. Le confinement des puits a été classé (libre, semi-captif et captif) selon le comportement des niveaux d'eau qui est décrit avec plusieurs critères, dont la réponse barométrique et la corrélation entre les variations des niveaux d'eau et les précipitations. Les puits «libres» ont été utilisés pour l'estimation de la recharge par modélisation inverse mettant en relation les hydrogrammes et les données météorologiques. En plus de servir à l'évaluation de la recharge, les niveaux d'eau ont fourni une validation indépendante des critères utilisés pour définir les conditions de confinement de l'aquifère rocheux basés uniquement sur des critères géologiques. Enfin, cette étude a démontré que les hydrogrammes de puits peuvent être utilisés comme outil diagnostique autonome pour caractériser le contexte hydrogéologique à l'échelle locale ou semi-régionale.

Les projets de caractérisation hydrogéologique que sont les PACES colligent quantité d'informations sur les systèmes aquifères régionaux du Québec. Ces données (stratigraphiques, hydrauliques, géochimiques, etc.) sont décrites, analysées statistiquement, intégrées à des documents géomatiques et synthétisées dans des modèles hydrogéologiques conceptuels. Cependant, bien qu'esquissée à travers ces livrables, la dynamique souterraine régionale n'est vraiment quantifiée et spatialisée que via le développement de modèles hydrogéologiques numériques. La construction de ces derniers requiert la majorité des informations acquises lors des travaux de caractérisation, telles quelles ou transformées.

Dans le cadre du PACES de la Montérégie Est, j'ai exploré les données issues des travaux de caractérisation en utilisant des outils de géomatique, de programmation et d'analyse statistique, en vue de préparer les intrants d'un modèle hydrogéologique numérique. À plusieurs reprises, j'ai constaté que des approches courantes d'utilisation de telles données négligeaient certains aspects, de dépendance spatiale par exemple, qui ont pourtant une influence majeure sur la dynamique souterraine simulée. Centrées d'abord sur les propriétés hydrauliques, mes analyses critiques se sont aussi intéressées à d'autres intrants importants du modèle, dont la recharge à la nappe et la position des zones d'émergence. L'affiche présentée dépeint ces approches, sujettes à discussion, et leurs méfaits.

Les lacs de kettle sont des lacs particuliers qui peuvent être déconnectés des eaux souterraines, représentant ainsi de grands lysimètres, ou encore être en interaction directe avec celles-ci, représentant alors des fenêtres sur la nappe sous-jacente. De plus, puisqu'ils sont très réactifs et particulièrement sensibles aux évolutions des conditions hydriques, ils offrent un contexte d'analyse privilégié en hydrologie. En effet l'étude de la dynamique des ressources en eau implique que les systèmes de surface et souterrains soient intégrés dans un seul concept d'investigation et que les transferts aux interfaces soient bien discriminés. Ce travail n'est réalisable que dans des contextes bien définis spatialement et très réactifs, d'où l'intérêt d'une étude approfondie sur les lacs de kettle.

Le but de ce programme de recherche est d'établir, à travers l'étude de ces lacs, un référentiel unique pour identifier l'impact des changements environnementaux sur les ressources en eau. Une première étape sera de proposer une modélisation quantitative et qualitative des flux hydriques ainsi que leur variabilité au sein de quelques lacs au comportement singulier grâce à des bilans hydrologiques et isotopiques. Il sera ensuite possible d'établir une stratégie de caractérisation adaptée à ces contextes et de développer un plan d'échantillonnage et d'instrumentation pertinent. Cette caractérisation permettra de définir la sensibilité de tels systèmes aux changements environnementaux.

