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Caractérisation et modélisation des conditions d’écoulement à densité variable au-dessus du réservoir pétrolier, secteur Haldimand à Gaspé.

Raynauld, Mélanie (2014). Caractérisation et modélisation des conditions d’écoulement à densité variable au-dessus du réservoir pétrolier, secteur Haldimand à Gaspé. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 188 p.

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Résumé

Le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MDDELCC) a mandaté l’INRS pour réaliser une étude hydrogéologique du secteur Haldimand, à Gaspé. Cette étude avait pour but d’évaluer le risque pour la qualité de l’eau souterraine des opérations d’exploration pétrolière dans le secteur Haldimand, particulièrement par rapport à l’éventuel forage exploratoire Haldimand No.4. Ce mémoire s’inscrit dans cette étude dont la contribution a permis de définir les conditions hydrogéologiques, d’établir le modèle conceptuel hydrogéologique et de développer un modèle numérique de l’écoulement à densité variable le long d’une ligne d’écoulement. La simulation tient compte de la migration de sels et d’hydrocarbures dissous dans l’eau souterraine sans considérer de phase immissible (pétrole ou gaz). De plus, la voie potentielle de migration du méthane le long du forage pétrolier n’a pas été considérée. Le secteur Haldimand est constitué d’un roc poreux et fracturé qui joue le rôle d’aquifère régional. Le roc est recouvert d’épaisseurs variables de till peu perméable, agissant comme un aquitard. La fracturation naturelle du roc et sa perméabilité sont contrôlées par la profondeur sous la surface du roc; le roc étant plus fracturé dans les 20 premiers mètres de sa partie supérieure. L’écoulement de l’eau souterraine se fait des hauts topographiques, qui sont des zones de recharge préférentielle, vers les cours d’eau et la périphérie de la péninsule. La définition du contexte hydrogéologique a permis d’établir que les limites de partage des eaux souterraines sont définies par la topographie, d’évaluer la vulnérabilité de l’aquifère à la contamination en surface qui va de moyenne à très élevée, d’identifier les cours d’eau sensibles à une éventuelle contamination aux sites pétroliers, de montrer que les puits résidentiels et municipaux ne sont pas des récepteurs d’une éventuelle contamination, d’évaluer que la distance séparatrice (500 m) prévue par le Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection (RPEP) du MDDELCC entre les forages pétroliers et les puits d’approvisionnement en eau est sécuritaire et que la localisation des puits d’observation leur permettrait de détecter une contamination avant qu’elle n’atteigne les récepteurs. Avec les hypothèses utilisées, la modélisation numérique montre que la zone d’écoulement actif dans le secteur Haldimand est assez peu profonde (maximum d’environ 120 m sous NMM). L’eau douce se trouve jusqu’à environ 200 m (maximum) sous le niveau moyen de la mer (NMM) dans le secteur Haldimand. Ainsi, la profondeur des eaux souterraines exploitables prévue par le RPEP (200 m) est pertinente. La modélisation montre aussi qu’il y a peu de liens entre la surface et la profondeur mais que des eaux évoluées et anciennes sont apportées sous Haldimand par l’écoulement régional. Les patrons d’écoulement peuvent donc apporter des eaux évoluées ayant de long temps de résidence (excédant 1 million d’années) de la profondeur vers les exutoires du système d’écoulement, particulièrement la rivière St-Jean. Selon le modèle, sous la péninsule Haldimand on retrouverait des eaux à long temps de résidence (1 000 à 10 000 ans) à de relativement faibles profondeurs, ce qui expliquerait l’observation des eaux plus évoluées dont la répartition pourrait être influencée par un patron complexe de fracturation près de la surface du roc. L’émission éventuelle de fluides en profondeur par les puits pétroliers prendrait plusieurs milliers d’années à atteindre la surface sans des voies de migration préférentielle.

Abstract

INRS was mandated by the Quebec Environment Ministry (Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques, MDDELCC) to carry out a hydrogeological study of the Haldimand sector of Gaspé. This study aimed to assess the risk for groundwater quality related to petroleum exploration activities in the Haldimand sector, especially the planned Haldimand No.4 exploration borehole. This master thesis was carried out as part of the INRS study and its specific contributions are related to the definition of hydrogeological conditions, the production of a conceptual hydrogeological model and the development of a variable-density numerical model along a flow line. The model represents the migration of solutes and dissolved hydrocarbons in groundwater but does not consider immiscible phases (petroleum or gas). Furthermore, the potential methane migration path along petroleum wellbores was not considered. In the Haldimand sector, porous and fractured rock is found in the subsurface and it represents a continuous regional aquifer. A variable thickness of low-permeability till covers the rock and acts as an aquitard. Natural fracturing of the rock and its permeability are controlled by their depth below the rock surface; the rock being more fractured in its top 20 m. Groundwater flows from topographic highs, which are preferential recharge zones, towards streams and the periphery of the Haldimand peninsula. The hydrogeological context involves groundwater divide lines controlled by topography and aquifer vulnerability going from intermediate to very high. Based on flow paths, streams would be receptors of an eventual contamination at petroleum drill sites, but residential and municipal wells would not be receptors of such an eventual contamination. The 500 m separation distance between petroleum boreholes and supply wells imposed by the MDDELCC’s regulation on water and their withdrawal (Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection, RPEP) appears safe, and the locations of monitoring wells would allow them to detect groundwater contamination before it reaches receptors. With the hypotheses used for its development, the numerical model shows that the active flow zone in the Haldimand sector is relatively shallow (maximum of about 120 m under sea level). Fresh water would reach down to 200 m (maximum) under sea level in the Haldimand sector. Thus the depth of exploitable groundwater inferred to be 200 m by the RPEP is representative. The model also shows that there are limited links between surface and the depth of the petroleum reservoir, but that ancient and evolved groundwater is brought up under the Haldimand sector by the regional flow patterns. These flow patterns can thus bring evolved groundwater with long residence times (exceeding 1 million years) from depth to the discharge areas of the flow system, especially the St-Jean River. According to the model, under the Haldimand peninsula there would be groundwater having long residence times (1 000 to 10 000 years) at relatively shallow depths, which would explain the observation of evolved groundwater whose spatial distribution could be influenced by complex fracture patterns near the rock surface. Without preferential migration paths, the eventual emission of fluids at depth by petroleum wells would take many thousands of years to reach surface.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Molson, John; Gloaguen, Erwan
Mots-clés libres: hydrogéologie; vulnérabilité; densité variable; modélisation; hydrocarbures; temps de résidence; Haldimand; Gaspé; Québec
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 mars 2015 18:57
Dernière modification: 16 mars 2016 20:16
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2619

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