Dissertations / Theses on the topic 'Eau souterraine – Protection – Québec (Province)'

L’élaboration de stratégies efficaces de protection des captages d’eau souterraine adaptées à un milieu rural nécessite une bonne compréhension des liens entre la qualité de l’eau captée et les activités agricoles menées à proximité de ces captages. Il est toutefois difficile d’évaluer l’impact de modifications de pratiques agricoles ou les résultats de la gestion du territoire sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal. Afin d’apporter des éléments de réponse face à ce constat, une investigation a été réalisée sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal d’eau potable en territoire agricole au Québec (Pont-Rouge), faisant appel à des mesures de terrain et des simulations numériques. L’étude a porté principalement sur les ions nitrates et les bactéries indicatrices de contamination fécale, principaux indicateurs de pollution de l’eau souterraine en zone agricole. Une série de 38 piézomètres ont été installés sur l’aire d’alimentation dans le but de mesurer des paramètres physico-chimiques et bactériologiques de la qualité de l’eau. Parallèlement à ce suivi de terrain, un modèle déterministe d’écoulement de l’eau souterraine et de transport des nitrates en aquifère granulaire à nappe libre a été élaboré dans le but d’évaluer l’applicabilité du modèle pour la prédiction des teneurs en nitrates au captage municipal. Le calage du modèle comprend une analyse de sensibilité des principaux paramètres et variables du modèle, une étape d’ajustement à des résultats de terrain pour une période déterminée, ainsi qu’une validation du modèle. Suite au calage du modèle, la simulation de divers scénarios a permis de prévoir les effets de changements des pratiques agricoles et de mieux comprendre les teneurs en nitrates mesurées par le passé au captage de la ville. Les résultats d’analyses physico-chimiques démontrent l’impact significatif des activités agricoles sur la qualité de l’eau souterraine, particulièrement les teneurs en nitrates. Les résultats d’analyses microbiologiques montrent pour leur part la forte variabilité des mesures de bactéries indicatrices de contamination fécale au sein de l’aquifère étudié. Enfin, les résultats de modélisation numérique et des scénarios suggèrent que le modèle est adapté pour la simulation des teneurs en nitrates au captage municipal, et qu’une meilleure gestion des pratiques agricoles peut améliorer significativement la qualité de l’eau au captage.
A sound scientific basis for decision-making about land management and groundwater protection includes a proper understanding of the relationships between agricultural activities and the quality of pumped water at a municipal well. There is a need to assess both nitrate and bacterial contamination in a capture area, and to ensure that regulations through protection areas are adapted to prevent risks to consumer health. For this purpose, field monitoring and numerical simulations were performed on the actual case of a municipal well in an agricultural area in the province of Québec (Canada). A number of 38 piezometers were installed within the capture area in order to monitor physico-chemical and bacteriological parameters in groundwater. At the same time, a three-dimensional Water flow and Nitrate transport Global Model (WNGM) in unconfined aquifer was developed in order to simulate nitrate concentrations in the aquifer and in the municipal well, in relation with agricultural practice. Model calibration was performed using water level and nitrate concentration measured in the aquifer. The simulations of several scenarios provided a better understanding of past trends of nitrate concentrations in the municipal well, as well as predictions of nitrate concentrations in the municipal well assuming different land management practices within the capture area. The results of physico-chemical monitoring demonstrate the impact of agricultural activities on groundwater quality, particularly on nitrate levels. The results of bacteriological monitoring show a significant variability of bacteria content in groundwater. Finally, the results of the numerical simulation demonstrate that modelling is able to provide valid and useful prediction of nitrate levels in the municipal well, and that better agricultural practice can improve significantly groundwater quality at the well.

D’importants efforts ont été menés pour l’évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines grâce à des modèles physiques, adaptables à toutes sortes de contraintes liées aux ressources hydrogéologiques. Une approche nouvelle, fondée sur un modèle de processus pour l’évaluation de la vulnérabilité des ressources en eaux souterraines, est proposée et décrite pour le bassin versant de la rivière Saint-Charles, Québec. Un modèle couplé d’écoulements de surface (2D) et souterrains (3D) est implémenté pour une simulation en régime (quasi) permanent. Le temps de résidence de l’eau souterraine est calculé comme une caractéristique intrinsèque du milieu. Il est utilisé conjointement aux scénarios DPSIR (Driving forces - Pressures - State - Impact - Responses) futurs pour déterminer la sensibilité du système. Un changement climatique (diminution de la précipitation) ainsi qu’un changement d’occupation du sol (urbanisation) sont simulés. La distribution spatiale de la sensibilité du modèle est évaluée grâce à l’étude de différentes variables et forme une base pour la prédiction de la vulnérabilité, présentée en valeurs-seuils de dégâts du système hydrogéologique. Par la suite, les scenarios sont comparés à l’aide d’une analyse de décision multicritères (MCDA) qui fournit une base d’évaluation commune en tenant compte des critères quantitatifs (p.ex. pourcentage du système très vulnérable) et non-quantitatifs (p.ex. importance du scenario/probabilité). La MCDA donne la priorité au scenario de l’urbanisation par rapport à la vulnérabilité et à l’investigation des réponses potentielles. Ce travail fournit un outil puissant pour l’analyse de l’interaction de l’Homme avec son environnement. Une interprétation intégrée (surface/sous-sol) du système est essentielle parce que la vulnérabilité est une fonction de l’origine et de la nature de la pression, ainsi que la variable choisie pour analyser son impact. La plupart des impacts sur un système peuvent être mesurés, analysés et validés dans une modèle calibré en régime permanent. La fiabilité de prédictions de la vulnérabilité principalement souffre du manque d’unicité générale des modèles et l’incertitude des paramètres. Les travaux futurs devraient se concentrer sur l’amélioration de l’approche combinée en fournissant des recommandations claires d’évaluation de la vulnérabilité avec un catalogue de valeurs seuil différenciant les dégâts au système dans l’espace et le temps.
Approaches that rely on process-based models to assess groundwater vulnerability, as opposed to empirical relationships, have recently gained more attention as they have the potential to provide a general framework for all types of (re)source and stress relations. A comprehensive and sustainable management system is needed, based on integrated surface and groundwater models, for effective surface and groundwater protection on a scientific defensible basis. Using a process-based model, an approach to assess intrinsic groundwater vulnerability is proposed and demonstrated for the Saint-Charles River catchment, Québec. A fully integrated 2D surface and 3D groundwater flow model is implemented to simulate quasi steady-state flow in the catchment. Groundwater transit times, which represent an intrinsic system characteristic, are simulated with the flow model. They are then combined with future DPSIR (Driving forces - Pressures - State - Impact - Responses) vulnerability scenarios to assess the system sensitivity. Climate change (decreasing precipitation) and land use change (urbanization) scenarios are simulated. Sensitivity coefficients are calculated for multiple state variables and form the basis for the system vulnerability prediction, with system threshold values of well-being. The scenarios are then compared with a MCDA (Multi-Criteria Decision Analysis) framework, which provides a common evaluation basis, accounting for quantitative (e.g. highly vulnerable catchment percentage) and non-quantitative (scenario relevance and probability) criteria. The MCDA ranks vulnerability and response investigation for the urbanization scenario with highest priority. When combined, the physical and generic framework-based vulnerability approaches represent a powerful tool for analyzing human- environmental interactions and impacts. An integrated surface and groundwater consideration is essential because the vulnerability is a function of the nature and origin of pressure (i.e. scenario specific) and the state variable chosen. Most system changes and impacts can be measured, analyzed and validated within a calibrated model for (quasi) steady-state conditions. The reliability of predicted system vulnerabilities is mainly subject to conceptual and parameter uncertainties and can suffer from the non-unique model calibration issues. Future work should focus on improving the combined approach by providing a clear guidance for the vulnerability evaluation with a threshold rating system which classifies the system damage state in space and time.