L'origine et la distribution du radon (222Rn) dans les eaux souterraines et les rivières des bassins versant de la Nicolet et de Vaudreuil-Soulange sont ici étudiées. Le 222Rn est un isotope radioactif appartenant à la chaine de désintégration de l'238U. Dans les eaux souterraines, il atteint rapidement l'équilibre séculaire avec son père, le 226Ra, induisant ainsi comme facteur de perte majeur, les flux vers la surface. Dans les rivières, le 222Rn est dégazé et la seule autre source est l'apport par les eaux souterraines,
permettant son utilisation comme traceur. Lors de la première campagne d'échantillonnage, 90 échantillons d'eaux souterraines et 30 de rivière ont été prélevés. Dans le bassin de la Nicolet, une distribution binomiale de 222Rn est ressortie. Les puits implantés dans les Appalaches montrent des activités entre 90 et 400Bq/L. Elles chutent à 15Bq/L dans les Basses-Terres. Cette distribution est liée aux lithologies dominantes: méta-sédiments dans les Appalaches et roches carbonatées dans les Basses-Terres. Pour le bassin versant de la rivière à la Raquette (Vaudreuil-Soulange), les activités de 222Rn passent de 20Bq/L dans les plaines agricoles, à 100Bq/L, proche du Mont Rigaud, où affleure le socle grenvillien, riche en uranium. Le travail effectué sur les rivières a permis d'identifier de manière grossière les possibles zones de résurgence d'eaux souterraines. Une nouvelle campagne sera mené, en été 2014, afin donc pouvoir quantifier précisément ces flux.

Plusieurs études ont montré la présence de quantités importantes de ⁴He radiogénique dans les eaux souterraines. Ces quantités sont en excès par rapport à une simple production dans la matrice aquifère et suggèrent des apports profonds. Cela est aussi le cas dans les Basses-Terres du Saint-Laurent où des excès de ⁴He radiogénique ont été mesurés en Montérégie Est et dans le Centre-du-Québec. Dans le bassin de la rivière Bécancour, les rapports d'activités isotopiques de l'uranium (²³⁴U/²³⁸U), qui produit par décroissance l'hélium, ont été mesurés. Ces rapports varient entre 1.1448 ± 0.0136 à la recharge jusqu'à 6.0695 ± 0.1360 dans la plaine, impliquant une mise en solution préférentielle de l'isotope ²³⁴U (plus mobile) par rapport à l'isotope ²³⁸U. L'évolution de l'uranium dissous ne semble pas corrélée aux lithologies traversées alors que le temps de contact eau-roche semble être en cause: il existe une tendance linéaire avec l'alcalinité (indicateur de la mise en solution de la matrice aquifère) et entre les âges ³H-³He calculés et les rapports (²³⁴U/²³⁸U). Fait intéressant, les échantillons ayant les rapports les plus fractionnés (²³⁴U/²³⁸U élevés) sont les échantillons ayant une composante radiogénique d'hélium la plus importante. Cette relation suggère que la source d'hélium radiogénique pourrait être interne à l'aquifère et la dissolution préférentielle de certains minéraux enrichirait l'eau de cet élément en créant les excès observés.

La caractérisation des eaux souterraines dans le bassin versant de la rivière Nicolet et de la partie basse de la rivière Saint-François a pour objectif de déterminer, à l'échelle régionale, la qualité des eaux souterraines. Les analyses chimiques ont été réalisées pour les ions majeurs, mineurs et traces ainsi que pour les isotopes stables de l'eau, le tritium, les gaz rares (He à Xe), les nitrates, les pesticides et la bactériologie. À partir des 200 échantillons collectés sur le terrain au cours de l'été 2013, les premiers résultats montrent la présence de 4 principaux groupes d'eau depuis la zone de recharge en amont (Ca-Mg-HCO₃) vers la zone de décharge en aval (Na-HCO₃, Na-Cl). Les analyses statistiques montrent que le baryum et le fluor sont associés avec les eaux de type Na-HCO₃ et Na-Cl tandis que le fer et le manganèse sont associés avec les eaux du groupe Ca-HCO₃. L'impact des activités humaines sur les sources de contamination diffuse (nitrates, phosphores, pesticides et bactéries) et sur les eaux souterraines est en cours d'analyse. Des analyses géochimiques de roches ainsi que des mesures du ⁴He radiogénique sont en cours afin de discriminer des sources anthropiques de pollution superficielle. Ces contaminations pouvant être dues aux interactions prolongées eau-roche ou aux mélanges avec des eaux anciennes salées. Le calcul du temps de séjour des eaux souterraines est en cours par datation ³H/³He et devrait permettre d'établir la présence de ces mélanges.

Dans le cas d'aquifères complexes (aquifères à géométrie variable, karstifiés, hétérogènes et/ou discontinus), l'interprétation des essais de pompage à partir des modèles conventionnels (modèle de Theis, de Cooper-Jacob, etc.) peut mener à des estimations erronées des propriétés hydrauliques et à une mauvaise compréhension du fonctionnement hydraulique de l'aquifère.

