Le Lac Wabush est un lac constamment influencé par un courant hyperpycnal créé par la décharge de résidus miniers. À l'aide de multiples levés bathymétriques, de données de sismique réflexion ainsi que de données provenant de campagnes d'échantillonnage des sédiments, l'évolution temporelle du Lac Wabush est décrite. L'analyse de ces données a entre autre permis de démontrer l'importance, pour le transport des sédiments, des chenaux sous-marins à la tête desquels une rupture de pente (knickpoint) est présente. L'analyse de plusieurs levés consécutifs permet de retracer l'évolution de ces knickpoints : ils montrent une migration vers l'amont, laquelle serait responsable de la formation de chenaux sous-marins. Les knickpoints sont habituellement décrits comme étant le résultat de forçage tectonique ou d'un changement de niveau de base local. Le contexte du Lac Wabush n'étant pas affecté par ces forçages, les processus responsables de la formation des chenaux, i.e. les knickpoints, ont été étudiés à l'aide d'un modèle physique du lac Wabush. Nos expériences permettent d'expliquer que la raison principale conduisant au développement des knickpoints et des chenaux provient d'un déséquilibre entre l'angle des lits frontaux du delta et l'angle de déposition du courant de turbidité coulant sur ces lits frontaux. Tel que décrit dans la littérature, la migration des knickpoints peut s'expliquer de manière hydraulique par l'érosion via un courant de turbidité. Par contre, nos expériences ont démontré que cette migration pouvait aussi être contrôlée par des instabilités géotechniques. Partant de ce constat, une étude de stabilité de certains knickpoints présents au Lac Wabush a été effectuée, laquelle a permis de démontrer que les glissements de terrain peuvent aussi contrôler, sous certaines conditions, la migration des knickpoints dans un environnement réel. Au lac Wabush, le haut taux de sédimentation, la faible perméabilité des résidus ainsi que la déposition dans un état lâche des résidus dans le lac sont des facteurs pouvant conduire à la liquéfaction statique de ces matériaux, engendrant un recul des knickpoints. En conclusion, il a été démontré que la migration des knickpoints, soit le mode de formation des chenaux sous-marins au Lac Wabush, est donc un phénomène autant hydraulique que géotechnique.

Évaluer le potentiel géothermique d’une mine inondée est une tâche complexe qui nécessite la réalisation d’un test hydraulique et la modélisation de l’écoulement de l’eau souterraine à travers un réservoir non conventionnel. Cette tâche peut être efficacement complétée en réutilisant les anciennes infrastructures minières. Lors de cette étude, un puits de ventilation débouchant dans les galeries souterraines a été converti en ouvrage de captage d’eau profond. L’ancien puits de ventilation 1100 des Mines Gaspé à Murdochville au Canada a été utilisé pour effectuer un essai de pompage durant 3 semaines à un débit moyen de 0.062 m3/s. L’objectif principal des travaux encourus était d’évaluer le potentiel géothermique du site minier. Lors de l’essai, moins de 3,65 m de rabattement ont été observés et la température moyenne de l’eau pompée a été de 6,7 °C. Le comportement de la nappe souterraine durant l’essai a été reproduit à l’aide d’un modèle d’éléments finis tridimensionnel simulant l’écoulement de l’eau à travers les galeries. Les prédictions du modèle ainsi qu’un bilan énergétique simplifié suggèrent que le taux d’extraction d’énergie durable est atteint à un débit de pompage de 0.049 m3/s, ce qui indique un potentiel géothermique de 765 kW. Cette énergie pourrait être extraite à l’aide de pompes à chaleur géothermiques afin de chauffer les bâtiments du parc industriel de Murdochville. / Assessing the low-temperature geothermal potential of a flooded mine site is a complex task involving hydraulic testing and modelling of an unusual man-made reservoir. It can be achieved efficiently taking advantages of the former mine infrastructures such as mining shaft that provided here a deep well directly connected to the mine workings. The former mining shaft P1100 of the flooded Gaspé Mines near Murdochville, Canada, was used to perform a pumping test during a study with the objective of assessing the geothermal potential of the mine site. Water was pumped during 3 weeks at a rate averaging 0.062 m3/s with a mean recovery temperature equal to 6.7 °C and less than 3.65 m drawdown was observed. The hydraulic response of the pumping test was reproduced with a threedimensional finite element model that simulates groundwater flow through the mine workings. Model predictions and a simplified energy balance calculation suggested that the sustainable energy extraction rate is attained at a pumping rate of 0.049 m3/s which yield a geothermal potential of 765 kW. This energy could be extracted with geothermal heat pumps used for space heating at Murdochville industrial park.