Das Hauptaugenmerk rezenter Ansätze zur Grundwasser vulnerabilitäts Kartierung liegt auf Prozessbasierten Modellen auf der Grundlage eines allgemein umfassenden, universellen Rahmenwerkes. Zunehmender Focus liegt dabei auf der Entwicklung eines nachhaltigen Management Systems mit integrierter Betrachtung von Oberflächen- und Untergrundwasser. Ein prozessbasierter Modell Ansatz zur Bestimmung der intrinsischen Grundwasser Vulnerabilität ist hier vorgestellt und dessen Anwendung für das Grundwassereinzugsgebietes des Saint-Charles River, Québec, demonstriert. Ein integriertes, hydrogeologisches 2D Oberflächen und 3D Untergrund Modell wurde zu diesem Zweck erstellt, und auf dessen Basis das quasi stationäre Strömungsregimes des ausgewählten Einzugsgebietes simuliert. Grundwasser Verweilzeiten, als intrinsische System Charakteristik, sind mithilfe des Strömungsmodells berechnet. In Verbindung mit prognostischen DPSIR (Driving forces - Pressures - State - Impact - Responses) Vulnerabilität Szenarien dienen diese zur Berechnung der räumlichen Verteilung der System Sensitivitätskoeffizienten. Als Szenarien sind klimatischer Wandel (Niederschlagsabnahme) und landnutzungs Änderungen (Urbanisierung) betrachtet. Die Berechnung der Sensitivitätskoeffizienten beruht dabei auf verschiedenen System Zustandsvariablen und dient als Grundlage für die darauf aufbauenden, Grenzwert abhängigen Vulnerabilitätskoeffizienten. Ein Vergleich der unterschiedlichen Vulnerabilität Szenarien auf der Grundlage einer gemeinsamen Bewertungsbasis und unter Einbeziehung von quantitativen (z.B. prozentuale Verteilung der Einzugsgebiet Vulnerabilität) sowie nicht-quantitativen (z.B. Szenario Relevanz und Wahrscheinlichkeit) Kriterien ist mithilfe einer Multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA) erreicht. Das Urbanisierung Szenario ist dabei als Priorität bezüglich der Vulnerabilitätsbewertung sowie der Notwendigkeit weiterer (Gegenmaßnahmen) Untersuchungen eingestuft.Der kombinierte Ansatz eines physikalisch basierten Models auf der Grundlage eines allgemeinen Rahmenwerkes zeigt großes Potential für die Analyse und Interpretation von Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt. Eine integrierte Betrachtung von Oberflächen und Grundwasser erweist sich dabei als Essentiell, da die System Vulnerabilität sowohl von den betrachteten System Zustandsvariablen, als auch vom Szenario spezifischen Ursprung und der Art des betrachteten System Stresses abhängt. Die meisten Szenario abhängigen Systemänderungen innerhalb eines hydrogeologischen Systems können dabei auf der Grundlage eines kalibrierten, (quasi) stationären Models gemessen, analysiert und verifiziert werden. Die Verlässlichkeit der prognostizierten System Vulnerabilitäten ist dabei wesentlich bestimmt durch Faktoren wie dem Model Konzept und Parameter Ungewissheiten, sowie der Model Kalibrierung. Focus zukünftiger Arbeiten sollte auf der Verbesserung des vorgestellten kombinierten Ansatzes liegen, unter Einbeziehung eines Grenzwert Kataloges zur räumlichen und zeitlichen Definition des Systemzustandes.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018
Dans le cadre du projet PACES III pour la région de Chaudière-Appalaches, situé au sud de la ville de Québec, au Canada, l'étude présente une analyse approfondie de l’influence des dynamiques d’écoulement sur la qualité des eaux souterraines dans un contexte régional. L’écoulement régional, le transport d’âge et l'impact d'une faille sur la qualité de l'eau souterraine sont étudiés par l’entremise de modèles numériques bidimensionels. La combinaison des connaissances hydrogéologiques physiques et chimiques, y compris une analyse des concentrations de ¹⁴C dans les eaux souterraines échantillonnées, a conduit à l’ébauche d'un modèle conceptuel de l’écoulement régional. Ce dernier est mis à l’essais pas l’entremise d’un modèle d'écoulement numérique suivant une ligne d’écoulement régionale dans le plan 2D vertical à l’aide du logiciel FLONET. Le modèle est d'abord calibré à l’aide d’une méthode semi-automatisé qui utilise le logiciel PEST en comparant les charges simulés à la piézométrie régionale, et est validé par la comparaison des flux simulés à la recharge. Bien que le modèle affiche l’existence d’un écoulement régional profond, la région à l’étude apparaît être dominée par des systèmes d'écoulements locaux à des échelles maximales d'environ 5 km, avec un écoulement significatif dans le roc fracturé peu profond. L’écoulement actif se limitant à une profondeur maximale de 40 m à 60 m du roc fracturé, confirme que la géochimie des eaux souterraines échantillonnées à partir de puits résidentiels est susceptible d'être affectée par les eaux faisant parti de l’écoulement intermédiaire et régional. Le transport advectif-dispersif de l'âge est ensuite simulé avec le simulateur de transport TR2 et comparé aux temps de déplacement advectifs le long des lignes d’écoulements et à l'âge ¹⁴C des eaux échantillonnées. Enfin, l’influence de la faille de la Rivière Jacques Cartier sur le contexte hydrogéologique régional est étudiée à travers divers scénarios hypothétiques de perméabilité de faille.
As part of the PACES III project in the Chaudière-Appalaches region, south of Quebec City, Quebec, Canada, the study herein presents insights into the extent to which regional groundwater quality is shaped by flow dynamics. In this context, 2D numerical modelling is used to simulate regional flow, transport of groundwater age and the possible influence of a fault on groundwater quality. Combining physical and chemical hydrogeological knowledge, including an analysis of ¹⁴C concentrations in sampled groundwater, leads to the development of a regional conceptual flow model. The conceptual model is tested by representing the system with a two-dimensional numerical flow model oriented in the vertical plane roughly south-north towards the St. Lawrence River using the FLONET code. The model is first calibrated to regional piezometry through a semi-automated workflow using PEST and is then validated with average recharge values. Although some evidence for deeper regional flow exists, the area appears to be dominated by local flow systems on maximum length scales of about 5 km, with significant flow through the shallow fractured sedimentary rock aquifer. This regional scale flow model is also supported by the local hydrogeochemical signatures. Active flow appears contained within the top 40 m to 60 m of the fractured bedrock, which confirms that the geochemical signatures of groundwater sampled from residential wells are likely affected by the slow moving waters of the intermediate and regional flow systems. Advective-dispersive transport of groundwater age is then simulated with the TR2 transport model and compared with advective travel times and sampled ¹⁴C water ages. Finally, the possible role of the Jacques-Cartier River fault on regional flow dynamics is investigated by testing various fault permeability configurations.

Les effets des changements climatiques sont particulièrement importants dans les régions arctiques et subarctiques. L’augmentation de la température de l’atmosphère entraine notamment le réchauffement du pergélisol qui perd en épaisseur et en couverture spatiale. Cette dégradation a des conséquences sur les écosystèmes, le paysage, la stabilité des sols, des bâtiments et des infrastructures ainsi que sur les populations locales et sur leur mode de vie. La dégradation du pergélisol conduira probablement à la perte de la couche confinante formée par le pergélisol favorisant ainsi la recharge des aquifères et modifiant les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Cependant, l’impact de cette dégradation sur la qualité et la disponibilité des eaux souterraines demeure en grande partie inconnu. Cette thèse a été motivée par le manque d’informations sur les eaux souterraines en région de pergélisol discontinu, par les changements environnementaux rapides liés au réchauffement climatique et par le potentiel de l’eau souterraine comme ressource en eau potable pour, entre autres, les communautés du Nunavik (Québec, Canada). Ce projet se concentre sur la compréhension des écoulements et sur la qualité de l’eau souterraine dans la vallée de Tasiapik, un petit bassin versant en zone de pergélisol discontinu proche d’Umiujaq au Nunavik. Cette étude se base sur une analyse approfondie de l’hydrogéochimie des eaux souterraines, des eaux de surface, des précipitations et du pergélisol riche en glace. Cette thèse est divisée en deux parties. La première partie (chapitre 2) est une revue de la littérature scientifique existante sur l’hydrogéochimie des eaux souterraines. La seconde partie (chapitre 3) présente l’étude hydrogéochimique des eaux souterraines dans la vallée de Tasiapik. Cette thèse est complétée par une introduction générale (chapitre 1), une synthèse (chapitre 4) et une conclusion (chapitre 5).