Le modèle Generalized Radial Flow (GRF) proposé par Barker (1988) permet d'améliorer l'interprétation des essais de pompage car il intègre l'évolution temporelle de la dimension d'écoulement n sans prendre pour hypothèse que l'écoulement est radial (n = 2) comme supposé dans le modèle de Theis. Ce paramètre n traduit l'influence de la structure physique et hydraulique de l'aquifère sur l'évolution transitoire du rabattement en pompage. Cette approche est cependant peu utilisée probablement parce que la signification physique de n non-entier est encore énigmatique et que l'estimation des propriétés hydrauliques à partir du modèle GRF reste difficile.

Le présent projet de recherche a pour objectif d'améliorer l'interprétation des essais de pompage, à débit constant, en régime transitoire à partir du modèle GRF par une approche de terrain couplée à une approche numérique. Cela permettra de proposer des outils diagnostiques aux praticiens afin de mieux caractériser la structure physique, les limites hydrauliques et les circulations d'eau au sein des aquifères et ainsi de mieux gérer la ressource en eau souterraine.

Le facies chimique naturel des eaux souterraines répond à un déterminisme en partie dû à la nature lithologique des aquifères et des terrains superficiels traversés par l'eau. La caractérisation hydrogéochimique d'un système aquifère implique la caractérisation géochimique et isotopique de l'eau souterraine, mais aussi des différents facteurs inhérents à son cheminement qui peuvent influencer sa composition. La mise en relation du contexte hydrogéologique avec la caractérisation hydrogéochimique et isotopique d'un système aquifère permettrait alors une meilleure caractérisation des eaux souterraines, de leur système d'écoulement et de leur évolution.

Les régions de Charlevoix et de la Haute-Côte-Nord (CHCN) présentent un intérêt particulier du fait de la diversité de lithologies du socle rocheux et des dépôts sédimentaires le recouvrant. Dans ces régions, aucune caractérisation hydrogéologique régionale n'a encore été réalisée tandis que différents facteurs de risque de contamination de l'eau souterraine se développent.

Afin de définir la géochimie de l'eau souterraine et les différents contextes hydrogéologiques des régions CHCN, différentes méthodes peuvent être employées : analyses graphiques, statistiques, élaborations de modèles hydrogéologiques et modélisations numériques. Ces méthodes permettront par ailleurs de mettre en relation les deux caractérisations précédentes afin d'émettre des conclusions sur la relation entre l'hydrogéo-dynamisme et la genèse géochimique.

Evaluer la capacité de la ressource à se renouveler est essentielle à une bonne gestion des aquifères. Cependant malgré les nombreuses méthodes qui existent, la recharge reste très difficile à estimer. L'application de plusieurs méthodes est la meilleure façon d'obtenir des résultats plus fiables. Cette approche constitue mon projet de maîtrise : la comparaison de méthodes d'estimation de la recharge des aquifères pour une meilleure estimation de celle-ci. Ce dernier s'intègre au sein du Programme d'Acquisition de Connaissances sur les Eaux Souterraines Charlevoix - Haute-Côte-Nord (PACES-CHCN).

1-La méthode du bilan hydrique est basée sur l'équation suivante : AV = Re + Ru + ETP. La recharge (Re) est estimée à partir des apports verticaux (AV), du ruissellement (Ru) et de l'évapotranspiration potentielle (ETP). 2-La méthode du débit de base repose sur l'étude des hydrogrammes des cours d ‘eau. La diminution du débit en période d'étiage est caractérisée par des courbes de récession à partir desquelles il est possible de calculer les volumes d'eau d'aquifère déchargés dans une rivière. 3-Enfin un modèle numérique à partir du logiciel Geoslope sera élaboré et interprété pour estimer la recharge.

Ainsi ce projet permettra par la comparaison de trois méthodes différentes, de contraindre la recharge, d'identifier les sources d'incertitudes inhérentes à chaque méthode, pour enfin élaborer des recommandations aux hydrogéologues intéressés à l'estimation de la recharge des aquifères.

