Soutenance mémoire
Types de sources
Une source se qualifie comme l’endroit où l’eau souterraine sort de la surface de la terre en quantité suffisante pour former un ruisseau (La Moreaux et Tanner, 2001; Springer et al., 2008).
Les résurgences d’eau souterraine alimentent d’importants réseaux d’eaux de surface comme des ruisseaux et des rivières. Les sources naturelles peuvent couler directement soit dans des lacs ou des océans. Des structures géologiques et des caractéristiques topographiques peuvent apporter l’eau à la surface, et donner naissance à des cours d’eau . Les résurgences peuvent alors former des dépressions tout au long des contacts lithologiques où un roc perméable recouvre un roc de plus faible perméabilité, où il y a des joints, des fractures ou des failles, ou dans des régions de calcaire (Fetter, 2001). La résurgence de grande quantité d’eau souterraine requière la combinaison de plusieurs éléments comme une aire de recharge importante et un haut taux de recharge (Brian, 1919; Manga, 2001).Les sources d’eau souterraine sont habituellement divisées en deux groupes principaux basés selon la nature de leur écoulement par rapport à l’aquifère duquel elles sont issues (Kresic, 2010). On distingue les sources à écoulement gravitaire et les sources profondes dites artésiennes. Les sources à écoulement gravitaire coulent sous les conditions non confinées où la surface du terrain intercepte le niveau hydrostatique de l’eau. Elles sont également appelées sources descendantes.
Les sources artésiennes sont sous pression due aux conditions de confinement. Elles sont aussi appelées sources ascendantes (Kresic, 2010). La structure géologique et la géomorphologie jouent un rôle important dans le type de source (Brian, 1919; Kresic, 2010).
Hydrogéologie des sources
Importance de l’étude des sources
Selon Davis et al. (2001), la chimie des sources a été utilisée pour définir les origines possibles de l’eau aussi loin que l’on puisse aller au 17iéme siècle en Europe, ainsi qu’au 18iéme siècle aux États-Unis. Katz et Wicks (2001) ont intégré spatialement et temporellement l’eau souterraine d’aquifères en analysant leurs résurgences. Dans certaines régions, les résurgences fournissent les seules informations hydrogéologiques sur le système d’eau souterraine. Katz et Wicks (2001) affirment également que depuis au moins deux siècles, l ‘hydrochimie a été utilisée pour identifier l’origine de l’eau souterraine. Cependant les progrès modernes en chimie analytique, combinés à de nouveaux outils pour quantifier l’hydrologie des systèmes d’eau de source, ont apporté des avancées sans précédents dans la compréhension des résurgences d’eau souterraine. Lee et Krothe (2001) mentionnent qu’il est nécessaire d’utiliser les données de la chimie et des traceurs isotopiques pour comprendre l’évolution géochimique et les mélanges d’eau dans les aquifères karstiques. La méthode de modélisation de l’eau souterraine est difficile à appliquer pour les mélanges d’eau pour ce type d’aquifère due à leur hétérogénéité étant donné que l’écoulement dans les fractures n’obéit pas à la loi de Darcy. Par conséquent, les isotopes et les concentrations ioniques peuvent être utilisés comme traceurs pour interpréter l’évolution chimique de l’eau.
Études hydrogéochimiques sur les sources
Selon T6th (1999), les eaux souterraines ont un rôle important dans la nature de par leur capacité à interagir avec l ‘environnement et d’autre part dans la distribution spatiale généralisée de leur écoulement. L’eau souterraine est ainsi définie par T6th (1999) comme un agent géologique important. L’interaction de l’eau souterraine avec son environnement, et son écoulement au sein de celui-ci se produisent simultanément. Les effets de l’écoulement souterrain se manifestent de la surface du sol jusqu’aux plus grandes profondeurs, pour des durées de temps très variables. La composition géochimique de l’eau est également fonction de la géologie du sous-sol, du temps de résidence de l’eau dans les formations aquifères, de la vitesse d’écoulement et des contaminations naturelles ou anthropiques. En suivant les concepts développés par T6th (1999), l’étude de l’hydrogéochimie des résurgences a le potentiel d’apporter des connaissances très importantes sur l’évolution de l’eau souterraine depuis la recharge, le temps de résidence, l’influence des conditions géologiques et hydrogéologiques sur la géochimie de l’eau, et de permettre une évaluation de la qualité régionale de l’eau souterraine et des variations spatio-temporelles.
Les isotopes stables sont très utiles dans les études hydrogéochimiques. Selon Kresic (2010), l’oxygène-18 (18O) et le deutérium (²H) sont les isotopes les plus fréquemment utilisés lors d’études hydrologiques sur les sources.
Définition des contextes géologiques et hydrogéologiques
Selon Veillette et al. (2004), il y a environ 9 000 ans AA, lors de la dernière glaciation, le retrait du glacier s’est effectué vers le nord-ouest et vers le nord-est de part et d’autres de la Moraine d’Harricana . Ce style de déglaciation, explique l’orientation des eskers, nord-ouest-sud-est à l’ouest de la Moraine d’Harricana et nord-est- sud-ouest à l’est de celle-ci (Veillette et al., 2004; Nadeau, 2011). Six eskers importants traversent la zone d’étude. Ce sont d’ouest en est, l’esker d’Authier, l’esker Vaudray-Joannès, l’esker de Launay, l’esker Saint-Mathieu-Berry, la Moraine d’Harricana ainsi que l’esker sans nom. La Moraine d’Harricana est incluse dans les eskers, car d’un point de vue purement sédimentologique c’est un esker mis en place en position interlobaire (Veillette et al., 2004).
