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Caractérisation et modélisation numérique de la contamination en TCE dans l'eau souterraine du secteur Valcartier, Québec, Canada.

Boutin, Alexandre (2004). Caractérisation et modélisation numérique de la contamination en TCE dans l'eau souterraine du secteur Valcartier, Québec, Canada. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 162 p.

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Résumé

L'étude a pour objectif général de comprendre un système aquifère granulaire complexe contaminé par des composés organiques volatils à l'aide de données de caractérisation et de travaux de modélisation numérique. Le site à l'étude est dans le secteur de Valcartier situé à environ 35 kilomètres au nord de la ville de Québec. En 1997, du trichloroéthène (TCE) a été découvert dans le système d'approvisionnement en eau potable de la base militaire de Valcartier. Des caractérisations ont suivi pour définir le contexte géologique et hydrostratigraphique. En décembre 2000, du TCE a été trouvé dans des puits privés de la municipalité voisine, Shannon. Une caractérisation de grande envergure du secteur a ensuite été entreprise afin de définir précisément le contexte hydrogéologique et la contamination de l'eau souterraine par le TCE. Le contexte géologique du secteur est caractérisé par la présence de deux vallées enfouies dans lesquelles des sédiments proglaciaires, deltaïques, prodeltaïques et fluviatiles sont présents. L'unité aquifère principale est le sable et gravier deltaïque d'une épaisseur totale atteignant jusqu'à 45 m. À l'est du secteur, cette unité est séparée par une unité silteuse prodeltaique qui amène des conditions de nappe semi-captive sous le silt. Des conditions de nappe libre et semi-captive sont donc présentes au site et l'écoulement de l'eau souterraine est du nord et du sud vers le centre des vallées enfouies. Une ligne de partage des eaux est présente à l'est du secteur qui sépare l'écoulement dans la vallée vers Val-Bélair à l'est et vers Shannon à l'ouest. Un panache de TCE dissous est présent dans l'eau souterraine du secteur. Un contexte de sources multiples a mené à la formation de ce panache qui est majeur, complexe et hétérogène. Les concentrations maximales mesurées dans le panache sont d'environ 1400 µg/L à 4500 µg/L à proximité des sources potentielles. Le panache a une superficie d'environ 2 800 000 m2 et possède une largeur d'environ 600 m à son extrémité ouest. La représentation quantitative de l'écoulement et de la migration de TCE, a été réalisée à l'aide du simulateur numérique FRAC3DVS. Un maillage composé de plus d'un million d'éléments finis en 3D a été construit afin de représenter le contexte hydrostratigraphique du secteur. Le modèle comporte 19 zones de conductivité hydraulique et a été calé en ajustant les conductivités hydrauliques et la recharge. Le traçage de particules a permis d'étudier la contribution et la migration de TCE à partir de différentes sources ainsi que de définir des aires d'alimentation pour les puits de production d'eau potable. Enfin, des simulations simplifiées du transport de masse ont permis de reproduire correctement la morphologie du panache régional de TCE et de quantifier le temps de migration à partir des différentes sources potentielles identifiée.

Abstract

This study aims to understand a complex granular aquifer system contaminated by volatile organic compounds (VOCs) using environmental characterization data and numerical modeling. The study site is located in the Valcartier region about 35 kilometres north of Québec City. In 1997, trichloroethene (TCE) was discovered in the drinking water supply system of the Va1cartier Military Base. Many characterization phases followed to define the geological and hydrostratigraphic context. In December 2000, TCE was found in private wells in the neighbouring municipality of Shannon. An important characterization campaign was initiated to define more precisely the hydrogeological context and the groundwater TCE contamination in the sector. The geology in the sector is characterized by the presence of two buried valleys in which fluvio- glacial, deltaic and prodeltaic, fluvial sediments are found. The main aquifer unit is deltaic sand and gravel with a maximum thickness of 45 m. In the eastern part of the site, a semi-confining silt unit splits the deltaic sands into two separate aquifers with unconfined conditions above the silt unit and semi-confined conditions beneath the silt. There are unconfined and semi-confined conditions at the site and groundwater flow is from north and south toward the center of the buried valley. A groundwater divide at the eastern part of the site diverts the groundwater flow toward Val-Bélair to the east and toward Shannon to the west. At the Valcartier site, multiple sources have produced a complex and heterogeneous TCE dissolved groundwater plume. The maximum TCE concentrations measured in the plume are about 1400 µg/L to 4500 µg/L next to potential sources. The plume has an area of about 2 800 000 m² and a width of about 600 m at its western end. To quantitatively represent groundwater flow and TCE migration, a numerical modelling study was conducted using the FRAC3DVS numerical code. A 3D mesh composed of more than one million elements was generated to accurately represent the hydrostratigraphic system. The model was composed of 19 hydraulic conductivity zones and was calibrated by adjusting the hydraulic conductivities and groundwater recharge. Partic1e tracking allowed the study of source zone contributions and plume migration and also allowed the delineation of contributing areas of drinking water wells in the sector. Finally, simplified mass transport simulations reproduced correctly the morphology of the regional groundwater TCE plume and allowed quantification of migration time from the potential source zones.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Martel, Richard
Mots-clés libres: contamination; TCE; eau souterraine; hydrostratigraphie; hydrogéologie; hydrogéochimie; aquifère; Valcartier
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 19 nov. 2012 19:38
Dernière modification: 11 nov. 2015 19:15
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/377

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