Cloutier, Vincent (2004). Origine et évolution géochimique des eaux souterraines du système aquifère des Basses-Laurentides dans les roches sédimentaires paléozoïques des basses-terres du Saint-Laurent, Québec, Canada. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 402 p.
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Résumé
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
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résumé peut être lue en PDF. Le projet «caractérisation hydrogéologique régionale du système aquifère fracturé du sud-
ouest du Québec» a été initié par la Commission géologique du Canada (CGC). Cette
thèse de doctorat est une étude détaillée de l'hydrogéochimie des eaux souterraines de ce
système aquifère de roches sédimentaires paléozoïques, et a été réalisée dans le cadre de
ce projet de la CGC. Les objectifs principaux de ce doctorat étaient d'évaluer la qualité
régionale des eaux souterraines, de déterminer l'influence des contextes
hydrogéologiques et géologiques sur la géochimie des eaux souterraines, d'identifier
l'origine des eaux souterraines, de reconnaître les processus contrôlant la chimie des eaux
souterraines et son évolution dans l'espace et le temps, ainsi que de développer un modèle
intégré de l'évolution géochimique des eaux souterraines des Basses-Laurentides.
Des échantillons d'eau souterraine ont été prélevés à 153 sites répartis sur l'ensemble de
la région d'étude de 1500 km², caractérisant toutes les unités géologiques et les contextes
hydrogéologiques jusqu'à une profondeur de 140 m. L'eau souterraine a été analysée
pour les constituants inorganiques majeurs, mineurs et traces, les isotopes stables δ²H,
δ18O et δ13C du carbone inorganique dissous (CID), et certains échantillons ont été
analysés pour 87Sr/86Sr, ³H et 14C du CID. L'analyse isotopique des précipitations et
l'analyse chimique de l'eau interstitielle des argiles marines complètent la connaissance
des sources susceptibles d'influencer la géochimie des eaux souterraines.
Les données hydrogéochimiques ont été analysées en utilisant une combinaison de
méthodes géochimiques classiques et statistiques, dont l'utilisation de diagrammes
géochimiques, la classification en types d'eau, la modélisation géochimique, la
classification automatique hiérarchique (CAH), et l'analyse en composantes principales
(ACP). La distribution régionale des types d'eau a montré le contrôle des conditions
hydrogéologiques sur la chimie des éléments majeurs des eaux souterraines. Les zones de
recharge sont caractérisées par une eau souterraine moderne enrichie en tritium de type
Ca-Mg-HC03, et les zones confinées par des eaux souterraines submodernes de types Na-
HC03 et Na-Cl. L'analyse CAH a permis de reconnaître le contrôle des formations
géologiques sur les éléments mineurs et traces. Deux sources d'eau souterraine sont
identifiées dans le système aquifère, l'eau météorique moderne et l'eau Pléistocène de la
Mer de Champlain. L'eau souterraine est aussi affectée par les processus géochimiques au
cours de son écoulement. La dissolution de minéraux carbonatés domine dans les zones
de recharge produisant l'eau souterraine de type Ca-Mg-RC03. Dans le système aquifère
en conditions confinées, l'échange ionique Ca2+-Na+ est responsable pour l'évolution de
l'eau au type Na-HC03, alors que le mélange avec l'eau de la Mer de Champlain et la
diffusion d'ions des argiles marines sont responsables pour la présence d'eau de type Na-
Cl. L'invasion marine qui a résulté en la Mer de Champlain est la cause de la salinisation
du système aquifère caractérisé. Les traceurs conservateurs Cl⁻ et Br⁻, ainsi que δ18O, ont
permis de déterminer que l'eau originale de la Mer de Champlain, dans la région d'étude,
était un mélange d'environ 34% d'eau de mer et de 66% d'eau douce. La géochimie
actuelle de l'eau souterraine a permis de déterminer que le système aquifère est à
différentes étapes du processus de désalinisation, de l'eau marine ancienne étant encore
présente dans les parties stagnantes, alors que dans les secteurs à plus forte circulation,
celle-ci a été complètement remplacée par une eau souterraine moderne.
L'intégration de l'hydrogéochimie, incluant l'origine, l'évolution et les processus, avec
les contextes géologiques et hydrogéologiques a permis de diviser le territoire en quatre
régions géochimiques, procurant un portrait global de la dynamique du système aquifère.
