La série de conférences en hydrogéologie

RÉSUMÉ

L’objectif de cette étude (étude E3-10 du plan de réalisation l’étude environnementale stratégique sur les gaz de shale) est d’identifier et d’évaluer les problématiques environnementales reliées à la migration du méthane et des fluides de fracturation en relation avec les activités de fracturation hydraulique dans les Basses-Terres du Saint-Laurent. Plus particulièrement, cette étude visait à identifier et analyser les mécanismes de migration de ces fluides vers les aquifères superficiels d’eau douce potentiellement utilisés comme source d’approvisionnement en eau potable.

Dans un premier temps, une synthèse et une analyse des problématiques environnementales rapportées dans la littérature est présentée. De façon générale, les problématiques environnementales peuvent être attribuées à la conception des puits ainsi qu’aux activités de fracturation hydraulique.

Dans un deuxième temps, les résultats de simulation numérique reliés à la problématique de la cimentation des puits seront présentés. Le modèle retenu pour les simulations est DuMux, un simulateur d'écoulement multiphase multi-constituant et de transport en milieu poreux basé sur la méthode des éléments finis et des volumes de contrôle. Afin de rendre le modèle applicable à cette étude, un système de fluide a été défini afin d’inclure les propriétés du méthane, de la saumure ainsi que du mélange entre ces fluides.

Dans ce scénario, un puits vertical de 1000 m de profondeur recoupe une séquence géologique composée du Shale d’Utica (200 m), du Groupe de Lorraine (750 m) et de dépôts meubles (50 m) qui constituent un aquifère superficiel à nappe libre. Les résultats de simulation suggèrent que la présence d’un ciment frais de bonne qualité et bien installé dans la section annulaire du puits compris entre la formation géologique et le coffrage ne pose pas de problématique de fuites du gaz à long terme. Toutefois, une mauvaise mise en place du ciment ou bien sa dégradation à long terme pourrait donner lieu à des fuites notables de méthane dans les aquifères superficiels. Dans le pire des cas simulés, les fuites de méthane vers les aquifères superficiels sont de l’ordre de 1000 m3/an, 10 ans après l’abandon du puits. Les résultats de simulation montrent que selon la qualité de l’endommagement du ciment, des fuites de gaz pourraient survenir dans une période comprise entre quelques années à près de 200 ans. C’est donc dire que certaines fuites pourraient être détectées seulement plusieurs années suivant à la fermeture du puits.

RÉSUMÉ :

Il y a près de vingt-cinq ans, la municipalité de L’Ascension-de-Notre-Seigneur a initié l’exploitation d’un aquifère sableux peu profond et comportant une prédominance d’horizons silteux à argileux en profondeur. Un premier puits de captage a alors été aménagé et testé en bordure d’un ruisseau (ruisseau Langlais), dans un secteur boisé et isolé du bassin sédimentaire du lac St-Jean, au nord de l’agglomération municipale et du lac St-Jean. L’eau testée s’est avérée d’excellente qualité, exception faite de teneurs élevées en métaux près de la base de l’aquifère (fer et manganèse). Pour tenter de contourner le problème de pompage d’eaux riches en métaux, un second puits d’essai a alors été construit et testé en plaçant une crépine dans la partie supérieure de l’aquifère avec une chambre de pompage sous-jacente. Les résultats positifs de l’essai ont alors mené à la recommandation de construire deux autres puits de captage similaires, à proximité du puits testé et ce, sans une compréhension du contexte hydrogéologique et  hydrogéochimique (architecture et anisotropies des horizons de sols et variabilité spatiale des teneurs en métaux).

Jusqu’en 2005, la municipalité a fait face à des contraintes d’exploitation de ses puits, notamment en raison de la différence de taux de productivité des ouvrages. Une première évaluation par les auteurs de cette présentation a permis de constater la présence de taux très variables de fer et manganèse dans les puits de la municipalité, malgré la proximité et l’élévation similaire des éléments crépinés des puits. L’évaluation a aussi permis d’identifier d’autres problèmes associés à cette condition hydrogéochimique, à la suite de cycles répétés de pompage intensif et de rabattements des niveaux d’eau près du toit des crépines. Les principaux problèmes connus à cet égard sont l’oxydation et la précipitation de substances métalliques dans les ouvertures des crépines, leur colmatage, une réduction de la productivité des puits et des investissements accrus pour l’entretien et l’exploitation des captages (réhabilitation et suivi des débits et des rabattements).

Vers 2008, un projet de recherche en eau a été réalisé à proximité du site de captage existant, pour tenter de solutionner ces problèmes et évaluer la possibilité d’accroître la production d’eau potable afin de combler les besoins en eau de la municipalité voisine de St-Henri-de-Taillon. Une approche par étapes orientée vers la compréhension de l’histoire géologique a permis d’identifier et de développer un site de captage de haute productivité et d’une qualité exceptionnelle. Plusieurs types d’interventions ont alors été proposés et mis en oeuvre dont des relevés au piézocône. La conférence présente le contexte, les principaux problèmes, résultats et contraintes rencontrés, les conclusions et les succès du projet ainsi qu’un modèle schématique régional permettant de les comprendre.

MCELLHINEY LECTURER

How will your groundwater resources fare in the future and how will that affect your work? How can we ensure the sustainability of our aquifers through sound science? How should groundwater contractors and scientists confront economic and political challenges affecting the resource? How is 'sustainability' defined and what tools and strategies can be used to protect groundwater systems as well as those who obtain and develop it? What information must be gathered and compiled to build consensus and present a compelling case to regulators and policymakers?