La première partie, chapitre 2, résume l’état actuel des connaissances sur l’hydrogéochimie des eaux souterraines dans les régions affectées par le pergélisol et sur les impacts potentiels de la dégradation du pergélisol sur la qualité des eaux souterraines. Les caractéristiques hydrogéochimiques des eaux souterraines dans les zones de pergélisol dépendent des mêmes réactions que dans les régions où il n’y a pas de pergélisol. Cependant, le pergélisol agit comme une couche confinante qui peut influencer la chimie des eaux souterraines en empêchant la recharge directe des aquifères et en augmentant le. Un temps de résidence, favorisant ainsi plus long augmente également les interactions eau-roche. Un des impacts majeurs des changements climatiques sur les eaux souterraines sera associé à la perte de cette couche confinante. Les futures études en lien avec l’hydrogéologie en zone de pergélisol devraient donc inclure une meilleure caractérisation hydrogéochimique insitu afin de mieux évaluer l’impact du réchauffement climatique sur les eaux souterraines. La deuxième partie, chapitre 3, utilise l’hydrogéochimie comme outil pour mieux comprendre la dynamique de la recharge et développer un modèle conceptuel pour l’écoulement des eaux souterraines dans la vallée de Tasiapik. Cette étude se base sur l’analyse d’échantillons de précipitations, d’eau souterraine, de glace du pergélisol, de lacs de thermokarst et de cours d’eau. L’hydrogéochimie des eaux souterraines dans le bassin versant est typique d’eaux jeunes, avec une faible minéralisation. Cela implique des circulations et des temps de résidence relativement courts. Ce jeu de données hydrogéochimiques pourra servir de référence pour documenter les impacts des changements climatiques sur le système hydrogéologique et l’interprétation qui en est tirée permettra de mieux comprendre la dynamique des eaux souterraines d’aquifères en régions froides.
L’eau souterraine dans le bassin versant d’Umiujaq répond aux normes de qualité canadiennes et québécoises pour l’eau potable. Cependant, la distance entre la vallée et la communauté rendent le site peu propice pour l’alimentation en eau d’Umiujaq. Ces résultats sont encourageants pour l’utilisation d’eau souterraine comme ressource ailleurs au Nunavik et dans les régions circumpolaires. La vulnérabilité de cette ressource potentielle doit néanmoins être considérée et la délimitation de zones de protections en fonction de l’état du pergélisol doit être envisagée pour éviter toute contamination de cette ressource fragile. En résumé, cette étude a apporté des données détaillées sur l’hydrogéochimie des eaux souterraines en zone de pergélisol discontinu qui combinées à des modèles hydrogéologiques et thermiques, ont permis de mieux comprendre les interactions entre les eaux souterraines et le pergélisol dans un environnement vulnérable soumis à des pressions économiques et climatiques.
The first part, Chapter 2, provides a summary of the current state of knowledge of groundwater hydrogeochemistry in permafrost-affected areas and reviews the potential impacts of permafrost degradation on groundwater quality. The hydrogeochemical characteristics of groundwater in permafrost areas depend on the same reactions as in permafrost-free areas. As a confining layer, permafrost can influence groundwater chemistry by limiting recharge and exchanges between the soil, surface water and groundwater. Longer residence times also increase water-rock interactions. One of the most important impacts of climate change on groundwater will probably be associated with the loss of the confining layer. In permafrost areas, there is a general lack of detailed hydrogeological studies which use direct groundwater sampling. Future studies related to hydrogeology in permafrost areas should therefore include better in-situ hydrogeochemical characterization to assess the potential for using groundwater as the climate warms. The second part, Chapter 3, uses hydrogeochemistry as a tool to better understand recharge dynamics and to develop a conceptual model for groundwater flow in the Tasiapik Valley, Umiujaq. This study is based on the analysis of samples taken from precipitation, groundwater, ice from permafrost mounds and from thermokarst lakes and streams. Groundwater hydrogeochemistry in the watershed is typical for young waters, with low mineralization. This implies relatively short flow paths (on the order of 100-1000 m) and short residence times. This hydrogeochemical dataset will provide a reference for documenting the impacts of climate change on the hydrogeological system and will improve our understanding of groundwater dynamics in cold-region aquifers.
Groundwater in the Umiujaq watershed meets Canadian and Quebec drinking water quality standards. However the distance between the valley and the Umiujaq community makes the site unfavourable as a local water supply. These results are promising for the use of groundwater as a water supply elsewhere in Nunavik and in circumpolar regions. The vulnerability of this potential resource must nevertheless be taken into account and the delineation of protection zones considering the state of permafrost must be considered to avoid contamination of this fragile resource. Finally, this study provides detailed baseline data on groundwater hydrogeochemistry in a discontinuous permafrost zone. This data, combined with hydrogeological and thermal models, will provide a better understanding of the interactions between groundwater and permafrost in a sensitive environment undergoing significant climate change and economic development.
Arctic and subarctic regions are particularly vulnerable to climate change. Higher air temperatures, for example, lead to permafrost warming which decreases its thickness and spatial coverage. Permafrost degradation has consequences on ecosystems, landscapes, the stability of soils, buildings and infrastructure, as well as on local populations and their way of life. The effect of permafrost degradation on groundwater is likely to result in the loss of the confining layer formed by permafrost, thereby promoting aquifer recharge and modifying interactions between surface water and groundwater. However, the effect of permafrost degradation on groundwater quality and availability is still largely unknown. With increasing concerns of rapid global warming, this thesis was motivated by the lack of information on groundwater in discontinuous permafrost regions and the potential of groundwater as a drinking water resource for communities in Nunavik (Quebec, Canada). This project focuses on understanding groundwater flow and groundwater quality in the Tasiapik Valley, a small watershed located in a discontinuous permafrost zone near Umiujaq, Nunavik, Quebec. Insights into the hydrogeological system are provided by conducting a comprehensive hydrogeochemical analysis of groundwater, surface water, precipitation and water contained in ice-rich permafrost. The thesis is divided into two parts. The first part (Chapter 2) presents a review of the existing scientific literature on groundwater hydrogeochemistry. The second part (Chapter 3) presents a specific hydrogeochemical study of groundwater in the Tasiapik Valley. The thesis also includes a general Introduction (Chapter 1), Synthesis (Chapter 4) and Conclusions (Chapter 5).

En Outaouais, les eaux souterraines sont une ressource essentielle pour les besoins domestiques et agricoles (hors ville de Gatineau, qui utilise les eaux de surface). La région d’étude repose sur le Bouclier Canadien, fait de roches silicatées fracturées recouvertes par les sédiments résultants de la dernière glaciation-déglaciation. Dans ce contexte, améliorer les connaissances sur le fonctionnement des aquifères est vital pour une utilisation durable de la ressource. Pour atteindre cet objectif, un modèle conceptuel a été proposé résultant de l’interprétation des données géochimiques couplée à la modélisation numérique. L’altération des silicates, l’intrusion d’eau saline de l’ancienne Mer de Champlain suivie de l’échange cationique dans les argiles marines affectant les aquifères confinés ainsi que les mélanges d’eaux sont les principaux processus identifiés par une analyse statistique multivariée. A échelle locale, une signature des isotopes stables similaire à celle de la pluie actuelle et la présence de tritium indiquent des temps de résidence relativement courts dans les 100 premiers mètres de profondeur, ce qui est confirmé par la modélisation des écoulements et des âges. La présence d’hélium 4 est attribuée à la diffusion depuis des eaux plus profondes et plus âgées, résultant de la diminution de la conductivité hydraulique avec la profondeur. Des mélanges résultent de l’échantillonnage dans des puits ouverts. Dans les aquifères non confinés, les activités en 14C sont principalement le résultat de l’équilibre de l’eau de recharge avec le CO2 du sol dans un système ouvert suivi de l’altération des silicates par du CO2 fossile ou de la dissolution des carbonates en milieu fermé plutôt que de la décroissance radioactive. Finalement, la simulation des chlorures montre que les restes de la Mer de Champlain seraient présents dans les argiles marines et dans les zones moins perméables de l’aquifère confiné par rapport aux eaux caractérisés par l’échange cationique. L’étude a permis de caractériser la qualité des eaux souterraines dans la partie fracturée du bouclier canadien dans les dépôts du Quaternaire à l’échelle régionale. Les systèmes locaux d’écoulement, avec des temps de résidence courts dans la partie supérieure du roc sont essentiels et doivent être pris en compte pour évaluer la vulnérabilité des ressources en eaux souterraines.
