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Hydrogéochimie de l'aquifère rocheux régional en Montérégie est, Québec.

Beaudry, Châtelaine (2013). Hydrogéochimie de l'aquifère rocheux régional en Montérégie est, Québec. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 210 p.

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Résumé

L'étude hydrogéochimique régionale en Montérégie Est a été réalisée dans le cadre d'un projet de caractérisation hydrogéologique financé en grande partie par le ministère du Développement durable, de l'Environnement, de la Faune et des Parcs (MDDEFP) du Québec. Le projet a été réalisé par l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), la Commission géologique du Canada (CGC), l'Institut de recherche en agroenvironnement (IRDA) et l'OBV Yamaska avec la contribution de plusieurs partenaires régionaux. Le territoire à l'étude, la Montérégie Est, s'étend sur environ 9 000 km² dans le sud du Québec. Il comprend trois bassins versants et est caractérisé par une variété de contextes géologiques, hydrogéologiques et hydrogéochimiques. En fonction de particularités communes basées essentiellement sur la géologie, la région a été divisée en cinq contextes hydrogéologiques: les Basses-terres du Saint-Laurent à l'intérieure desquelles se distinguent les parties nord et sud en fonction de l'épaisseur des sédiments superficiels, les Hautes-terres appalachiennes sculptées par le passage des glaciers (il y a plus de 16 000 ans), le Piémont appalachien qui est transitoire entre les hautes et les basses terres, ainsi que les sept intrusifs d'âge Crétacé, correspondant aux Collines montérégiennes, alignés d'ouest en est au centre de la région. Les objectifs de l'étude étaient de dresser un portrait global de la qualité des eaux souterraines, d'identifier les différents groupes d'eau associés au système aquifère rocheux régional, d'établir des relations entre ceux-ci, ainsi que d'identifier et comprendre les mécanismes contrôlant la chimie de ces groupes. Ultimement, le portrait hydrogéochimique de la région devrait aussi permettre d'améliorer la compréhension du système d'écoulement régional. Cette étude est basée sur les caractéristiques physico chimiques, chimiques et isotopiques de 242 échantillons d'eau recueillis dans des puits aménagés dans les aquifères rocheux (86 %) et dans les aquifères granulaires (14 %). Des groupes d'eau ont été définis et interprétés à l'aide notamment de méthodes d'analyse statistique multivariée. L'analyse hiérarchique regroupée (clustering) a été utilisée pour définir des groupes d'eau ayant des caractéristiques communes sur la base de 16 paramètres géochimiques. L'analyse en composantes principales a servi à faire l'interprétation des interactions entre les groupes en définissant des composantes géochimiques permettant de mieux expliquer la variabilité de la composition chimique de l'eau souterraine. Différentes analyses graphiques ont permis de compléter l'interprétation des mécanismes géochimiques importants. Huit groupes d'eau, composés d'échantillons ayant des caractéristiques similaires, ainsi que trois pôles géochimiques (end-members), permettent de décrire l'évolution géochimique de l'eau souterraine et les relations entre les types d'eau. L'information géochimique permet aussi de mieux comprendre la dynamique du système aquifère régional. La qualité des eaux souterraines de la région à l'étude est en général assez bonne, car peu de dépassements des normes ont été observés. Par contre, une vaste zone (~2 200 km²) au nord-ouest de la région contient de l'eau saumâtre, impropre à la consommation. Celle-ci est liée à l'invasion des aquifères par l'eau de l'ancienne Mer de Champlain qui a occupé la vallée du Saint-Laurent pendant approximativement 1500 ans après la fin de la dernière glaciation, soit il y a environ 11 000 ans. Ces eaux souterraines saumâtres sont entourées par des eaux fortement alcalines et sodiques, en milieu captif à semi-captif, dont la composition est principalement contrôlée par le mécanisme d'échange ionique des minéraux argileux entre les cations Na+ et Ca² +, résultant du lessivage de l'eau d'origine marine et qui contrôle la composition de trois groupes d'eau. Une recharge des aquifères s'effectue en milieu semi-captif dans le sud des Basses-terres ainsi que dans le nord du Piémont. Ces eaux de recharge sont mélangées avec des eaux marines résiduelles. L'eau dans les Hautes-terres et le sud du Piémont est nettement moins chargée en ions, car les contextes géologiques favorisent une recharge plus importante de l'aquifère rocheux dans un environnement qui, en grande partie, n'a pas été affecté par l'invasion marine. Un type d'eaux relativement anciennes et évoluées est aussi largement présent dans les Hautes-terres ainsi que dans une partie du Piémont. Plusieurs questions demeurent cependant en suspend par rapport à leur origine, dont l'interprétation exigerait des données géochimiques plus spécifiques, telles que des résultats de datation à l'aide des gaz dissous. En plus d'expliquer l'évolution géochimique de l'eau souterraine, cette étude a permis de fournir des informations essentielles à la compréhension régionale du système d'écoulement, incluant l'identification des zones de recharge et de résurgence, le temps relatif de résidence de cette eau en fonction des contextes hydrogéologiques, ainsi que des indications du faible écoulement dans la zone d'eau saumâtre se trouvant en conditions captives au