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204 - Développement et mise en valeur des connaissances sur les eaux souterraines

Le lundi 7 mai 2018

Les eaux souterraines jouent un rôle crucial dans le cycle global de l’eau et dans le fonctionnement des écosystèmes. Elles sont aussi de plus en plus utilisées pour l’approvisionnement en eau potable des populations, pour l’agriculture et dans les industries. Ces activités peuvent par contre avoir des effets sur les eaux souterraines. La gouvernance, la gestion et la protection des eaux souterraines font donc l’objet de débats et d’inquiétudes, au Québec comme ailleurs, en raison des risques potentiels de contamination et de surexploitation de la ressource. Des connaissances sur les eaux souterraines ont été acquises au cours des ans dans le cadre de nombreux projets de recherche partout dans le monde. Au Québec, le Programme d’acquisition de connaissances sur les eaux souterraines (PACES) a donné lieu, de 2009 à 2015, à 13 projets régionaux de cartographie des milieux géologiques aquifères et des eaux souterraines sur environ les deux tiers du territoire municipalisé. Ces projets ont permis le développement de plusieurs cartes thématiques, d’importantes bases de données sur le sous-sol des territoires considérés, de nombreux projets de recherche, ainsi que la formation de plusieurs personnes qualifiées dans divers aspects des eaux souterraines. Le Québec a donc récemment acquis une expertise enviable dans l’acquisition de connaissances sur les eaux souterraines. Néanmoins, assurer une diffusion adéquate de ces connaissances et faire en sorte qu’elles soient utiles et utilisables par les gestionnaires et les planificateurs demeurent des défis. Ce colloque propose de dresser un bilan des recherches sur les eaux souterraines menées tant en sciences naturelles qu’en sciences humaines, pour interroger ultimement les voies permettant de maximiser leurs retombées pour leurs utilisateurs, lesquels œuvrent notamment dans les municipalités régionales de comté (MRC), les organismes de bassins versants (OBV), les firmes d’experts-conseils et les directions régionales de divers ministères.  

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Colloque
Section 200 - Sciences naturelles, mathématiques et génie
Responsables
UQAC - Université du Québec à Chicoutimi
UQAC - Université du Québec à Chicoutimi
Vincent Cloutier
UQAT - Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières
UQAC - Université du Québec à Chicoutimi
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Avant-midi
08 h 30 à 10 h 10
Communications orales
Séance 1
Présidence/Animation : Alain Rouleau (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi)
Batiment : UQAC
Local : P1-6180
08 h 30
Mot de bienvenue
Alain Rouleau (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi)
08 h 40
Évaluation de la recharge des eaux souterraines à partir d’approches régionale et locale – Comparaison pour un bassin versant non-jaugé
Geneviève Labrecque (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi), Marie-Amélie BOUCHER (Université de Sherbrooke), Romain CHESNAUX (Université du Québec à Chicoutimi)

Évaluer le taux de renouvellement des eaux souterraines, défini par la recharge de l’aquifère, est important afin d’assurer une gestion durable de cette ressource. Le bassin versant à l’étude est celui de la Rivière Caribou au Saguenay-Lac-Saint-Jean et est composé d’un aquifère majeur constitué de sable fin à moyen dont la ressource en eau est déjà exploitée à des fins de production d’eau potable. D’abord, un modèle hydrologique permet de définir le processus de transformation de la pluie en débit sur le bassin versant avec une résolution de 500 mètres. Cependant, le bassin versant de la Rivière Caribou n’est pas jaugé et cette problématique nécessite de régionaliser les débits journaliers à partir de bassins versants similaires jaugés pour calibrer les paramètres du modèle hydrologique. Ensuite, des données sur les variations du niveau de la nappe phréatique observées sur une période de plus d’un an permettent d’évaluer la recharge. Les résultats obtenus avec ces 2 méthodes permettront une comparaison multi-échelle permettant d’évaluer une plage de valeurs indiquant la recharge sur le bassin versant.