Des dépôts d'origine glaciaire et les structures sous-jacentes du socle rocheux constituent les principales formations aquifères le long de la rive nord du Fleuve St-Laurent au Québec. La caractérisation de ces formations est effectuée par interpolation de toute l'information disponible (forages, dépôts de surface, etc.) et fait de plus appel aux méthodes d'exploration géophysique pour leur capacité à imager les dépôts meubles et le roc, ceci à des coûts relativement faibles. Le projet mené utilise une méthode d'induction électromagnétique (NanoTEM) dans les régions de Charlevoix et de la Haute-Côte Nord (CHCN) dans le cadre du Programme d'Acquisition des Connaissances sur les Eaux Souterraines (PACES). L'appareil NanoTEM est privilégié parce qu'il possède une profondeur d'investigation adéquate (5 à 100 m) et qu'il fournit des images de la résistivité électrique du sous-sol sur une large gamme de valeurs (0 à 20 kΩ∙m). Le signal NanoTEM est étalonné à l'aide de forages disponibles et des cartes de dépôts quaternaires de surface. Dans le cadre du PACES-CHCN, 120 levés auront permis l'interpolation de plus de 30 km de pseudo-sections. Le NanoTEM nous permet en outre de distinguer les aquitards (1 à 300 Ω∙m) et les aquifères (0,3 à 1,5 kΩ∙m) du roc cristallin (1,5 kΩ∙m et plus). Nous présenterons les résultats obtenus pour les modèles de dépôts deltaïques de Colombier et marins des Escoumins, ainsi que des modèles de dépôts d'origine fluvioglaciaire à St-Siméon et à St-Urbain.

Les projets de cartographie hydrogéologique régionale tels ceux réalisés dans le cadre du Programme d'acquisition de connaissances sur les eaux souterraines pour les territoires du Saguenay – Lac –Saint-Jean (SLSJ) et de Charlevoix – Haute-Côte-Nord, visent notamment à identifier les limites et l'épaisseur des aquifères granulaires. Pour y parvenir, un modèle de l'épaisseur des dépôts meubles est requis. Puisque la justesse de la modélisation dépend de la quantité de données ponctuelles utilisées et de leur distribution sur le territoire, une stratégie a été élaborée pour augmenter le nombre de données et améliorer leur distribution spatiale. Ainsi, le territoire a été couvert de coupes stratigraphiques en respectant un patron régulier et uniforme. Chaque coupe stratigraphique a été interprétée, numérisée puis discrétisée en forages virtuels selon un pas régulier le long de la coupe. Par exemple, 5 085 forages virtuels ont été générés à partir des 134 coupes stratigraphiques réalisées pour modéliser l'épaisseur des dépôts meubles sur le territoire du SLSJ. Les données ponctuelles réelles non sélectionnées pour la construction des coupes stratigraphiques et négligées lors de l'interpolation, servent à valider l'interpolation. Des diagrammes barrières élaborés à partir des coupes stratigraphiques permettent d'identifier les limites latérales des aquifères granulaires, ce qui s'avère fort utile principalement aux endroits où ces aquifères n'affleurent pas.

Le marais de Cap-Marteau est situé sur la commune de Trois-Pistoles, dans l'anse des Riou sur la rive Sud de l'estuaire maritime du Saint-Laurent. Reposant sur des argiles glacio-marines, le marais est refermé par une flèche littorale active qui a permis la sédimentation et ainsi la formation du marais. En arrière de cette flèche active se trouvent deux paléoflèches, vestiges de l'évolution holocène du marais. Ces corps sédimentaires perméables contiennent de l'eau douce qui alimente les habitations alentour. Ils sont aussi des sources ponctuelles d'eau douce dans un écosystème typiquement marin et ils pourraient expliquer la grande diversité végétale mesurée dans le marais. L'objectif général de ce projet est donc de quantifier les volumes d'eau potentiellement contenus par ces flèches. Plus spécifiquement, nous présenterons l'évolution historique des flèches et déterminerons les volumes sédimentaires potentiellement accessibles à l'eau météorique en nous basant sur des données LIDAR et des données de terrain. Cette étude est en cours de réalisation et représente une première étape dans la compréhension de la capacité aquifère de flèches littorales.