Throughout most of the Outaouais Region, groundwater is an essential resource for both for domestic and agricultural use (except in the city of Gatineau which uses surface water). The study area lies in the Canadian Shield, and includes a fractured silicate bedrock aquifer which is covered by sediments from the last glacial-deglacial period. In this context, improving our understanding of aquifers is vital for a sustainable use of this resource. To fulfill this objective, a conceptual model was proposed based on the interpretation of geochemical data coupled to numerical modelling. Silicate weathering, seawater intrusion by the former Champlain Sea and subsequent cation exchange in marine clays affecting groundwater quality in confined aquifers, and mixing between waters of different ages are identified by a multivariate statistical analysis as the principal geochemical processes. At the local scale, a stable isotope signature similar to current precipitation and the presence of tritium indicate relatively short residence times in the first 100 m below ground surface, which was confirmed by numerical flow and age modelling. The occurrence of helium 4 is attributed to diffusion from deeper older groundwater within lower hydraulic conductivity zones. Some mixing due to sampling in open boreholes may also have occurred. In the unconfined aquifer, 14C activities appear to be the result of such as equilibration of recharge water with soil CO2 in open conditions coupled to silicate weathering by fossil CO2 or carbonate dissolution under closed conditions, rather than from radioactive decay. Finally, chloride transport simulations show that remnants of the Champlain Sea would still be found in marine clays and in the less permeable zones of the confined aquifer whereas groundwater characterised by cation exchange are found in more permeable zones. The study has helped characterize regional groundwater quality in the upper fractured zone of the Canadian Shield and in the Quaternary sediments of the Outaouais region. It has shown the importance of local scale groundwater flow systems and relatively rapid flow in the upper part of the bedrock which need to be considered when assessing the vulnerability of these regional groundwater resources.

Plusieurs approches réglementaires ont été développées pour assurer la protection des sources d’eau potable. Au Québec, le Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection (RPEP) exige la délimitation d’aires de protection spécifiques à l’intérieur de l’aire d’alimentation des prises d’eau potable. Cette délimitation est basée sur des distances fixes. Certaines activités, qui posent un risque pour la qualité de l’eau, sont restreintes dans ces zones protégées. Cependant, pour les eaux de surface, l’utilisation d’unités de distance n’est pas nécessairement représentative du temps disponible pour réagir face à une contamination puisqu’elle ne considère pas des facteurs tels que le contexte hydrologique, l’occupation du territoire et les cheminements préférentiels de l’eau qui influencent le temps de parcours des polluants. Le temps disponible pour l’intervention correspond à la somme du temps de cheminement (entre le point d’émission et l’arrivée du contaminant dans un cours d’eau à débit permanent) et du temps de parcours en cours d’eau à débit permanent (le transport du contaminant dans un cours d’eau à débit permanent jusqu’à la prise d’eau). L’objectif de ce projet est d’évaluer l’influence du temps de cheminement sur le temps disponible pour réagir. Le cas d’étude est bassin versant de la principale prise d’eau potable de la Ville de Québec. Cinq méthodes d’évaluation du temps de cheminement ont été évaluées, à savoir celle proposée par le RPEP, une évaluation de la longueur de cheminement à vol d’oiseau et selon le réseau de drainage ainsi que l’estimation du temps de cheminement selon la méthode du TR-55 et selon le réseau de drainage. Pour appliquer et comparer ces méthodes, 144 propriétés situées dans l’aire d’alimentation de la prise d’eau à l’étude ont été considérées. Pour ces propriétés, 30 cheminements de l’eau distincts ont été identifiés. Il a été constaté que la méthode d’évaluation des longueurs à vol d’oiseau n’est pas représentative du cheminement potentiel des contaminants. Les méthodes basées sur l’estimation des temps de cheminement présentent des résultats comparables bien qu’il serait pertinent d’appliquer ces méthodes à d’autres bassins versants pour valider les résultats. Les temps de cheminements estimés sont majoritairement situés dans un intervalle entre 0 et 15 min pour les deux méthodes appliquées sur le cas d’étude. Pour la méthode du TR-55 et selon le réseau de drainage, cet intervalle de temps représente le cheminement de 58 % et 64 % des propriétés analysées, respectivement. À partir des résultats obtenus, ce mémoire de recherche conclut que les temps de cheminement, bien qu’ils doivent être considérés dans la protection des sources d’eau potable, représentent une faible proportion du temps disponible comparativement aux temps de parcours en cours d’eau à débit permanent, qui eux sont beaucoup plus importants, de l’ordre de plus de 14,5 h dans le cas d’étude.

Une étude hydrogéologique conjointe de l'Université Laval et de la Commission Géologique du Canada (CGC) a été réalisée dans le bassin versant de la rivière Chaudière. Le but de cette étude est d’accroître les connaissances sur le système hydrogéologique du bassin versant de la rivière Chaudière qui s’étend de la frontière américaine jusqu’au fleuve Saint-Laurent. La zone étudiée a une superficie de 6675 km2. Il s’agit d’une région densément peuplée (~ 390,000 hab.) à vocation principalement agricole où 65 % de la population utilise l’eau souterraine comme principale source d’eau potable. L’aquifère régional se compose de deux unités principales : le substratum rocheux de la province géologique des Appalaches et certaines unités quaternaires granulaires. Le confinement de l’unité rocheuse est contrôlé par des sédiments glaciaires, marins ou lacustres fins d’épaisseurs et de distribution variables. L’écoulement dans le roc se fait dans sa partie supérieure où la fracturation est la plus importante. La première étape des travaux a d’abord consisté à définir les propriétés hydrauliques des formations géologiques. Les données utilisées proviennent de divers rapports, de données du système d’information hydrogéologique (SIH), du Ministère du Développement Durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs du Québec (MDDEFP), de rapports de consultants ainsi que d’une campagne de travaux de terrain effectuée à l’été 2007. Parmi ces données, la conductivité hydraulique (K) constitue la principale propriété à définir. Plusieurs valeurs de K ont été extraites directement ou indirectement de rapports existants. Une partie importante des valeurs de la conductivité hydraulique a été estimée à partir de la base de données SIH. Parmi celles-ci, 1333 valeurs ont été évaluées à partir de la capacité spécifique (Bradbury et al, 1985); 89 de ces mesures ont étés qualifiées de données de qualités car elles respectent toutes les conditions de la méthode, à l’exception du temps de pompage souvent trop court (94% des cas). En se basant sur les mesures recueillies, la moyenne géométrique des données de conductivité hydraulique (K) s’élève à 5 x 10-6 m/s avec un écart-type du logarithme de K égal à 0.60. La lithologie ne semble pas avoir une grande influence sur les valeurs de la conductivité hydraulique car toutes les valeurs moyennes de chacune des lithologies se trouvent à l’intérieur d’un même ordre de grandeur. Un modèle numérique a été construit pour l’ensemble de la zone d’étude à l’aide du logiciel de modélisation par éléments finis Watflow (Molson et al., 2002) afin d’interpréter le système d’écoulement de l’eau souterraine au niveau régional. Le modèle tridimensionnel est composé de 28 couches dont 18 représentent les dépôts meubles et 10 le roc. Le maillage 3D comprend 1