Résumé
09 h 10
Développements méthodologiques et informatiques pour l’estimation de la recharge à partir de données climatiques journalières et de mesures de niveaux d’eau souterraine
Jean-Sébastien Gosselin (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), François HUCHET (INRS-ETE), René LEFEBVRE (INRS-ETE), Christine RIVARD (Commission géologique du Canada)

Plusieurs développements méthodologiques et informatiques ont été réalisés pour estimer la recharge à partir de données climatiques et de mesures journalières de niveaux d’eau souterraine. La méthode consiste à utiliser les niveaux d’eau mesurés pour caler un bilan hydrologique de surface couplé à un bilan en eau d’un aquifère à nappe libre. Le calage du modèle est réalisé à l’aide de la méthode d’optimisation globale GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation). En résumé, le principe de l’approche de résolution consiste d’abord à définir des plages de valeurs plausibles pour les paramètres hydrologiques du modèle (e.g. coefficient de ruissellement, porosité de drainage du sol, réserve en eau utile maximale). La méthode consiste ensuite à produire une grande quantité de réalisations (hydrogrammes de puits synthétiques) à partir de plusieurs combinaisons de valeurs des paramètres tirées des plages définies a priori. Une mesure de vraisemblance aux valeurs observées est ensuite calculée pour chaque hydrogramme synthétique ainsi simulé. Les mesures de vraisemblance sont ensuite utilisées pour établir une fonction de répartition de la recharge (CDF: Cumulative Distribution Function) sur une base journalière, puis les CDF sont utilisées pour évaluer l’incertitude et les valeurs modales de la recharge. Ce travail vise à présenter les principes de base de la méthode, les outils informatiques qui ont été développés pour faciliter sa mise en œuvre et un exemple d’application.

Résumé
09 h 40
La présence de contaminants naturels dans l’eau souterraine des puits domestiques creusés dans les aquifères de socle de l’Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada)
Raphaël Bondu (UQAT - Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue)

Les aquifères de socle représentent une source importante d’eau douce pour les habitants des régions rurales dans de nombreuses parties du monde. Au Québec, la majorité des puits domestiques ruraux captent l’eau des aquifères de socle fracturé. Les puits creusés dans les roches cristallines fournissent généralement des débits modestes mais suffisants pour un approvisionnement à l’échelle de l’habitation. En revanche, la qualité de l’eau souterraine peut être altérée par la présence de divers contaminants d’origine naturelle, menaçant ainsi la santé humaine. L’exemple d’un aquifère constitué de roches méta-sédimentaires de la région Abitibi-Témiscamingue est présenté ici pour illustrer les problèmes couramment associés à l’utilisation d’eau souterraine issue de puits creusés dans le socle rocheux. Dix-neuf puits domestiques ont été échantillonnés et analysés pour les constituants inorganiques dissous, et des informations sur l’utilisation de l’eau et les mesures de protection ont été récoltées auprès des propriétaires. Les résultats indiquent que la qualité de l’eau souterraine peut poser des problèmes d’ordre esthétique, liés à la dureté élevée et aux fortes teneurs en fer et manganèse, et sanitaire, dus à la présence d’eaux saumâtres et aux teneurs élevées en arsenic et manganèse. Ce travail montre que des connaissances accrues sur les sources géochimiques et les mesures de protection individuelles sont requises pour mieux protéger la santé publique dans les zones rurales.

Résumé
10 h 30 à 12 h 00
Communications orales
Séance 2
Présidence/Animation : Julien Walter (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi)
Batiment : UQAC
Local : P1-6180
10 h 30
Caractérisation hydraulique d'aquifères rocheux fracturés régionaux à partir de données de capacité spécifique : sur l'importance du biais d'échantillonnage par les puisatiers
Marc Laurencelle (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), René LEFEBVRE (INRS-ETE)

Les données de capacité spécifique (SC) sont couramment utilisées pour estimer la transmissivité (T) d'aquifères. Ces estimations de T(SC) sont souvent exploitées pour déduire des profils verticaux de la conductivité hydraulique (K) d'aquifères rocheux fracturés. Des tendances à la décroissance de T avec la profondeur dans le roc (z) sont alors fréquemment observées puis traduites en profils de K(z). Or, notre étude divulgue l'absurdité d'une décroissance de T(z) : T étant une propriété de nature strictement cumulative, elle devrait au contraire s'accroître à mesure que l'intervalle ouvert au roc augmente. D'où la thèse centrale de notre étude : les données de SC sont biaisées en raison des pratiques «non aléatoires» des puisatiers. Une méthode a donc été développée pour exploiter les estimations de T(SC) afin de déduire des profils de K(z) représentatifs à l’échelle régionale tout en tenant compte du biais d'échantillonnage par les puisatiers et de la fiabilité limitée des estimations de T(SC). La méthode, basée sur une approche par simulations Monte Carlo, a été appliquée au système aquifère rocheux fracturé régional de la Montérégie Est. Les résultats révèlent que la méthode conventionnelle (K ≈ T/z) produit des profils de K(z) très trompeurs précisément parce qu'elle ignore ce biais. Il est donc souhaitable de cesser de l'utiliser. Pour finir, quelques modèles numériques simples viennent illustrer l'importance de bien tenir compte de ce biais lors de l'évaluation de K(z).

