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Caractérisation et modélisation de la dynamique d'écoulement dans le système aquifère de l'esker Saint-Mathieu / Berry, Abitibi, Québec.

Riverin, Marie-Noëlle (2006). Caractérisation et modélisation de la dynamique d'écoulement dans le système aquifère de l'esker Saint-Mathieu / Berry, Abitibi, Québec. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 203 p.

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Résumé

Les travaux de maîtrise documentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le cadre d'une activité de la Commission Géologique du Canada qui avait pour but de faire la caractérisation et la modélisation géologique et hydrogéologique de l'esker Saint- Mathieu/Berry. Les travaux de maîtrise ont porté sur la caractérisation et la modélisation de la dynamique d'écoulement dans le système aquifère de l'esker. Situé en Abitibi, l'esker Saint-Mathieu/Berry représente un excellent aquifère alimentant en eau la ville d'Amos et l'usine d'embouteillage Eaux Vives Harricana (EVH) (maintenant Eaux Vives Water Bottling Corporation). Cet imposant complexe fluvioglaciaire est partiellement confiné sur ses flancs par l'argile retenant ainsi l'eau d'excellente qualité à l'intérieur du système. Bien que l'esker soit d'une longueur totale de 120 km, ce projet s'attarde à son prolongement sud, s'étendant sur 24 km, où se retrouvent les captages de la ville d'Amos, de l'embouteilleur EVH et de la pisciculture Ferme de Truites Saint-Mathieu (FTSM). Le modèle géologique montre un important volume aquifère enfouis sous les argiles glaciolacustres. Dans cette portion, l'eau est retenue à l'intérieur de l'esker, sauf où le niveau de la nappe est supérieur à la limite sable/argile. À ces endroits, on retrouve des résurgences sous forme de sources ou de façon diffuse sous forme de marais. Dans l'extension sud de l'esker, l'aquifère est libre et non-confiné par les argiles, due à la remontée du socle rocheux au-dessus de l'élévation maximale de déposition des argiles. À cet endroit, l'eau circule librement hors de l'esker pour former un réseau de chenaux dendritiques. De façon générale, l'eau circule dans l'esker selon deux directions; 1) longitudinalement à partir de la remontée du socle rocheux, au sud, vers le nord au moins jusqu'à l'usine d'EVH, et 2) transversalement de la crête de l'esker jusque vers ses bordures. Les analyses radiocarbone et tritium d'échantillons d'eau montrent la présence d'une zone active et d'une zone peu active. La zone active est représentée par les eaux de recharge d'âges modernes et comprend la partie supérieure de l'aquifère. La zone peu active est principalement composée des eaux d'âges intermédiaires (mélange d'eau), présente sous la zone active ainsi que dans les extensions de l'esker sous les argiles. Le bilan hydrologique montre que les débits d'exploitation envisagés, présent débit d'Amos et débit permis d'EVH, sont soutenables et permettent donc une utilisation durable de la ressource en eau souterraine. De plus, une certaine quantité additionnelle d'eau serait disponible afin d'augmenter les débits d'exploitation, et elle proviendrait du captage d'une proportion de l'eau émise par l'esker sous forme de sources (sources Saint-Mathieu, Crépeault et Amos). Par contre, dans la partie sud, l'eau alimentant certaines résurgences ne peut être captée à l'aide des présentes installations et quittera l'esker quels que soient les débits d'exploitation. La seule présence de sources actives ou de marais au pourtour de l'esker ne peut donc pas servir à déterminer si le système aquifère est en surexploitation ou non. La modélisation numérique de l'écoulement montre qu'il n'y a pas d'interaction directe entre les deux principaux captages. Des aires d'alimentation des puits ont été délimitées et peuvent servir de base à la protection des captages par des programmes de gestion des aires d'alimentation. Toute l'aire de l'esker non recouverte d'argile représente une zone vulnérable à la contamination qui devrait être protégée, tout particulièrement les aires d'alimentation des captages. Certains travaux complémentaires devraient être réalisés aux endroits moins bien caractérisés, particulièrement à la limite nord de la zone d'étude, au niveau du haut topographique rocheux entre Amos et EVH ainsi que dans la partie sud de l'esker. Un suivi de nappe à long terme serait requis pour s'assurer que le présent niveau d'exploitation est durable et un suivi de la qualité de l'eau afin de prévenir une contamination. Finalement, un programme de gestion devrait être mis en place par les différents intervenants pour intégrer la compréhension du système et mettre en oeuvre des mesures de protection.