A joint hydrogeological assessment study between Université Laval and the Geological Survey of Canada (GSC) has been conducted in the Chaudière River watershed. The main objective of the study was to gain further understanding into the groundwater resources within the region. The watershed extends over ~ 6700 km2 from the United States border northwards to the Saint Lawrence River in the province of Québec (Canada). Groundwater is an important source of drinking water as well as for irrigation and industrial use, however the supply is finite and there are potential risks of conflicts arising from different users. It is thus important to understand the aquifer systems throughout the watershed in order to avoid possible conflicts and to help decision makers to better manage the resource. Within the catchment, up to 65% of the population relies on groundwater as the primary drinking water resource, whereby most of the water is used for agricultural purposes. The regional aquifer system is dominated by the underlying rock substratum of the Appalachian province and Quaternary aquifer units. The degree of confinement of the fractured aquifers is controlled by the overlying glacial, marine and fine lacustrine sediments of variable thicknesses. The groundwater circulation within the fractured aquifers predominantly takes place in the uppermost part of the fractured water-bearing units, where fracture density is highest. As a first step, the hydraulic properties of the fractured basement were defined, for which the hydraulic conductivity (K) of the formations can be considered as the most important hydraulic characteristic. A literature review of the available reports as well as the SIH and the MDDEFP data bases was performed in order to assemble the data. Additional field work was completed by the GSC during the spring of 2007 to supplement the data base. Most of the values of the hydraulic conductivity K were taken from the existing reports while others were estimated from the SIH data base. The data base contains 1333 values which were evaluated using Bradbury’s method, of which 83 satisfied the “quality criteria”, since they respected suggested conditions regarding the minimum pumping (which was not met in 94% of the cases). The geometric mean value of the measured hydraulic conductivities was 5x10-6 m/s with a standard deviation of 0.60. The maximum difference between the hydraulic conductivities of the different lithological units was about a factor of 100x. A 3D numerical finite element model was built with the Watflow model (Molson et al., 2002) for simulating the regional groundwater flow system. The model domain extends over the entire watershed and is subdivided into 28 layers, 18 for the unconsolidated deposits and 10 within the basement rock. The 3D triangular prismatic mesh contains 1,694,672 nodes and 3,344,516 elements. The topographic DEM (digital elevation model) forms the uppermost surface of the model. For the model boundary conditions, the Chaudière River and major tributaries and lakes are set as first-type boundaries with constant hydraulic heads. The model base, as well as the lateral limits, are considered as no-flow boundaries. The net recharge over the model surface was estimated using the infiltration model HELP, combined with estimates of the surface-distributed local water withdrawals. The major pumping wells are represented in the model domain as point sinks. The horizontal hydraulic conductivity together with the vertical anisotropy values for each formation were used as the model calibration parameters, using the observation data from 68 observation wells. The results of the calibration of the model showed that the mass balance error is close to zero which implies that the sum of inflows is equal to the sum of outflows. Different scenarios with recharge variations were simulated with the calibrated model. The simulations allowed identifying the principal sensitive zones which need piezometric and water quality control. It was also possible to determine the areas most sensitive to climate variations. Changes in the rate of pumping and recharge (± 20%) did not have a significant impact on the modeled system mainly in relation to groundwater level (observed variations were ≤5m).

Les problèmes environnementaux sont largement marqués par les conflits sociaux. Alors que des acteurs clament l’urgence de protéger la nature, d’autres, pour qui les intérêts peuvent être mis en cause, cherchent à minimiser la gravité de la situation. Au-delà des problèmes d’environnement eux-mêmes, les mésententes à leur sujet sont des défis de taille à l’application de solutions. C’est sur cette toile de fond que des efforts institutionnels sont déployés afin de gérer les conflits sociaux entre les acteurs concernés par des problèmes environnementaux à l’échelle locale. Nous avons voulu examiner les raisons qui poussent des acteurs différents à participer à une institution locale pour la gestion d’un problème d’environnement ainsi que les dynamiques de conflits et de coopération qui en émergent. Nous avons étudié la gestion de l’eau par bassin versant autour du Comité de bassin de la rivière Chaudière (COBARIC), une initiative du gouvernement du Québec qui regroupe une vingtaine d’acteurs locaux représentant les principaux secteurs d’activités économiques et sociales. Son mandat, durant près de 10 ans, a consisté à développer et expérimenter un mode participatif de gestion de l’eau par bassin versant dans l’optique de l’élaboration de la politique de l’eau du Québec. Nous avons opté pour une approche de recherche inductive s’appuyant sur une analyse des propos tenus par les acteurs concernés dans la région. En plus des 25 entretiens semi-dirigés que nous avons menés à l’automne 2000, nous avons également utilisé les vastes données recueillies par le COBARIC lors de consultations publiques au printemps 2000. Les résultats suggèrent que malgré le peu de considération que certains acteurs du bassin peuvent entretenir envers l’environnement, ils sont néanmoins portés à participer à l’institution de gestion de l’eau dans la mesure où celle-ci leur permet d’entretenir des relations de négociation avec des acteurs qui contrôlent l’accès à des ressources sociales (reconnaissance, argent, etc.) dont ils ont besoin selon leurs intérêts propres. La participation des acteurs locaux représente par ailleurs la condition indispensable pour l’atteinte de l’intérêt collectif de protection de l’eau, ce qui ne peut être réalisé, soutenons-nous, sans que les participants puissent également y voir une réponse à leurs intérêts particuliers.

Les systèmes hydrogéologiques devraient réagir au changement climatique de manière complexe. En région froide, la simulation de l'effet du changement climatique nécessite un modèle hydrologique intégré de pointe. Dans cette recherche, un modèle numérique entièrement couplé en 3D a été développé pour simuler l’écoulement des eaux souterraines et le transport de chaleur dans un bassin versant dans la région d'Umiujaq, dans le nord du Québec, au Canada. Le bassin versant est situé dans une zone de pergélisol discontinue et contient une épaisse couche glaciofluviale à grains grossiers formant un bon aquifère sous une unité gélive de silts marins sensible au gel. Une étude de terrain détaillée a été réalisée pour mesurer les caractéristiques du bassin versant telles que les propriétés hydrauliques et thermiques et la distribution des unités géologiques. Trois méthodes différentes disponibles dans le logiciel PEST sont utilisées pour caler le modèle 3D par rapport aux charges hydrauliques mesurées. Les résultats ont montré que l'utilisation de méthodes de calage simplifiées, telles que la méthode de zonation, n'est pas efficace dans cette zone d'étude, qui est très hétérogène. L’utilisation d’un calage plus détaillé par les méthodes du système PEST de points pilotes a permis de mieux s’adapter aux valeurs observées. Cependant, le temps de calcul était élevé. L'effet de la condition initiale pour la simulation du transport de chaleur est étudié en appliquant une condition initiale différente au modèle. Les résultats montrent que l'inclusion du processus de démarrage dans les simulations produit des températures simulées plus stables. Les zones du modèles à des profondeurs plus élevées, en-dessous de la profondeur de pénétration des variations saisonnières de température, nécessitent des temps de simulation plus longs pour être en équilibre avec les conditions limites appliquées. Les résultats montrent que l'application de la température moyenne de surface en tant que condition limite pour la simulation du transport de chaleur donne un meilleur ajustement aux valeurs observées en été qu'en hiver. En hiver, du fait de l’épaisseur variable de la neige dans le bassin versant, l’utilisation d’une température de surface uniforme diminue la qualité de l’ajustement aux valeurs observées. L'inclusion de l'advection dans la simulation du transport de chaleur accélère le taux d'augmentation de la température. De plus, l'eau chaude qui pénètre dans le sous-sol augmente la température souterraine dans les zones de recharge. Lorsque les eaux souterraines s'écoulent, elles perdent de l'énergie thermique. Par conséquent, le taux d’augmentation de la température dans les zones de décharge est inférieur à celui des zones de recharge.