Résumé
11 h 00
Interprétations avancées des essais de pompage : de l’hydrodynamique à la géologie
Anouck FERROUD (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi), Romain CHESNAUX (Université du Québec à Chicoutimi), Silvain RAFINI (Université du Québec à Chicoutimi)

La discordance entre la complexité des écoulements au sein des aquifères et la simplicité des modèles analytiques rend l’interprétation des essais de pompage ambiguë et approximative. Actuellement, les praticiens hydrogéologues interprètent la plupart des essais de pompage à partir de modèles theissiens. Ces modèles sont basés sur l’hypothèse d’un écoulement cylindrique-radial. La limite de cette approche est que lorsque le régime d’écoulement de l’aquifère pompé est non cylindrique-radial, l’application des modèles theissiens mène à des estimations peu réalistes voir erronées des propriétés hydrauliques.

La détermination des régimes d’écoulement associés à un pompage est rendue possible grâce au signal de la dérivée logarithmique du rabattement (ds/dlogt) (Bourdet et al. 1989). De plus, le paramètre de la dimension d’écoulement n (Barker 1988), qui s’estime à partir des pentes du signal de ds/dlogt, permet de conceptualiser la géométrie des écoulements et/ou l’hétérogénéité des propriétés hydrauliques. Ces outils diagnostiques permettent d’investiguer les conditions hydrodynamiques autour du puits et ainsi i) de mieux caractériser les écoulements et les limites hydrauliques, ii) de sélectionner des modèles conceptuels plus adaptés aux données observées, iii) et d’estimer avec plus de justesse les propriétés hydrauliques. Cette présentation illustre comment l’utilisation de ces outils diagnostiques améliore l’interprétation des essais de pompage.

Résumé
11 h 30
Évaluation des impacts de l’exploitation des gaz de shale sur la ressource Eau : exemple de la Colombie-Britannique
Joshua Wisen (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi), Romain CHESNAUX (Université du Québec à Chicoutimi)

Le nord-est de la Colombie-Britannique est une zone qui produit des ressources pétrolières et gazières conventionnelles depuis les années 1960s. Cette zone contient également 4 bassins de gaz de shale qui, depuis le milieu des années 2000, sont de plus en plus exploités en utilisant la fracturation hydraulique. La fracturation hydraulique fait souvent l’objet d’inquiétudes environnementales et fait débat sur la protection des eaux souterraines et de surface. Ces inquiétudes comprennent la consommation d’eau douce, la génération de déchets liquides, et la contamination des aquifères et eaux de surface par les fuites aux puits d’extraction. Ces derniers contribuent également aux émissions de gaz à effet de serre (GES). En examinant les bases de données fournies par BC Oil and Gas Commission, cette étude vise à quantifier le risque de contamination dû aux fuites à proximité des puits d’extraction ainsi que de quantifier les volumes d’eau consacrés à travers l’ensemble du cycle de vie de ces puits. Nous constatons que le volume de déchets liquides générés ainsi que le pourcentage des puits qui fuient ne sont pas plus élevées pour les puits d’extraction ayant subi la fracturation hydraulique que les puits d’extraction classiques.

Résumé
Dîner
12 h 00 à 13 h 30
Dîner
Dîner
Batiment : UQAC
Local : Dîner libre
Après-midi
13 h 30 à 15 h 00
Communications orales
Séance 3
Présidence/Animation : Julie Ruiz (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)
Batiment : UQAC
Local : P1-6180
13 h 30
Conditions hydrogéologiques dans le système aquifère au-dessus de champs gaziers du sous-bassin de Moncton, Nouveau-Brunswick
François Huchet (INRS - ETE - Institut national de la recherche scientifique - Eau Terre Environnement), René LEFEBVRE (INRS-ETE), Christine RIVARD (Commission géologique du Canada)

Du gaz naturel est extrait du champ McCully, près de Sussex au Nouveau-Brunswick, à partir d’unités peu perméables de la formation Albert : un grès fin (membre d’Hiram Brook) et un shale (membre de Frederick Brook). Ce dernier constitue aussi un réservoir potentiel de condensats dans la région d’Elgin. Les inquiétudes environnementales liées à l’extraction de gaz à partir de réservoirs non conventionnels ont conduit à l’application d’un moratoire sur la fracturation hydraulique depuis 2014 dans la province.

Le projet a pour but d’évaluer la vulnérabilité de l’aquifère superficiel face aux activités gazières profondes. Des travaux de terrain (forage de puits d’observation, échantillonnage d’eau souterraine, suivi de nappe, diagraphies, essais hydrauliques) ont permis d’acquérir des informations sur le roc fracturé et les dépôts meubles en complément des données existantes.