nord-ouest de la région. Nos travaux démontrent d'ailleurs que le lessivage progressif des eaux marines n'est pas encore complété pour cette zone. The groundwater chemistry of fractured-rock aquifers of the Montérégie Est region, in southern Quebec, Canada, was studied as part of a regional hydrogeological assessment project mainly funded by the Quebec Environment Ministry (Ministère du Développement durable, de l'Environnement, de la Faune et des Parcs, MDDEFP). This project was jointly carried out by the Institut national de recherche scientifique (INRS), the Geological Survey of Canada (GSC), the Institut de recherche en agroenvironnement (IRDA) and OBV Yamaska, along with a few other regional partners. The study area, which covers 9 000 km² , includes three major watersheds and a variety of geological, hydrogeological and hydrogeochemical contexts. Five hydrogeological contexts were defined in the study area, mainly based on geology: the St. Lawrence Lowlands, which were subdivided in northern and southern parts since the former is overlain by thick continuous marine clay and silt deposits, the Appalachian Uplands that comprise glacial valleys and thin till deposits from the last glaciation (about 16 000 years ago), the Appalachian Piedmont, which is a transition zone between the Lowlands and the Uplands, and seven Cretaceous mafic intrusives forming the Monteregian Hills, wich are aligned east-west at the center of the study area. The objectives of the study were to assess groundwater of this vast area, identify water groups associated with the regional bedrock aquifer system, establish relationships between them, as weIl as identify and understand the mechanisms controlling groundwater composition of these groups. Ultimately, this groundwater quality assessment should also contribute to a better understanding of the regional groundwater flow system. For this study, 242 water samples from bedrock aquifers (86%) and granular aquifers (14%) were obtained and analyzed for physico-chemical, chemical and isotopic parameters. Water groups were defined and interpreted using Multivariate Statistical Analysis methods. Hierarchical Cluster Analysis (HCA) was used to group samples into families having commop characteristics based on 16 geochemical parameters. Principal Components Analysis (PCA) supported the understanding of relationships between water groups and their evolution through the definition of geochemical components that better explain the variability of groundwater composition. The use of a variety of geochemical graphs also supported the interpretation of the major geochemical processes. Eight water groups were defined and three end-members were identified, which describe the geochemical evolution of groundwater as weIl as the relations between water groups. The geochemical information also provided a better understanding of the regional aquifer dynamics. The overall water quality is generally good in the Montérégie Est area, since a restricted number of parameters exceed drinking water limits. However, a wide 2 200 km² area containing non potable brackish groundwater was delineated in the north-western part of the study area. This brackish water is related to the Champlain Sea, which occupied the St. Lawrence valley for approximately 1 500 years after the end of the last glaciation, about 11 000 years ago. The brackish water zone is surounded by strongly Na-rich and alkaline groundwater, whose composition is mainly controlled by Na+-Ca²+ ion exchange. This water is characteristic of the freshening pro cess caused by the mixing of fresh and saline waters. This important mechanism controls the composition of three water groups. Young groundwater, indicative of recharge zones, is encountered in the southern part of the Lowlands, in the north-western part of the Piedmont and in the Appalachian Uplands (mainly in the south-eastern part). Inside the former Champlain Sea limit, young waters are often nlÏxed with residual brackish water. Fresh waters from the Uplands and southern Piedmont contain less TDS because topography and geology favor higher recharge rates in an environment has mostly not been affected by the marine invasion. Relatively old and evolved groundwater is present in the Uplands and part of the Piedmont. Many questions remain unanswered concerning the origin of this water, whose interpretation would require more specific geochemical data, such as dissolved gases dating datas. Beside the contribution of this study to the understand of the geochemical evolution of groundwater, this study also significantly contributed to the understanding of the regional bedrock aquifer flow system by identifying recharge and discharge areas and groundwater relative travel time in the different hydrogeological contexts. It has also provided evidences of the slow groundwater flow that explains the presence of the brackish water zone, in which the progressive desalination process is still on-going.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Cloutier, Vincent; Rivard, Christine
Mots-clés libres: aquifère rocheux; base de données; géochimie; qualité; eau souterraine; propriétés physicochimiques; géologie; hydrogéologie; méthode graphique; statistique; hydrogéochimie; Montérégie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 04 juin 2013 19:55
Dernière modification: 09 nov. 2015 18:49
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1363

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