Groundwater systems are expected to respond to climate change in a complex way. In cold regions, simulating the effect of climate change requires a state-of-the-art integrated hydrologic model. In this research, a fully coupled 3D numerical model has been developed to simulate groundwater-surface water flow and heat transport in a 2-km² catchment in Umiujaq, Nunavik (northern Quebec), Canada. The catchment is located in a discontinuous permafrost zone. It contains a lower aquifer, consisting of a thick coarse-grained glaciofluvial layer, overlain by a frost-susceptible silty marine unit and a perched upper aquifer. Detailed field investigations have been carried out to characterize the catchment, including its hydraulic and thermal properties and the subsurface geology. Three different calibration methods using the inverse calibration code PEST were used to calibrate the 3D flow model against measured hydraulic heads, assuming a fixed distribution of low hydraulic conductivity for discontinuous permafrost blocks. Heat transfer was not considered for this calibration. Results showed that using simplified calibration methods, such as the zoning method, is not efficient in this study area, which is highly heterogeneous. Using a more detailed calibration, such as the pilot-points method of PEST, gave a better fit to observed values. However, the computational time was significantly higher. In subsequent simulations, which included heat transport, different approaches for assigning initial temperatures during model spin-up were investigated. Results show that including the spin-up process in the simulations produces more realistic simulated temperatures. Furthermore, the spin-up improves the model fit to deeper subsurface temperatures because areas of the subsurface below the depth where seasonal surface temperature variations penetrate require longer simulation times to reach equilibrium with the applied boundary conditions. Applying the annual average surface temperature as the boundary condition to the heat transport simulation provided a better fit to observed values in the summer compared to winter. During winter, because of different snow thicknesses throughout the catchment, using a uniform surface temperature results in a poor fit to observed values. v Simulations show that warm water entering the subsurface increases the subsurface temperature in the recharge areas. As groundwater flows through the subsurface, it loses thermal energy. Therefore, discharging water is cooler than recharging water. This causes the rate of temperature rise to be lower in discharge areas than in recharge areas. The modelling results have helped provide insights into 3D simulation of coupled water flowheat transfer processes. Furthermore, it will help users of cryo-hydrogeological models in understanding effective parameters in development and calibration of model to develop their own site-specific models.

Le lac Saint-Augustin a muté en un lac hypereutrophe riche en phosphore puisqu’il était, pendant les dernières décennies, victime de rejets de déchets agricoles et urbains. De même, la qualité de l’eau a été victime du recours massif aux sels de déglaçage (NaCl) qui avaient pour but d’entretenir l’autoroute - 40 (Félix Leclerc) pendant les périodes de gel et ce depuis sa construction en 1974. Le lac en question est alimenté, essentiellement, par l’écoulement des eaux souterraines dans des sédiments fluvioglaciaires. Ce flux hydrique suit la direction NW-SE sur la rive nord du lac en-dessous d’un tronçon approximatif de 2 Km de l’autoroute Félix Leclerc. Ainsi, cet écoulement apporte les sels dissous aussi bien dans les eaux souterraines que dans celles du lac. La caractérisation de cet écoulement a montré que le débit annuel des eaux souterraines en direction du lac représentait 8 % du volume annuel emmagasiné dans l’aquifère du bassin versant du lac Saint-Augustin. Il est à mentionner qu’une grande partie de ce volume est déversé, évidemment, dans des endroits autres que le lac. Le suivi de la qualité des eaux souterraines, au cours de l’année 2013, au niveau de plusieurs points d’échantillonnage a révélé qu’elles étaient contaminées par les sels de déglaçage puisque la conductivité spécifique à 25 °C et les concentrations en sels dépassaient les seuils recommandés par le MDDEFP. Deux faciès chimiques caractérisaient ces eaux. L’un était bicarbonaté-calcique et l’autre était chloruré-sodique. En outre, un bilan de masse a été élaboré. Il avait comme cible d’estimer le transport des sels vers le lac. Ce bilan a permis de conclure que la masse annuelle du chlorure dans les eaux souterraines était deux fois supérieure à celle du sodium. Cet appauvrissement est généré par des réactions d’échanges de base qui s’effectuent entre le calcium et le sodium existant dans les sols environnants. Les masses de ces sels subissent des processus de dilution dans les eaux souterraines et dans le lac. Toutefois, des impacts à long terme peuvent représenter des dangers et devraient être examinés.
The lake Saint-Augustin has mutated into an hyper-eutrophic lake rich in phosphorus as it was during the last decades rejection victim of agricultural and urban waste. Similarly, the water quality has been the victim of massive use of road salt (NaCl) which aimed to maintain the highway - 40 (Felix Leclerc) during periods of frost and since its construction in 1974. The lake in question is powered mainly by the groundwater flow in glaciofluvial sediments. This water flow follows the NW-SE direction on the north shore of the lake below approximately 2 Km stretch of Highway Felix Leclerc. Thus, this flow brings dissolved salts as well in groundwater than in the lake. The characterization of this flow showed that the annual flow of groundwater towards the lake accounted for 8% of the annual volume stored in the aquifer of the lake Saint- Augustin watershed. It should be mentioned that a large part of this volume is discharged obviously in locations other than the lake. The monitoring of groundwater quality, in 2013, at several sampling points revealed that they were contaminated with road salt as the specific conductivity at 25° C and salt concentrations exceeded the thresholds recommended by the MDDEFP. Two chemical facies characterized these waters. One was bicarbonate-calcium and the other was a chloride-sodium. In addition, a mass balance has been developed. He had a target to estimate the transport of salts to the lake. The review concluded that the annual mass of chloride in groundwater was twice that of sodium. This depletion is generated by reactions of basic exchanges were effected between calcium and sodium in the existing surrounding soils. The masses of these salts undergo dilution process in groundwater and lake. However, long-term impacts may represent hazards and should be reviewed.

Un modèle numérique bidimensionnel a été développé afin d’évaluer l’impact de l’écoulement d’eau souterraine sur la dynamique du pergélisol dans un contexte de réchauffement climatique au Québec nordique. Le modèle conceptuel développé concerne une butte de pergélisol située dans la zone de pergélisol discontinu à proximité de la communauté Inuite d’Umiujaq, Nunavik, Québec. Le pergélisol s’est mis en place dans une unité gélive de silts marins qui se trouve audessus de deux unités de sédiments grossiers de sable et de gravier d’origine fluvio-glaciaire et glaciaire qui forment un aquifère confiné par l’unité de silts et le pergélisol où il y a un écoulement d’eau souterraine. Le code numérique HEATFLOW a été utilisé pour simuler l’écoulement d’eau souterraine couplé à la transmission de chaleur par conduction et advection le long d’une coupe 2D orientée dans la direction de l’écoulement de l’eau souterraine au droit de la butte de pergélisol étudiée. En premier lieu, le modèle a été étalonné manuellement à partir de profils de température mesurés dans la butte au cours des 10 dernières années à l’aide de câbles à thermistances et en tenant compte des flux de chaleur mesurés près de la surface du sol. En second lieu, une deuxième simulation a été réalisée en ne considérant que la transmission de chaleur par conduction et en négligeant ainsi l’écoulement d’eau souterraine. La comparaison entre ces deux simulations révèle le rôle important de l’écoulement d’eau souterraine sur la dynamique du pergélisol à Umiujaq. En effet, cet écoulement transporte l’eau plus chaude des zones de recharge vers l’aquifère confiné, ce qui contribue à réchauffer significativement le système en comparaison avec le cas sans écoulement. Une couche de pergélisol beaucoup plus mince est simulée lorsque l’écoulement d’eau souterraine est considéré dans la modélisation numérique. En outre, selon les résultats des simulations, l’énergie se dissipe le long de la ligne d’écoulement d’eau souterraine sous la base du pergélisol ce qui réduit sensiblement les températures du sol et de surface à proximité des zones de résurgence de l’eau souterraine le long d’un ruisseau en comparaison avec les zones de recharge. Finalement, en troisième lieu, le comportement futur du système simulé sous l’effet des changements climatiques est ensuite prédit en générant un scénario de réchauffement climatique selon une augmentation constante de la température de l’air et des précipitations. Les résultats des simulations suggèrent une dégradation du pergélisol par la base à un taux de 80 cm par année, et par le toit à un taux de 12 cm par année, jusqu’à la disparition complète du pergélisol dans le site d’étude d’ici 2040.
