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Géologie du Quaternaire, modélisation géologique 3D et courants glaciaires dans l’estuaire moyen du Saint-Laurent : Applications du LiDAR aéroporté.

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Légaré-Couture, Guillaume (2021). Géologie du Quaternaire, modélisation géologique 3D et courants glaciaires dans l’estuaire moyen du Saint-Laurent : Applications du LiDAR aéroporté. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 249 p.

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Résumé

La cartographie de la géologie du Quaternaire des terrains glaciaires par photo-interprétation comporte un lot de défis lorsque la région ciblée a une forte densité du couvert végétal, une grande anthropisation, un relief montrant peu de variation ou encore très accidenté et difficilement accessible. Cette thèse montre que l'utilisation de la technologie LiDAR aéroporté permet la production de modèles numériques de terrain à haute résolution dont les produits dérivés peuvent être utilisés directement dans un environnement numérique pour l’interprétation de la géologie et de la paléogéographie à l’échelle régionale. Le premier volet de recherche présente une démarche permettant d’obtenir une image cartographique qui montre l’essentiel de la variabilité du terrain et qui permet de cartographier la géologie de surface avec un niveau de détails essentiellement impossible à obtenir par photo interprétation classique. Cette méthode a été appliquée à la cartographie de la géologie de surface de la rive sud de la vallée du Saint-Laurent entre les régions de Lotbinière et Rivière-du-Loup à l’aide d’une mosaïque de divers levés LiDAR aéroportés. Cette application a permis de préciser plusieurs aspects de la géologie des formations superficielles de la région d'étude. La limite de submersion des mers de Champlain et Goldthwait a pu être cartographiée avec précision. Une série de moraines mineures ont été identifiées dans le secteur de Lotbinière, incluant une portion de la moraine de Saint-Édouard. Finalement, des anciens glissements de terrain sous des zones de couvert forestier important ont été identifiés dans le secteur de Kamouraska. Le deuxième volet propose un modèle géologique 3D du même secteur, où la cartographie réalisée au premier volet sert de jalon afin de contraindre les relations stratigraphiques. La réalisation de forages, de sondages, de levés géophysiques, de coupes géologiques et d’analyses paléoécologiques a permis la reconstruction de la colonne stratigraphique, de la surface du roc jusqu’à la surface du sol. La nature, la distribution et l’architecture d’une succession de 12 unités géologiques a été ainsi reconstruite. Ce modèle géologique a été appliqué à la définition du potentiel aquifère des dépôts meubles, en fournissant des cibles d'aquifères, notamment dans le secteur de Saint-Henri. Le troisième volet de recherche porte sur l'étude d'une partie de l’empreinte du Courant glaciaire du Saint-Laurent, un épisode d’écoulement rapide de la glace en direction nord-est dans l’axe du fleuve Saint-Laurent. Les résultats de la cartographie des méga-linéations glaciaires dans cette partie de la vallée montrent que cette phase a été un événement majeur de la déglaciation du secteur nord-est de l’Inlandsis Laurentidien. Une grande variété de formes diagnostiques de paléo courants glaciaires a été identifiée au-dessus de la limite marine. Diverses zones d’alimentation sont identifiées dans les Laurentides, alors que des zones de cisaillement ont été reconnues sur le piémont appalachien. Le quatrième volet de recherche revisite l’hypothèse d’une réavancée glaciaire dans la Mer de Champlain au Dryas récent. Un nouvel ensemble de moraines, cartographiées dans la région de Lotbinière et identifiées sur la base de données de terrain à haute résolution, est présenté. Ces moraines représentent vraisemblablement les positions récessionnelles d'un front de glace laurentidien suite à une réavancée dans un bassin précoce de la Mer de Champlain. Leur découverte soutient et renforce l'hypothèse de la phase d’écoulement glaciaire dite de Saint-Nicolas.

Mapping the Quaternary geology of glaciated terrains by photo-interpretation presents a number of challenges when the targeted region has a high-density vegetation cover, a significant degree of anthropization, a relief showing little variation or a very rugged and poorly accessible terrain. This thesis shows that the use of airborne LiDAR addresses these problems and allows the production of high-resolution digital terrain models whose derivatives can be used directly in a digital environment for the interpretation of geology, geomorphology and paleogeography at a regional scale. The first section of the thesis presents a workflow to obtain images that include most of the terrain variability and that allow the mapping of the surficial geology with a level of detail that is essentially impossible to obtain by photo-interpretation. This method was applied to the mapping of the surficial geology of the south shore of the St. Lawrence River valley between the Lotbinière and Rivière-du-Loup areas, using a mosaic of various airborne LiDAR surveys. This application helped to clarify several aspects of the surficial geology of the study area. The submergence limit of the Champlain and Goldthwait seas was precisely defined. A series of minor moraines have been identified in the Lotbinière area, including a portion of the Saint-Édouard moraine. Finally, old landslides under areas of dense forest cover have been identified in the Kamouraska area. The second part proposes a 3D geological model of the same region, where the surficial mapping carried out in the first section of the thesis serves as a constraint to establish stratigraphic relationships. Drilling, soundings, geophysical surveys, geological sections and paleoecological analyses have allowed the reconstruction of the geology from the bedrock surface to the ground surface, thus exposing the nature, distribution and architecture of a succession of 12 surficial geologic units. This geological model was applied to the definition of the aquifer potential of unconsolidated deposits, providing aquifer targets, particularly in the Saint-Henri area. The third research section presents a major part of the footprint of the St. Lawrence Ice Stream, an episode of rapid northeastward ice flow along the axis of the St. Lawrence River. The results of the mapping of mega-scale glacial lineations in this part of the valley show that this phase was a prominent event in the deglaciation of the northeastern sector of the Laurentide Ice Sheet. A wide variety of diagnostic paleo-ice streams landforms was identified above the local marine limit. Various onset zones have been recognized in the Laurentians, while shear margin zones have been identified on the Appalachian foothills. The fourth research theme revisits the hypothesis of an ice margin readvance in the Champlain Sea during the Younger Dryas. A new set of moraines mapped in the Lotbinière region, and identified on the basis of high-resolution topographic data, are presented. These moraines likely represent the recessional positions that followed a readvance of the Laurentide ice front into an early Champlain Sea embayment. Their discovery supports and reinforces the hypothesis of the Saint-Nicolas ice flow.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Parent, Michel
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Mots-clés libres: Wisconsinien supérieur; géologie du quaternaire; courants glaciaires; modélisation géologique 3D; LiDAR; modèles numériques de terrain haute-résolution; Courant glaciaire du Saint-Laurent; méga-linéations glaciaires; réavancée glaciaire; Late Wisconsinan; Quaternary geology; ice streams; 3D geological modeling; LiDAR; high-resolution digital terrain models; St. Lawrence Ice Stream; mega-scale glacial lineations; glacial readvance; St. Nicholas ice flow
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 10 juin 2021 15:38
Dernière modification: 06 oct. 2021 15:00
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/11783

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