Numerical modeling and isotopic evidence of upwelling and mixing of deep, old groundwater with shallow fresh groundwater within the Grenville Province of the Canadian Shield
Ngombe, O.G.D., Walter, J., Molson, J. et Chesnaux, R.
2025
À retenir
Dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean, certaines eaux souterraines peu profondes sont très salées, ce qui pose problème pour l’approvisionnement en eau potable. Un puits a même révélé une eau extrêmement minéralisée, avec 30 g de sels par litre. Pour comprendre cette anomalie, des chercheurs ont utilisé des modèles numériques et des analyses isotopiques. Les résultats montrent que ces eaux salées proviennent d’un mélange entre des eaux douces récentes et des saumures très anciennes, piégées dans le Bouclier canadien depuis des centaines de millions d’années. Ces saumures peuvent remonter vers la surface par des failles géologiques, surtout dans le graben du Saguenay, qui agit comme une voie préférentielle. Cette découverte explique pourquoi certaines nappes peu profondes sont salées et souligne l’importance des structures géologiques dans la circulation des eaux souterraines.
Résumé
Les eaux souterraines saumâtres peu profondes constituent un problème important pour l’approvisionnement en eau de la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean, de la province de Grenville au Canada. Un échantillon, prélevé dans un puits de 45 m de profondeur en 2023, a présenté une valeur de solides totaux dissous d’environ 30 g/l, ce qui représente l’eau souterraine la plus minéralisée trouvée dans la région. Pour expliquer cette anomalie, des simulations numériques bidimensionnelles de l’écoulement des eaux souterraines et du transport advectif-dispersif, ainsi que des analyses isotopiques, ont été réalisées. Le rôle des failles du graben du Saguenay dans la migration des saumures profondes vers la surface a également été étudié. Les isotopes stables de la molécule d’eau et les rapports isotopiques du strontium suggèrent que les eaux souterraines saumâtres provenant du substratum rocheux fracturé de la région correspondent à un mélange d’eau météorique et de saumures profondes provenant du bouclier précambrien, qui a connu une interaction eau-roche importante sur des échelles de temps géologiques. Les modèles numériques ont démontré que les eaux souterraines profondes anciennes pouvaient remonter vers la surface au sein d’un système hydrogéologique régional. Les résultats soulignent que, dans les conditions aux limites imposées, les gradients hydrauliques verticaux peuvent soutenir ce flux ascendant. Toutefois, l’écoulement régional est moins important que les systèmes d’écoulements locaux qui diluent la saumure ascendante. Les âges simulés des eaux souterraines profondes, de l’ordre de centaines de millions d’années, sont similaires à l’âge des saumures profondes de bouclier précambrien identifiées ailleurs dans le Bouclier Canadien. Les tests paramétriques suggèrent que les failles du graben facilitent la remontée des eaux en agissant comme des voies préférentielles pour les eaux profondes et anciennes. Ces résultats permettent d’expliquer la présence d’eaux souterraines saumâtres peu profondes par un mélange entre eaux douces peu profondes et eaux souterraines anciennes.
mots clés:
Groundwater modeling, Groundwater age, Fault-conduit flow