A 2D numerical model has been developed to assess the impacts of groundwater flow on permafrost dynamics under a warming climate in northern Québec. The conceptual model developed herein focuses on a small permafrost mound located in the discontinuous permafrost zone near the Inuit community of Umiujaq, Nunavik, Québec. At the study site, permafrost is found in marine silt overlying a deep confined sand and gravel aquifer with active groundwater flow. To better understand the cryo-hydrogeological system, the HEATFLOW numerical code was used to simulate coupled groundwater flow and heat transport by conduction and advection along a 2D cross-section through the permafrost mound and oriented along the assumed direction of groundwater flow. The model was first calibrated manually using temperature profiles in the permafrost mound measured along thermistor cables over the past 10 years and using observed heat fluxes near the ground surface. A second simulation was then performed assuming only conductive heat transfer and neglecting groundwater flow. A comparison between both simulations reveals the important role of groundwater flow on permafrost dynamics at the Umiujaq site. As groundwater flow brings warmer water from recharge areas into the deep confined aquifer, it contributes significantly to warming of the system relative to conduction alone, and significantly decreases permafrost thickness. However, the simulation showed that thermal energy is also lost along the flowpath below the permafrost base which induces a cooling in the discharge areas in comparison to the recharge areas. The future system behavior is then predicted by taking into account a climate change scenario based on increases in temperature and precipitation. The predictive simulation suggests that permafrost will thaw from the base at a rate of about 80 cm per year, and from the permafrost table at a rate of 12 cm per year, until completely thawed by about 2040.

Le Nunavik est peuplé de communautés s'approvisionnant majoritairement en eau de surface. Plusieurs contraintes, telles que les coûts de traitement et le tarissement des sources en hiver, motivent la recherche d'une alternative, soit l’approvisionnement en eau souterraine. Or, la disponibilité de l’eau souterraine en région nordique est limitée en raison de la présence du pergélisol. De plus, l’exploitation durable des eaux souterraines en région nordique reste à démontrer puisque les processus de recharge des nappes phréatiques ainsi que la dynamique d’écoulement des eaux souterraines sont différents de ceux observés en région tempérée. L’objectif principal du projet est d’évaluer la disponibilité des eaux souterraines en région froide pour l’approvisionnement en eau potable d’une communauté nordique. Pour ce faire, le bilan hydrologique d’un petit bassin versant de 2,1 km2 situé dans la vallée Tasiapik, près de la communauté d’Umiujaq (Nunavik), a été réalisé entre le 1er juillet 2014 et le 1er juillet 2015. Les précipitations totales ont été évaluées à partir des données d’environnement Canada pour une somme de 520 mm. Les évapotranspirations potentielles et réelles ont été calculées à l’aide des équations d’Hydro-Québec (Bisson et Roberge, 1983) et de Budyko (1974) pour des valeurs respectives de 330 mm et 192 mm. L’installation d’un canal jaugeur dans le cours d’eau principal a permis d’évaluer la décharge à l’exutoire de 280 mm. L’emmagasinement dans les réservoirs de surface et souterrain a été estimé en fermant le bilan hydrologique de surface et représente une lame d’eau équivalente de 48 mm. La recharge des eaux souterraines a été caractérisée selon la méthode de Darcy par l’instrumentation de quatre sites recouverts par une végétation différente. Ainsi, la recharge moyenne sur l’ensemble du bassin versant représente 207 mm, ce qui correspond à environ 40% des précipitations totales. Par ailleurs, le bassin versant connait un épisode de recharge par année, à l’instar des deux épisodes normalement observés au Québec méridional. La raison derrière ce phénomène est d’abord reliée à un été plus court et à la fonte tardive de la neige engendrée par le type de végétation. Ensuite, le débit de base est estimé par la séparation d’hydrogramme. La moyenne du débit de base calculé prend une valeur de 193 mm. Ce résultat correspond à un pourcentage du débit total d’environ 69%, ce qui est caractéristique des régions sans pergélisol. Ce résultat n’est toutefois pas surprenant en considérant que le pergélisol est peu présent dans le bassin versant et se retrouve exclusivement sous forme de buttes isolées. De ce fait, son impact sur les écoulements souterrains est limité, sans compter sur le fait qu’il est présent dans une couche de silt qui est peu perméable, même en absence de pergélisol. Par ailleurs, la décharge à l'exutoire est influencée par les eaux souterraines provenant d'autres bassins versants, ce qui explique en partie la valeur élevée obtenue. Le transfert d’eau souterraine entre bassins versants, qui est obtenu en fermant le bilan hydrologique, correspond à un apport d’eau de 34 mm provenant des bassins versants adjacents. Cette estimation semble cohérente avec les caractéristiques du site d’étude. En effet, ce dernier est situé dans une vallée entourée notamment d’une cuesta et d’une colline possédant toutes deux un relief important. Ces caractéristiques font en sorte que la ligne de partage des eaux souterraines est significativement plus étendue que celle de surface. La décharge des eaux souterraines permet également d’estimer la quantité d’eau pouvant être utilisée dans une optique de développement durable. La lame d’eau équivalente à ce paramètre possède une valeur de 193 mm, ce qui représente 405 300 000 litres d’eau. Le bassin versant contient donc suffisamment de cette ressource pour subvenir au besoin du village puisque la communauté utilise environ 18 370 450 litres d’eau par année, soit 4,5% de la ressource disponible. Les campagnes de terrain ont aussi permis la prise d’échantillons afin d’analyser la chimie de l’eau. Ces résultats ont ensuite été comparés aux concentrations maximales acceptables pour l’eau potable provenant du Règlement sur la qualité de l’eau potable du gouvernement du Québec (MDDELCC, 2016) et aux objectifs esthétiques de Santé Canada (2016). La conclusion qui en découle est que l’eau est potable, mais qu’elle dépasse la limite en ce qui a trait au manganèse, ce qui n’est pas un problème, puisque cet élément est surtout nuisible à la lessive et pour les équipements de plomberie. Toutefois, quelques paramètres physico-chimiques n’ont pas été analysés et un examen approfondi des normes bactériologiques est nécessaire pour se prononcer avec certitude sur la potabilité de l’eau souterraine.
Nunavik’s communities rely mainly on surface water. Several constraints, such as treatment costs and drying-up in the winter, motivate the search for an alternative. The availability of groundwater in the northern region is limited, due to the presence of permafrost. Moreover, the sustainable exploitation of groundwater in the Nordic region remains to be demonstrated, as groundwater recharge processes and the dynamics of groundwater flows are different from those observed in temperate regions. The main objective of the project is to assess the availability of groundwater for drinking water supply of a northern community. The water budget of a 2.1 km2 watershed in the Tasiapik Valley near the Umiujaq community (Nunavik) was carried out between July 2014 and July 2015. The total precipitation was evaluated using environment Canada data’s for a sum of 520 mm. Potential and actual evapotranspiration were calculated using the Hydro-Québec equations (Bisson and Roberge, 1983) and Budyko (1974) for respective values of 330 mm and 192 mm. The installation of a gauging channel in the main stream made it possible to evaluate the discharge at the outlet for a total of 280 mm. Storage in surface and underground reservoirs were estimated by closing the surface water budget and represents 48 mm. Groundwater recharge was characterized according to the Darcy method by the instrumentation of four sites covered by different vegetation. Thus, the average recharges over the entire catchment area represents 207 mm, which corresponds to about 40% of the total precipitation. In addition, the watershed experiences one recharge episode per year, which is different from the two episodes normally observed in southern Québec. The reason behind this phenomenon is firstly related to a shorter summer and to the late melting of snow caused by the type of vegetation. Then, the base flow is estimated by the hydrograph separation technic. The average calculated flow rate correspond to an equivalent of water of 193 mm. This represents 69% of the total flow, which is characteristic of regions without permafrost. This result, however, is not surprising considering that permafrost is present in small quantity in the watershed and is found exclusively in the form of isolated mounds. As a result, its impact on underground flows is limited, not to mention the fact that it is present in a layer of silt that is poorly permeable, even in the absence of permafrost. On the other hand, discharge at the outlet is influenced by groundwater from other watersheds, which partly explains the high value obtained. The transfer of groundwater between catchments, which is obtained by closing the groundwater water budget, corresponds to a water supply of 34 mm coming from the adjacent catchments. This estimate seems consistent with the characteristics of the study site. Indeed, the latter is located in a valley surrounded by a cuesta and a hill both having an important relief. These characteristics mean that the groundwater watershed is larger than the surface watershed. Groundwater discharges can also be used to estimate the amount of water that can be used for sustainable development. The equivalent water of this parameter has a value of 193 mm, which represents 405 300 000 litres of water. The watershed therefore contains enough of this resource to meet the village's needs, since the community uses about 18,370,450 litres of water per year, or 4.5% of the available resource. The field campaigns also allowed the sampling in order to analyze the chemistry of water. These results were then compared with the maximum acceptable drinking water concentrations from the Government of Quebec's Drinking Water Quality Regulation (MDDELCC, 2016) and the aesthetic objectives of Health Canada (2016). The conclusion is that the water is drinkable, but that it exceeds the limit with respect to manganese, which is not a problem, since this element is mostly harmful to the laundry and for plumbing equipment. However, some elements have not been analyzed and a thorough examination of the bacteriological standards is necessary in order to determine with certainty the potability of this groundwater.

