La série de conférences en hydrogéologie

RÉSUMÉ

La contamination agricole des aquifères par les nitrates a fait l’objet de nombreuses études scientifiques parce qu’elle représente un enjeu crucial de santé publique. En même temps, l’usage des fertilisants agricoles continue à progresser à l’échelle mondiale mettant notamment en péril la qualité des ressources en eau souterraine. Afin de réduire les risques de contamination des puits de pompage des aquifères, il faut notamment comprendre comment les nitrates cheminent de la surface du sol, lors de leur application, à la zone saturée des aquifères à nappe libre. En effet, en connaissant les mécanismes de transport des nitrates il est alors possible de prédire l’impact des modes d’application de ces fertilisants en se basant sur différents scénarios de fertilisation. L’objectif ultime d’une telle connaissance est d’améliorer les pratiques d’utilisation de ces fertilisants pour en limiter l’impact environnemental.

Le projet présenté lors de cette conférence illustre comment une étude de modélisation numérique basée sur des observations de terrain permet de réaliser de telle prédictions afin d’envisager des recommandations concrètes de pratiques de fertilisation moins polluantes. Il sera considéré l’exemple de l’aquifère transfrontalier de Abbotsford-Sumas situé entre la Colombie-Britannique et l’état de Washington. Cet aquifère possède un long historique de contamination par les nitrates. En dépit des efforts réalisés durant les dernières décennies pour limiter les impacts de cette contamination, les concentrations en nitrates dans l’aquifère restent très élevées, au dessus des normes acceptables. L’étude présentée tente d’expliquer ces échecs et apporte des recommandations aux agriculteurs quant aux taux maximum applicables de nitrate acceptables pour satisfaire un usage domestique des eaux souterraines.

RÉSUMÉ

La présentation dresse un portrait de l’approche Ontarienne pour les études régionales au niveau de la réglementation, suivi d’une discussion au sujet des difficultés de mise en œuvre de certaines des recommandations de l’étude. De même, au-delà des résultats de ces études, comment réussit-on à maximiser les bénéfices de toutes les parties impliquées dans la gestion de l’eau? Les défis sont nombreux et incluent entre autres le partage des données, l’interprétation des résultats, et la planification autour de l’aménagement du périmètre de protection des eaux; ce n’est pas simplement une ligne sur une carte!

RÉSUMÉ

Groundwater is a crucial life-sustaining resource that supplies water to ~2 billion people as well as playing a central role in irrigated agriculture and the health of many ecosystems. The goal of my research program is fundamental and applied research to enable sustainable groundwater use. Here I provide an overview of my multidisciplinary research program which examines fluid flow around geologic structures, mega-scale groundwater systems and groundwater sustainability. First, we examine groundwater flow around lineaments in the topographically-subdued Tay River watershed in the Canadian Shield of eastern Ontario where a thin veneer of soil overlies Precambrian crystalline rocks and Paleozoic sediments. Geomatic data was combined with numerical modelling and hydrogeological and structural geologic field work to show that lineaments can be watershed-scale barriers to groundwater flow, contrary to popular assumptions. 

Second, we examine permeability and water table type of mega-scale groundwater systems. Near-surface permeability is mapped globally by compiling existing hydrogeological models and lithology maps. Water table type is mapped for the contiguous United States using GIS data compilation, the new continental-scale permeability map and an analytical solution for water table type. Specific regions of the United States have broadly contiguous and characteristic water‐table types and water table ratio relates to water table depth and the potential for regional groundwater flow. 

Finally, we examine tools for groundwater sustainability at new temporal scales. We emphasize three sustainability approaches: setting multigenerational sustainability goals, backcasting, and managing adaptively. As most aquifer problems are long-term problems, we propose that multigenerational goals (50 to 100 years) for water quantity and quality that acknowledge the connections between groundwater, surface water, and ecosystems be set for many aquifers.

RÉSUMÉ

La restauration des parcs à résidus miniers du Québec est un défi technologique considérable et l’emploi d’outils tels que les modèles numériques d’écoulement souterrain peut permettre de mieux comprendre les problématiques et les solutions à y apporter. Le cas du parc à résidus miniers Manitou, situé en Abitibi est un bon exemple de l’utilisation d’un tel modèle. En effet, cet empilement de résidus possède des caractéristiques qui favorisent la génération d’eau acide qui lixivie des métaux lourds et contamine ainsi les cours d’eau environnants. Une partie de la solution retenue pour restaurer le site consiste à recouvrir l’ensemble du parc d’une couche de résidus non générateurs d’acide et qui proviennent d’une autre mine. L’un des objectifs de ce recouvrement est de faire remonter le niveau de la nappe d’eau souterraine de manière à diminuer la consommation d’oxygène des résidus miniers acidogènes. L’utilisation d’un modèle d’écoulement a ainsi été prévue de façon à comprendre les mécanismes d’écoulement d’eau souterraine et pour aider à la conception du recouvrement en évaluant la remontée de la nappe.

Les étapes de construction du modèle sont d’abord l’élaboration d’une base de données provenant de forages, d’essais, de mesures de niveaux d’eau, de tranchées et d’affleurement rocheux. L’ensemble des travaux de terrain ayant été réalisés par le passé au cours de divers mandats. La seconde étape a consisté à créer par interpolation des couches représentant l’interface entre les unités identifiées, puis à superposer ces couches les unes au-dessus-des autres et enfin de représenter ces couches avec des profils géologiques 2D. Une fois que le modèle conceptuel a été considéré satisfaisant, un modèle numérique d’écoulement souterrain a été élaboré dans l’interface Visual MODFLOW. Ce modèle reprend les couches du modèle conceptuel, considère différentes zones de propriétés hydrogéologiques correspondant aux moyennes géométriques des données disponibles, assigne des conditions limites correspondant à l’infiltration des précipitations et au drainage de surface, ainsi qu’aux extensions latérales du domaine modélisé.

Une fois le modèle construit, il a été calibré en régime permanent sur des observations effectuées par le passé, puis la sensibilité des différents paramètres du modèle a été vérifiée. Une fois calibré, le modèle a été utilisé avec l’ajout d’une couche additionnelle correspondant au recouvrement par des résidus non acidogènes, selon trois variantes de conception possible. En examinant la surface de résidus générateurs d’acide recouverte par la remontée projetée de la nappe selon ces variantes, il a ainsi été possible d’identifier la solution permettant la plus grande couverture possible. Bien qu’il soit difficile de prédire de façon absolue la remontée de la nappe d’eau souterraine, l’utilisation du modèle a permis d’aider à choisir le mode de déposition à utiliser, en plus d’illustrer et de comprendre l’écoulement souterrain sur ce site.