L’originalité de cette étude réside dans l’usage de méthodes variées qui ont permis de définir les conditions hydrogéologiques sur cette région de 1 417 km2 : 1) une piézométrie contrôlée par la topographie, 2) un aquifère rocheux en condition libre, 3) une recharge moyenne de 300 mm/an et 4) un roc relativement vulnérable face à de potentielles pollutions de surface. Finalement, le modèle 2D montre que la majorité de l’écoulement actif se situe dans les 100 premiers mètres de l’aquifère rocheux et qu’il n’implique pas de relations avec les unités productrices d’hydrocarbures.

Résumé
14 h 00
Les défis de la pratique privée en hydrogéologie en 2018
Julie Gauthier (Laforest Nova Aqua)

L’alimentation en eau est un enjeu important de l’organisation d’une société. La connaissance reliée à l’eau souterraine est essentielle pour localiser les meilleurs gîtes aquifères et assurer leur protection. L’histoire de l’hydrogéologie est jeune au Québec. La prise de conscience de l’importance d’une gestion de cette ressource touche de plus en plus la population qui manifeste publiquement son inquiétude. La règlementation sur les eaux souterraine évolue rapidement et son application est complexe et ardue. Pour arriver à quantifier puis qualifier cette richesse naturelle et pour assurer sa pérennité à long terme, nous avons besoin de mettre en commun toutes les connaissances acquises autant par le milieu universitaire, la pratique privé, le gouvernement, le savoir-faire des entrepreneurs et la connaissance du milieu par ses habitants.

En 2018, la pratique privée doit s’adapter aux nouvelles exigences pour la détermination des aires de protection des puits municipaux. Dans un contexte de compétition et d’appels d’offres, il faut trouver un moyen de protéger adéquatement la ressource en eau souterraine avec le minimum d’informations et à faible coût. Si le secteur privé travaille en commun avec tous les milieux, nous optimisons les ressources existantes pour protéger au mieux les eaux souterraines.

Résumé
14 h 30
Développement d’un modèle de gestion et d’exploitation d’un système aquifère régional dans plusieurs secteurs à vocation agricole au Québec
Caroline Scalzo (TechnoRem inc.)

TechnoRem a réalisé plusieurs projets d’envergure de cartographie des nappes d’eau souterraine dans le cadre du Programme national d’approvisionnement en eau Canada-Québec (PAECQ) d’Agriculture et Agroalimentaire Canada. Le PAECQ visait à assister les producteurs canadiens dans le développement et la gestion de leur ressource en eau à long terme. Les objectifs du projet étaient d’améliorer l’état des connaissances des eaux souterraines par le biais d’études sur la qualité de l’eau et les volumes disponibles. Les résultats du projet ont permis aux producteurs agricoles de mieux connaître les ressources en eau souterraine qu’ils exploitent. Ils ont également permis d’évaluer les quantités disponibles ainsi que les contraintes liées à leur utilisation (qualité, quantité, etc.), le tout dans une optique d'approvisionnement en eau pour les besoins agricoles (irrigation, abreuvement, pulvérisation). La méthodologie suivie par TechnoRem est basée sur la cartographie hydrogéologique et la modélisation mathématique. Les études ont été conduites dans plus de 50 municipalités à travers plusieurs régions rurales du Québec.

Résumé
15 h 15 à 17 h 00
Communications orales
Séance 4
Présidence/Animation : Réal Daigneault (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi)
Batiment : UQAC
Local : P1-6180
15 h 15
Lancement du projet de transfert, accompagnement, recherche, mise à jour et pérennité sur les eaux souterraines du Saguenay-Lac-St-Jean
Réal Daigneault (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi)
15 h 20
L’après PACES-SLSJ : un projet novateur d’accompagnement et de transfert des connaissances
Mélanie LAMBERT (UQAC - Université du Québec à Chicoutimi), Nathalie AUDET (MRC Lac-Saint-Jean-Est), Julien WALTER (Université du Québec à Chicoutimi), Alain ROULEAU (Université du Québec à Chicoutimi), Réal DAIGNEAULT (Université du Québec à Chicoutimi), Romain CHESNAUX (Université du Québec à Chicoutimi)