Dans le cadre de la présente étude, un modèle géothermique tridimensionnel du pergélisol a été développé pour la toute première fois à l’échelle locale d’un village nordique afin d’évaluer les impacts des changements climatiques sur le pergélisol. Ce village est celui de Salluit au Québec nordique dans la zone de pergélisol continu. La majeure partie des infrastructures de ce village sont fondées sur un pergélisol salin riche en glace vulnérable aux changements climatiques. Le code numérique d’HydroGeoSphere a été modifié pour simuler la transmission de la chaleur par conduction avec changement de phase et tenir compte de la variation des propriétés thermiques du sol avec la température. Différents scénarios de changements climatiques lors du prochain siècle ont été utilisés pour alimenter le modèle géothermique. La variabilité spatiale du régime thermique du pergélisol simulée à l’échelle d’un village nordique est majeure lorsque l’hétérogénéité des dépôts, leur contenu en glace et les différentes conditions de surface observées sur le terrain sont considérés dans une modélisation numérique tridimensionnelle. L’influence des flux de chaleur latéraux dans cette modélisation produit des résultats qui sont dans certains cas significativement différents de ceux simulés au moyen d’un modèle unidimensionnel, particulièrement pour les sols sous d’importantes congères. Selon les scénarios de changements climatiques jugés pessimistes pour le maintien du pergélisol, un talik permanent se formera à partir de la seconde moitié du 21ième siècle sous les congères, en bordure d’un remblai routier où la neige et l’eau de fonte s’accumule à la surface d’un sol mal drainé et dans l’argile saline du secteur nord-est du village de Salluit. L’épaisseur maximale du talik à la fin du 21ième siècle varie entre 1,3 et 19,3 m respectivement dans l’argile et le roc sous les congères, alors qu’elle est de 2,8 m dans l’argile saline du secteur nord-est. Seuls les tills et le roc recouverts par d’importantes congères seront affectés par la présence d’un talik à la toute fin du 21ième siècle advenant un réchauffement climatique optimiste. Une dégradation plus importante du pergélisol sous les remblais routiers que pour un même sol en terrain naturel sous un couvert nival mince est à prévoir selon les scénarios climatiques pessimistes. Les infrastructures contruites sur des remblais seront potentiellement affectées par des tassements différentiels.

Une nouvelle approche de modélisation des milieux géologiques fracturés représentés par un modèle conceptuel de fractures discrètes et déterministes est présentée dans cette thèse. L'objectif principal de l'étude est de reproduire l'hétérogénéité et la complexité des milieux poreux fracturés dans un modèle géométrique tridimensionnel afin d'effectuer des simulations numériques dans le but d'améliorer les capacités de modélisation en hydrogéologie. Ceci est réalisé à travers le couplage entre une plateforme de modélisation géologique (GOCAD) et un code numérique (HydroGeoSphere). Les principaux défis à relever sont: la représentation géométrique du réseau de fractures, la sélection d'un maillage approprié pour la discrétisation spatiale du domaine de simulation et l'adaptation du code numérique à ce maillage. La nouvelle approche est basée sur une première phase de modélisation géologique 3D, suivie par la génération d'un maillage tétraédrique 3D et par la simulation numérique de l'écoulement souterrain en conditions saturées et du transport de solutés. En général, le maillage tétraédrique s'avère plus adéquat que les maillages de blocs ou de prismes pour discrétiser les geometries complexes telles que les milieux fracturés. De plus, une définition alternative du maillage "dual", qui est essentiel pour appliquer la méthode numérique élément finis - volume de contrôle utilisée par HydroGeoSphere, est analysée et intégrée dans le code numérique. Le code numérique proposé est d'abord vérifié par l'intermédiaire de simples scénarios de simulation dont les solutions, analytiques et numériques, sont déjà connues. La complexité des simulations est augmentée de façon graduelle. L'approche de modélisation est finalement appliquée au site Olkiluoto (Finlande) où un laboratoire de recherche souterrain est en construction afin d'évaluer la faisabilité du stockage géologique profond de déchets nucléaires à haute activité. Les techniques de modélisation géologique mises au point permettent de modéliser facilement la géométrie des fractures identifiées à travers la caractérisation géologique in situ. De plus, le modèle numérique s'avère adéquat pour la simulation de l'écoulement et du transport de solutés dans ce site complexe. Ce travail de recherche présente une contribution au développement des techniques de modélisation hydrogéologique des milieux fracturés.