Abstract

The M.Sc. research documented in this thesis was carried out as part of a Geological Survey of Canada activity whose two complementary objectives were the development of a 3D geological model of the study area and the numerical modeling of groundwater flow within the esker. The M.Sc. project focused on the hydrogeological study of the Saint-Mathieu/Berry esker and aimed at characterizing and understanding the groundwater flow dynamics in this aquifer system. Located in Abitibi, the esker represents an excellent aquifer supplying groundwater of excellent quality to the municipality of Amos, and to the Eaux Vives Harricana (EVH) (now known as Eaux Vives Water Bottling Corporation). The esker extends over 120 km but the study area covers 24 km in length by 1l km in width over the southem portion of the esker. The 3D geological model shows esker sediments extending under the glaciolacustrine clays, thus indicating that the esker is actually larger than what appears at surface. The northern portion of the aquifer represents an area where the water level is below the maximum elevation of the surrounding clay and the southern portion represents an unconfined area where groundwater emerges as leakages or rills along the esker, leading to the development of a dendritic channel network in the surrounding clay plain. This occurs where the groundwater level within the esker exceeds the elevation of its outer limit. These seepages are also visible around Amos, EVH and the Ferme de Truites Saint-Mathieu fish farm pumping wells (respectively named the Amos, Crépeault and Saint-Mathieu springs). U sing the potentiometric surface, a simplified conceptual groundwater flow model was defined: 1) there is a longitudinal groundwater flow component controlled by the underlying bedrock topography, which is high at the southern end of the esker and becomes lower towards the central part of the esker, in the vicinity of EVH, and 2) there is a transverse groundwater flow component that starts at the esker crest and ends with the lateral discharges as seepages in wet lands or as rills and springs where the glaciolacustrine clays pinch out on the esker side. Groundwater age dating by tritium and ¹⁴C shows the presence of an active flow zone (top part of the aquifer) and a less active zone (confined and bottom parts of the aquifer). These zones are respectively represented by modem and intermediate age waters. The estimated groundwater recharge and the esker water balance indicate that the combined flow at wells and springs currently does not exceed the overall recharge of the esker, and thus present-day pumping rates appear sustainable. There is also water available for increased pumping that would come from intercepting part of the flow contributing to major springs (Amos, Crépeault and Saint-Mathieu springs). However, in the southern area, part of the water supplying discharge zones could not be intercepted by wells, whatever rate they are pumped at. Thus the presence of springs and seepage areas around the esker is not a reliable indication that abstraction rates are sustainable. Numerical modeling of groundwater flow shows no significant interaction between the Amos and EVH pumping wells. The areas of contribution to these wells were delineated and should be used as a basis for well head protection programs. The entire esker area not covered by clay is vulnerable to contamination and should be protected, especially within the areas of contribution of major supply wells. Some complementary studies should be undertaken where conditions are poorly characterized, especially at the northern margin of the study area, around the topographic bedrock high located between Amos and EVH, and in the southern part of the esker. A long-term water level and water quality monitoring program should be undertaken to help verify the sustainability of groundwater abstraction rates and protect its quality. Finally, an aquifer management program should be put in place with the involvement of all groundwater stakeholders to implement protection measures on the basis of the knowledge gained on the aquifer system from the present and future studies.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Paradis, Serge
Mots-clés libres: aquifère; hydrogéologie; modélisation 3D; bilan hydrologique
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 22 juin 2012 18:47
Dernière modification: 16 mars 2016 20:05
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/434

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