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Évolution paléoenvironnementale de la dynamique quaternaire dans la région de Québec: Application en modélisation tridimensionnelle et hydrogéologique.

Lamarche, Lise (2011). Évolution paléoenvironnementale de la dynamique quaternaire dans la région de Québec: Application en modélisation tridimensionnelle et hydrogéologique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 222 p.

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Résumé

L’architecture des sédiments quaternaires dans la région de Québec résulte de l’évolution complexe d’un système d’érosion-sédimentation glaciaire, marine, estuarienne et fluviale. Élément charnière dans l’évolution quaternaire du Québec méridional, la compréhension des événements marquants survenus dans la région de Québec revêt une importance cruciale en ce qui concerne tout le cycle d’invasion marine dans les Basses-Terres du Saint-Laurent suite à la dernière glaciation. En effet, l’épisode de la Mer de Champlain résulte de l’effet combiné de la hausse du niveau marin global suite à la déglaciation wisconsinienne et de l’enfoncement glacio-isostatique de toute la vallée du Saint- Laurent. Le seuil de Québec, quant à lui, contrôlait les échanges d’eau entre cette mer presque fermée et le milieu glaciomarin ouvert de la Mer de Goldthwait. La réalisation d’un modèle géologique 3D a permis de reconstituer de façon cohérente les différentes combinaisons d’unités géologiques quaternaires dans la région d’étude. L’intégration de données archivées et de nouvelles données a permis d’élucider la complexité architecturale des sédiments dans la vallée enfouie de la basse ville et dans les terrains adjacents. Au cours de cette étude, une réinterprétation des différentes cartes géologiques des dépôts de surface a été réalisée, de même que l’élaboration d’un modèle géologique conceptuel. La réalisation de forages, de levés géophysiques, de coupes géologiques, ainsi que celle d’analyses paléoécologiques, sédimentologiques et géochronologiques ont permis d’élaborer un cadre stratigraphique et par le fait même l’évolution paléoenvironnementale dans le secteur de Québec, et de poser de meilleurs diagnostics sur les conditions d’érosion-sédimentation dans les différents milieux observés. La base de la séquence stratigraphique observée est constituée d’un till inférieur que l’on peut attribuer à une avancée glaciaire régionale, mais dont l’âge n’a pu être établi. Par contre, le sable marin inférieur surmontant ce till a été déposé dans un environnement glaciomarin proximal associé vraisemblablement au Wisconsinien moyen. Toutefois, l’âge de cette unité n’est pas connu et pourrait être plus vieux qu’attendu, puisque la datation IRSL (Infra-Red Simulation Luminescence) de ces sables n’est que préliminaire. Le till supérieur surmontant ces sables marins représente la phase principale de la glaciation laurentienne dans le secteur de Québec, de même que l’épisode de courant glaciaire qui l’a suivie dans la région. Sur ce till reposent des silts argileux marins concentrés principalement dans les diverses dépressions topographiques, ainsi que de grands complexes deltaïques à l’embouchure des principales rivières. Dans la basse ville, un delta tardif, mis en place par le Proto-Saint-Laurent dans la Mer de Goldthwait, a fait l’objet d’une analyse hydrogéologique préliminaire. En effet, l’épaisseur et l’étendue de ce delta en font un important aquifère, susceptible d’être exploité tant sur le plan hydrique que géothermique. Les silts estuariens recouvrant ces sables deltaïques avaient jusqu’à présent été confondus avec les silts marins francs, ce qui explique l’absence du delta dans les interprétations et modèles géologiques antérieurs. Deux oscillations du niveau marin relatif ont été identifiées dans la basse ville de Québec. La plus ancienne, associée à la Transgression laurentienne vers 6 000 ans, a atteint environ le niveau de 15 m et a donné lieu à la mise en place des silts estuariens mentionnés ci-haut. La plus récente, associée à la phase de Mitis (de 2500 à 1000 ans), a été d’amplitude plus modeste, atteignant la cote de 8 m dans la basse ville. Les divers scénarios stratigraphiques et paléogéographiques postulés sont directement liés à l’architecture et aux séquences de faciès sédimentaires observés dans le paléodelta de sorte que cela affecte même notre compréhension de la distribution des propriétés hydrauliques du système. Ainsi, la modélisation géologique 3D a comme but premier de définir les limites spatiales des différentes unités hydrostatigraphiques dans le contexte d’une étude hydrogéologique préliminaire, notamment celle du delta de la basse ville de Québec. Ce travail permet d’identifier et de caractériser une série représentative d’hydrofaciès. L’aquifère de la basse ville peut être divisé en deux sous-unités : soit celle à la base caractérisée par des faciès plus perméables et une autre au sommet caractérisée par des faciès de perméabilité très variable. Il a été établi selon les caractéristiques physico-chimiques de l’eau de même que les propriétés hydrauliques des unités identifiées dans le modèle géologique 3D que la recharge provient majoritairement des unités latérales plus perméables et que l’écoulement de l’eau dans l’aquifère est plutôt rapide. La modélisation géologique tridimensionnelle permet de contraindre l’interpolation des propriétés hydrauliques à l’intérieur des différents hydrofaciès. La réalisation du modèle géologique 3D requiert une méthodologie standardisée d’intégration des données de différentes sources, le premier filtre étant la classification des données en fonction de leur degré de fiabilité. En effet, seules des données de haute qualité doivent être utilisées dans la modélisation géologique 3D afin de produire un modèle cohérent. Toutefois, lorsque localement les données sont éparses et de faible qualité, la réalisation d’un modèle géologique conceptuel s’avère important afin de respecter les connaissances des divers milieux de sédimentation et des hiatus et discordances affectant la série sédimentaire visée. Ainsi, 14 unités hydrostratigraphiques ont pu être identifiées dans le secteur de Québec et leurs propriétés ont été distribuées dans un maillage tridimensionnel. Dans la perspective d’une étude hydrostratigraphique, la réalisation d’un modèle géologique tridimensionnel, de même que l’analyse paléoenvironnementale sont des outils conceptuels essentiels pour la réalisation d’un modèle hydrostratigraphique robuste et cohérent.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Parent, Michel
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Mots-clés libres: paléoenvironnementale; quaternaire; modélisation tridimensionnelle; géochronologie; stratigraphie; hydrogéologie; géologie; Québec
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 06 févr. 2014 20:53
Dernière modification: 23 nov. 2015 19:26
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1723

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