Depuis quelques décennies, les lacs de villégiature au Québec sont exposés à une problématique de transport de sédiments. De nombreuses sources de sédiments peuvent participer à ces apports vers les plans d’eau. Dans le cadre de ce projet de recherche, en collaboration avec la municipalité d’Adstock, les objectifs sont d’identifier la source principale de sédiments qui envase le lac à la Truite et d’élaborer une méthodologie d’implantation de solutions de gestion des eaux pluviales spécifiques au bassin versant à l’étude, permettant de restreindre ce transport de sédiments. Cette implantation doit considérer les contraintes socio-économiques et légales auxquelles la municipalité est confrontée. La source principale de sédiments provient du revêtement de la chaussée du chemin J.-E. Fortin (chemin non pavé, ceinturant la majorité du périmètre du lac). Les résultats démontrent, en effet, des concentrations pondérées par les niveaux d’eau presque deux fois plus élevées pour les sous-bassins versants (SBV) de faible pente et de faible superficie (SBV 7 et 17), attribuables à un impact plus important du lessivage du revêtement sur le ruissellement par rapport à celui provenant du cours d’eau forestier que pour les SBV ayant une superficie et une pente supérieures (SBV 15 et 24). Ces derniers SBV diluent davantage les apports en sédiments de la chaussée malgré un taux d’érosion du couvert forestier plus élevé, confirmant l’impact considérable du chemin sur ces concentrations pondérées. Un autre indice permet d’attester l’influence du ruissellement du revêtement sur la qualité de l’eau des affluents au lac, soit la comparaison entre les concentrations en matières en suspension (MES) (récoltées lors de l’événement du 8-9 août 2018) d’un point d’échantillonnage situé en amont de la chaussée et d’un autre situé en aval du chemin, considérant à la fois le ruissellement du chemin et celui du cours d’eau en forêt. Les résultats démontrent une augmentation de 48 % des concentrations pour le SBV 15 et de 117 % pour le SBV 17 entre les deux points d’échantillonnage. Les observations sur le terrain pendant les événements pluvieux témoignent également d’une forte turbidité provenant du drainage du chemin. Les solutions proposées ciblent le drainage du chemin J.-E. Fortin et la protection des pentes sensibles à l’érosion. Des solutions de gestion des eaux pluviales pourraient également être appliquées à l’ensemble du bassin versant, permettant de diminuer les débits de pointe des SBV critiques pouvant accentuer l’érosion des cours d’eau forestiers, de l’infrastructure routière et des affluents au lac.

Des mesures sismiques à faible profondeur ont été réalisées dans le cadre d’une étude hydrogéophysique en Outaouais pour investiguer le sous-sol. À cet effet, une approche intégrée qui regroupe plusieurs méthodes de traitement du signal sismique a été développée. Dans cette approche, l’ensemble des modes de propagation sismique est considéré en effectuant l’analyse conjointe des ondes de surface, des ondes réfractées critiquement et des ondes réfléchies de compression P et de cisaillement polarisées verticalement SV. Cette approche intégrée est beaucoup plus robuste que si chaque méthode était considérée séparément. Elle permet d’estimer la distribution spatiale des vitesses de propagation des ondes P et S de la sous-surface et d’obtenir des profils en réflexion qui permettent d’identifier les contacts stratigraphiques. Quatre études de cas dans la région de l’Outaouais sont présentées pour illustrer cette approche. Pour l’une de ces études à Buckingham, un essai de pénétration au piézocône sismique a été réalisé afin de valider les modèles de vitesse obtenus à partir de l’approche développée. Cette approche intégrée est applicable entre autres aux domaines de l’environnement, de la géotechnique, des risques naturels et de l’hydrogéologie.

En 2008, un programme d’acquisition des connaissances sur les eaux souterraines a été mis en œuvre dans la Province de Québec, au Canada. Ce programme, mis sur pied par le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MDDELCC), avait pour but d’acquérir les connaissances et les données nécessaires à la protection et à la gestion de la ressource en eau souterraine. Cependant, les acteurs régionaux de l’eau souterraine doivent être en mesure de comprendre et d’utiliser ces connaissances. L’étude a été menée sur le territoire de la région administrative de Chaudière-Appalaches (14 600 km²) afin de sonder les acteurs régionaux sur leurs capacités de gestion de la ressource en eau souterraine. Cette région avait auparavant bénéficié du programme d’acquisition des connaissances sur les eaux souterraines (PACES). Vingt-huit (28) répondants des municipalités régionales de comté, des organismes de bassins versants et des municipalités ont pris part à des entretiens semi-dirigés afin de discuter de leurs perceptions à propos de l’eau souterraine ainsi que leurs capacités de la gérer. Les résultats des entretiens démontrent que le niveau de connaissance sur les eaux souterraines a évolué depuis les dernières années. Cependant, les répondants ont clairement exprimé un besoin d’obtenir une activité de transfert des connaissances via un atlas simplifié des eaux souterraines, ainsi qu’un atelier collaboratif. De plus, les répondants ont également besoin d’une clarification sur les rôles de chacun dans la gestion et la protection de l’eau souterraine. L’atelier ACCES-CA a donc été présenté dans trois sous-régions pour démystifier les perceptions, les concepts et le vocabulaire, l’état de la ressource, les priorités régionales et la gouvernance. Les résultats de l’atelier démontrent que les différents exercices ont été utiles à la compréhension. Cependant, le thème de la gouvernance demeure un élément plus difficile à intégrer.
In 2008, in the Province of Quebec, Canada, a systematic groundwater resources assessment program was put in place by the provincial government with the objective to allow groundwater management and protection. However, regional groundwater stakeholders involved in management and protection must be able to understand and use such knowledge. This study was carried out in the region of Chaudière-Appalaches (14,600 km²), which was covered by the aquifer assessment program. Twenty-eight (28) respondents from regional county municipalities, watershed organizations and municipalities took part in one-on-one semi-directed interviews to talk about their perceptions of groundwater, and to assess the capability of water stakeholders to carry out groundwater resources management. Results showed that stakeholders’ general knowledge had evolved in the past years. However, respondents voiced the need for knowledge transfer through a simplified groundwater atlas and collaborative workshops. Besides knowledge transfer, respondents also need to have their roles in groundwater management better defined. The ACCES-CA workshop was conducted in three sub-regions where clarifications were given about groundwater perceptions, concepts and vocabulary, resource status, regional priorities, and governance. Results from the workshop demonstrate that all exercises were appreciated and useful to participants. However, the groundwater governance and management topic remains unclear for many, and clarifications concerning stakeholders’ roles in groundwater management will be required.