Selon Veillette et al. (2004) le passage du glacier a modifié le relief et le paysage de l’Abitibi. Cet événement a entraîné l ‘érosion du socle rocheux et a également mis en place plusieurs types de dépôts granulaires. Un type de dépôt qui caractérise le territoire d’étude est représenté par les formations fluvioglaciaires comme les eskers et la Moraine d’Harricana. Lors de la déglaciation, la submersion par le lac glaciaire Ojibway a laissé une forte empreinte sur le territoire comme des gradins d’érosion glaciolacustres et des cordons de plages sur les flancs d’eskers ainsi que sur les pourtours des collines témoignant de la présence de cet ancien lac. Les eskers mis en place au contact d’eaux glaciolacustres profondes comme celles de la région d’Abitibi, forment des épandages subaquatiques dont le style de sédimentation diffère nettement de celui des eskers formés en milieu subaérien. L’esker mis en place en milieu subaérien ou dans des plans d’eau de faibles dimensions montre une crête sinueuse, avec des flancs à pente raide. Les eskers de la région, formés en milieu glaciolacustre, montrent des sommets aplanis par l’action des vagues, des contours souvent flous et des sommets et des flancs totalement ou partiellement masqués par des sables littoraux ou par des sédiments à grain fin du faciès d’eau profonde. La présence prolongée d’un grand plan d’eau en région est indiquée par la grande quantité de sédiments à grains fins. Les sédiments d’eau profonde qui forment la plaine argileuse sont caractéristiques du paysage Abitibien. Certains eskers sont d’importants aquifères en raison de la présence d’argile glaciolacustre sur leurs flancs qui retient l ‘eau dans les formations granulaires.
La distribution des dépôts du Quaternaire , résultat de la dernière glaciation Abitibienne, fait de celle-ci une région contrastée avec une faible superficie de dépôts granulaires ( eskers et moraines) affleurant, une importante surface imperméable d’argile et ainsi, une zone de recharge réduite. Le reste du territoire est partagé par les unités principales tels les dépôts organiques, le roc affleurant, le till et les sédiments sublittoraux.
Hydrogéochimie régionale
Dans l’étude réalisée par Cloutier et al. (2007), portant sur l’hydrogéochimie régionale du roc fracturé du Bouclier canadien et des formations fluvioglaciaires de l ‘Abitibi au Québec, les données géochimiques et les cartes de distribution de paramètres montrent que la chimie de l’eau souterraine est influencée par les contextes géologiques notamment pour des paramètres comme le fer, le manganèse, l’arsenic, le fluor, la dureté et le pH. Dans cette même étude, d’autres paramètres sont aussi contrôlés par les contextes hydrogéologiques incluant la conductivité spécifique et les ions majeurs. L’étude démontre une différence dans la chimie de l’eau souterraine des eskers et celui des unités de roc fracturé. Cloutier et al. (2007) mentionnent que la chimie de l’eau peut être significativement différente d’un esker à l’ autre, ainsi que la qualité peut-être variable à l’intérieur d’un même esker, des détails sur la géochimie des différents eskers sont alors requis pour expliquer les variabilités hydrochimiques entre les eskers.
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Table des matières
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Problématique
1.2 Objectifs général et spécifiques
1.3 Méthodologie
1.4 Structure du mémoire
CHAPITRE 2 LES SOURCES :HISTORIQUE, CLASSIFICATION ET IMPORTANCE EN HYDROGÉOLOGIE
2.1 Types de sources
2.2 Bref historique et classification des sources
2.2.1 Classification de Brian (1919)
2.2.2 Classification de Meinzer (1923)
2.2.3 Classification de Springer et Stevens (2009)
2.3 Hydrogéologie des sources
2.3.1 Importance de l’étude des sources
2.3.2 Études hydrogéochimiques sur les sources
CHAPITRE 3 DESCRIPTION DE LA ZONE D’ÉTUDE
3.1 Localisation de la région d’étude
3.2 Définition des contextes géologiques et hydrogéologiques
3.3 Hydrogéochimie régionale
CHAPITRE 4 MÉTHODOLOGIE
4.1 Compilation des données existantes
4.2 Planification des travaux
4.3 Choix des sites et travaux d’échantillonnage
4.4 Matériel d’échantillonnage et prélèvements
4.5 Échantillonnage des sources
4. 5.1 Paramètres physico-chimiques
4.5.2 Paramètres mesurés in situ
4.5.3 Arpentage des sources
4. 5.4 Traceurs environnementaux
4.6 Méthodes d’analyse
4.6.1 Cartes à points et diagramme de Piper
4.6.2 Analyses statistiques et représentation des données
CHAPITRE 5 RÉSULTATS ET INTERPRÉTATION
5.1 Hydrogéochimie et qualité de l’eau des sources
5.1.1 Description et localisation des sites d’échantillonnage
5.1.2 Portrait régional de l’hydrogéochimie des sources
5.1.3 Analyse de l’hydrogéochimie régionale des sources
5.2 Suivi temporel
5.3 Isotopes stables 8180 et o2H
5.3.1 Caractérisation isotopique des précipitations
5.3.2 Caractérisation isotopique des sources
5.4 Isotopes radioactifs et datation de l’ eau
5.4.1 Tritium
5.4.2 Radiocarbone
CONCLUSION
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