Les facteurs suivants sont reconnus comme influençant l'évolution de l'eau souterraine
observée dans chacune des régions géochimiques: 1) les caractéristiques géologiques,
incluant le type de roche sédimentaire et la composition minéralogique du till; 2) les
caractéristiques hydrogéologiques, dont le niveau de confinement et le gradient
hydraulique; et 3) l'histoire géologique, dont la dernière glaciation et la Mer de
Champlain. Avec son approche intégrée, cette étude hydrogéochimique apporte une
contribution à la caractérisation et la compréhension de systèmes d'écoulement
complexes, ainsi qu'à l'évolution à long terme de systèmes hydrogéologiques.
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. The project on the «regional hydrogeological characterization of the fractured aquifer
system in south-western Quebec» was initiated by the Geological Survey of Canada
(GSC). This Ph.D. thesis is a comprehensive hydrogeochemical study of groundwater of
this Paleozoic sedimentary rock aquifer system carried out as part of this GSC project.
The main objectives of this thesis were to evaluate regional groundwater quality,
determine the influence of hydrogeological and geological contexts on groundwater
geochemistry, identify groundwater origin, recognize processes controlling groundwater
geochemistry and its evolution in space and time, as weIl as develop an integrated model
of the geochemical evolution of groundwater within the Basses-Laurentides aquifer
system.
Groundwater samples were collected at 153 sites distributed over the whole 1500 km²
study area, characterizing all geological units and hydrogeological contexts to a
maximum depth of 140 m. Groundwater was analyzed for major, minor and trace
inorganic constituents, stable isotopes δ²H, δ180 and δ13C of dissolved inorganic carbon
(DIC), and some samples were analyzed for 87Sr/86Sr, ³H and 14C of DIC. The isotopic
analysis of precipitation and the chemical analysis of marine clay pore water complete the
dataset on end-members that could influence groundwater geochemistry.
The hydrogeochemical data were analyzed by combining conventional geochemical and
statistical methods: geochemical diagrams, water types classification, geochemical
modeling, hierarchical cluster analysis (HCA) and principal components analysis (PCA).
The regional distribution of groundwater types showed that the hydrogeological
conditions exert a dominant control on the major ions chemistry of the groundwater.
Preferential recharge are as are characterized by modem tritiated groundwater of Ca-Mg-HC03 type, and confined conditions by submodern groundwater of Na-HC03 and Na-Cl
types. The HCA allowed the recognition of the importance of the geological formations
on minor and trace elements. Two groundwater end-members are identified in the aquifer
system, modem meteoric water and Pleistocene Champlain Sea water. Geochemical
processes along the flow system also affect groundwater. Dissolution of carbonates
dominates in the preferential recharge areas resulting in Ca-Mg-HC03 groundwater type.
In the aquifer system under confined conditions, Ca2+-Na+ ion exchange is the cause of
groundwater evolution to Na-HC03 type. In the deeper areas, groundwater mixing with
Pleistocene Champlain Sea water as well as solutes diffusion from the marine clay
aquitard are the causes of the occurrence of Na-Cl groundwater. Salinization of the
aquifer system resulted from the marine invasion that created the Quaternary Champlain
Sea. Conservative tracers cl- and B-, as well as δ180, showed that the original Champlain
Sea water, in the study area, was a mixture of about 34% seawater and 66% freshwater.
The current geochemistry of the groundwater indicates that the aquifer system is at
different stages of desalinization, ranging from the original Champlain Sea water still
present in hydraulically stagnant areas of the aquifer to fully flushed conditions in the
more active parts of the aquifer system, especially in preferential recharge zones.
The integration of hydrogeochemistry, including the origin, the evolution and the
geochemical processes, within the geological and hydrogeological contexts allowed the
division of the region into four main geochemical areas, providing a global picture of the
aquifer system dynamics. The following factors were recognized as influencing the
evolution of groundwater identified in all geochemical areas: 1) geological characteristics
including sedimentary rock type and till mineralogy; 2) hydrogeological characteristics
related to the level of confinement and the hydraulic gradient; and 3) geological history
linked to the latest glaciation as well as Champlain Sea invasion. With its integrated
approach, this hydrogeochemical study contributes to the characterization and
understanding of complex groundwater flow systems, as well as an example of the longterm evolution of hydrogeological systems.
Type de document: | Thèse Thèse |
---|---|
Directeur de mémoire/thèse: | Lefebvre, René |
Co-directeurs de mémoire/thèse: | Savard, Martine M.et Therrien, René |
Informations complémentaires: | Résumé avec symboles |
Mots-clés libres: | géochimie; eaux souterraines; aquifère; roche sédimentaire paléozoïques; hydrogéologie; géologie ; Basses-Laurentides |
Centre: | Centre Eau Terre Environnement |
Date de dépôt: | 18 juin 2013 15:51 |
Dernière modification: | 05 mai 2023 13:38 |
URI: | https://espace.inrs.ca/id/eprint/1445 |
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