Ce projet se réalise dans le cadre du projet PACES-NEBSL. Il représente une première étape dans le recensement et la cartographie des ressources en eaux souterraines du Québec.

L'étude du quaternaire de la région de Trois-Pistoles a été délaissée depuis quelques décennies et pourtant une quantité considérable de nouvelles informations (14C, LiDAR, données de forages, imagerie satellite, modèles d'élévation numérique) est aujourd'hui disponible sur la région. De plus, le développement d'infrastructures routières dans la région a révélé de nouvelles coupes et des forages qui fournissent de nouvelles données sur la paléogéographie du secteur. Les données indiquent que le delta de Trois-Pistoles est composé de deux lobes deltaïques emboités situés respectivement vers 165 m et 142 m d'altitude. Les résultats révèlent que le lobe inférieur est plus vaste que précédemment cartographié et qu'il s'est formé après 12 570 Cal. BP. Les lobes ont ensuite été érodés et découpés en deux segments au cours d'une période de stabilisation du niveau marin relatif vers 118 m. Cette période de stabilité a laissé une succession de formes et d'entailles littorales d'envergure régionale dont une ancienne falaise nommée Ligne de rivage Pouliot. Cette étude a également permis de mettre à jour la cartographie morphosédimentologique de la région et d'apporter de nouvelles informations chronologiques sur la paléogéographie du secteur. D'autres études seront cependant nécessaires pour déterminer la contribution du Lac glaciaire Madawaska à la formation du delta de Trois-Pistoles.

Les décharges d'eau souterraine en milieu côtier (DESMC) sont communes en domaine littoral et se manifestent principalement sous forme de suintements à travers les sédiments perméables des plages. Ces eaux sont une source diffuse de carbone, de nutriments et potentiellement de contaminants pour l'océan et influencent directement la santé de ces écosystèmes. Les DESMC sont encore trop peu documentées pour évaluer leur contribution aux cycles biogéochimiques globaux, particulièrement dans les systèmes nordiques soumis à d'importants changements hydrologiques et de stockage de carbone. Il est donc essentiel non seulement de quantifier ces décharges, mais aussi de comprendre les processus biogéochimiques et physiques propres à ces environnements.

Notre étude, réalisées sur une plage de sédiments perméables aux Îles de la Madeleine a pour objectif de dresser un portait qualitatif et quantitatif des DESMC. Les mesures isotopiques (∂18O, ∂2H et ∂13C) couplées aux paramètres physicochimiques, réalisé aux endroits stratégiques, montrent que les eaux souterraines s'écoulent avec une variabilité temporelle et spatiale complexe répondant aux mécanismes de contrôle hydrogéologiques mais aussi océaniques. Les interactions entre les différentes masses d'eau douce et salée sont donc transitoires et ne peuvent être approchées par des hypothèses à l'état stationnaire.

Des inondations par exfiltration, fréquentes dans les plaines alluviales du Québec, ont déjà été observées lors de crues printanières et ce en l'absence de débordement de la rivière. C'est le cas de la vallée de la rivière Matane où la dynamique entre rivière-aquifère est accentuée par les alluvions grossières composant la plaine. Il existe encore peu d'études sur la connectivité rivière-aquifère et plus spécifiquement sur l'étendue de la zone d'échange entre ces derniers. Alors que les systèmes nordiques connaissent une augmentation de la fréquence des évènements extrêmes, une meilleure compréhension de la dynamique de cette zone d'échange permettra une meilleure gestion de la ressource et des risques associés. Cette étude vise à montrer l'évolution saisonnière des niveaux d'eau dans la plaine alluviale que nous suivons depuis 2012 à l'aide d'un réseau de 20 piézomètres. Nous présenterons aussi des résultats préliminaires sur les échanges au sein de la zone hyporhéique en période d'étiage que nous tentons de caractériser en combinant des outils géochimiques (²²²Rn, δ¹⁸O, δ²H, δ¹³C) et physico-chimiques (température, conductivité hydraulique). Ces résultats préliminaires suggèrent une zone hyporhéique limitée spatialement alors que l'onde phréatique couvre l'ensemble de la plaine. Aussi, grâce aux échantillonnages de l'été 2014, il est attendu que l'étendue de la zone d'échange eaux de surface-souterraine soit proportionnelle à l'amplitude et à la durée des crues.