Les livrables du projet PACES au Saguenay-Lac-Saint-Jean (SLSJ) ont été produits à partir de l’information existante sur le territoire en 2012. Depuis, de nouvelles données sur les eaux souterraines ont été produites. L’intégration de ces nouvelles données dans la base de données (BD) géoréférencées du PACES permettrait certainement d’approfondir et de raffiner les connaissances du territoire. De plus, plusieurs problématiques locales pourraient être étudiées à partir des données ponctuelles disponibles dans la BD PACES-SLSJ. Dans le but de valoriser davantage les données du PACES-SLSJ, l’équipe du CERM de l’UQAC, en partenariat avec les cinq MRC du SLSJ et la Première Nation des Pekuakamiulnuatsh, a mis en place un projet pilote d’accompagnement, de suivi et de transfert des connaissances du PACES-SLSJ. Les objectifs de ce projet sont notamment de maintenir à jour la BD et les livrables du PACES, d’assurer le suivi et le transfert des résultats vers les utilisateurs; et de proposer un mécanisme pour une gouvernance de l’eau souterraine à plus long terme. Démarré en 2017, ce projet a déjà permis de livrer une nouvelle version de la BD PACES-SLSJ ainsi que de fournir un appui à la résolution de problématiques locales. En cette deuxième année de réalisation, certaines questions se posent : Quel premier bilan pouvons-nous tirer des retombées d’un tel projet? La formule choisie est-elle appropriée?  Une démarche similaire est-elle pertinente dans d’autres régions du Québec?

Résumé
15 h 50
L’enracinement local et durable comme approche au transfert de connaissances hydrogéologiques
Olivier Pitre (Société de l'eau souterraine Abitibi-Témiscamingue)

Les eskers et moraines de l’Abitibi-Témiscamingue constituent des territoires-clés dans l’aménagement du territoire régional. Ce sont à la fois les zones de recharge principale de l’aquifère régional, les zones les plus vulnérables à une contamination provenant de la surface et la source d’eau potable d’une forte proportion de la population. De nombreux usages y sont fortement corrélés et leur superposition engendre des conflits.

C’est pour toutes ces raisons qu’ils occupent une place prédominante dans la mission et les activités de la Société de l’eau souterraine Abitibi-Témiscamingue (SESAT). En 2012, la SESAT a lancé son Projet Esker pour examiner à l’échelle appropriée l’ensemble des composantes d’aménagement, de gestion et d’utilisation de ces territoires dans le but de mieux harmoniser leur développement et de garantir la pérennité de la ressource. Le projet s’articule sur une séquence classique Portrait → Diagnostic → Cible → Plan d’action.

À l’heure où la Politique nationale de l’eau passe le flambeau à la Stratégie québécoise de l’eau, et où l’on cherche à introduire dans l’aménagement du territoire l’imposante quantité d’informations hydrogéologiques générée au cours des dernières années par le Programme d’acquisition de connaissance sur les eaux souterraines (PACES), la SESAT veut témoigner de son expérience à travers ce projet et du pouvoir d’un organisme de transfert local dédié à sa mission et à sa région sur le long terme.

Résumé
16 h 20
Stimuler l’utilisation de la connaissance scientifique sur les eaux souterraines par les gestionnaires et les planificateurs
Julie Ruiz (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Marie LAROCQUE (Université du Québec à Montréal), Vincent CLOUTIER (Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue), Yohann TREMBLAY (RQES), Anne-Marie DECELLES (Université du Québec à Trois-Rivières), Miryane FERLATTE (RQES)

Assurer l’utilisation de la connaissance scientifique par les gestionnaires est un enjeu qui s’affirme depuis peu dans le domaine de la gestion des ressources et de l’environnement bien qu’il occupe depuis longtemps les sciences de la santé. Ce domaine a développé des modèles conceptuels pour accroître le transfert des connaissances entre chercheurs et gestionnaires. Néanmoins, l’opérationnalisation de ces modèles soulève de nombreuses questions et demeure peu comprise. Cette communication se propose donc d’expliciter la manière dont un modèle de courtage des connaissances a été appliqué à l’échelle du Québec municipalisé pour stimuler l’utilisation de la connaissance scientifique sur les eaux souterraines par les gestionnaires et les planificateurs de la ressource.

Ce modèle s’ancre dans un réseau chercheurs-gestionnaires/planificateurs qui soutient le développement d’une stratégie de transfert des connaissances. Une partie de la stratégie vise à stimuler l’utilisation de la connaissance scientifique par les gestionnaires. Depuis 2014, elle s’est concrétisée, outre une animation en continue, par 36 ateliers de transfert qui ont réuni plus de 480 participants et par un forum qui s’est attardé aux besoins en transfert de connaissances des gestionnaires et planificateurs qui avaient assisté aux ateliers. Cette communication présentera les résultats de cette stratégie et dressera un bilan des besoins actuels en transfert de connaissances sur les eaux souterraines.

Résumé
16 h 50
Mot de clôture
Julie Ruiz (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)