Une géomorphologie complexe avec d'importantes structures de mouvements de masse sous-marins a été mise en évidence lors de levés géophysiques dans l'estuaire du St-Laurent entre Betsiamites et Rimouski, Québec. Cette étude présente une description morpho-sédimentologique du secteur, une analyse spatio-temporelle des mouvements de masse et finalement une chronologie proposant l'âge pour certaines des ruptures de pente répertoriées. Les structures observées sont associées à au moins quatre épisodes de mouvement de masse. Un premier mouvement de masse paraglaciaire daterait de 9 ka BP. Un second aurait causé de larges couloirs de glissement sur le plateau ainsi qu'un cône de sédiments dans le Chenal laurentien et daterait de 7.25 ka cal BP. Un troisième événement plus récent aurait été causé par le séisme de 1663 AD (M~7) et serait associé au glissement subaérien identifié sur la côte. Finalement une dernière coulée daterait de l'an 1860 AD ou 1870 AD.

L'implication des émissions de dioxyde de carbone (CO2) anthropiques dans les changements climatiques est aujourd'hui admise et des solutions émergent pour lutter contre l'accumulation de CO2. La minéralisation du carbone, qui permet de séquestrer le CO2 sous forme de carbonates, stables à l'échelle géologique, est une des options envisagées. Parmi les voies de minéralisation du carbone envisagées, la minéralisation passive des résidus miniers ultramafiques permettrait de compenser les émissions en CO2 d'une exploitation minière. Toutefois, les impacts sur la qualité des eaux de lixiviation et l'évolution de la capacité de séquestration en conditions naturelles, à moyenne et grande échelle, sont peu documentés. La compagnie RNC Minerals a pour objectif d'exploiter un gisement de nickel situé dans le Nord-Ouest de la province du Québec. L'exploitation du Projet Dumont Nickel (PDN) aboutirait à la production d'environ 1,7 Gt de résidus miniers ultramafiques. Les différents facteurs qui influencent la capacité de séquestration des résidus du PDN ont été étudiés en laboratoire, à des teneurs en CO2 variables. Dans cette étude, les processus de la minéralisation passive dans les résidus du PDN, sont décrits et la capacité de séquestration en CO2 atmosphérique est estimée à moyenne échelle, en conditions naturelles. Pour étudier les impacts de l'altération météorique des résidus miniers du PDN, deux cellules expérimentales ont été construites et instrumentées. La première EC-1, contient les résidus ultramafiques, qualifiés de stériles (Waste-rock) et la seconde EC-2 a été remplie avec les résidus d'usinage (Tailings). Les propriétés hydrogéologiques et la surface spécifique des résidus des deux cellules sont différentes alors que la minéralogie est similaire. Les résidus sont composés principalement d'antigorite, de lizardite, de chrysotile, de brucite, de magnetite et de chlorite. Entre 2011 et 2015, l'évolution de la concentration en CO2, de la minéralogie, et de la composition chimique des lixiviats ont été enregistrées. Le suivi des concentrations en CO2 permet d'observer une diminution de la concentration en CO2 de la surface (~390 ppmv) vers le fond des parcelles (~100 ppmv). Dans le même temps, la teneur en carbone dans les résidus altérés a augmenté et les analyses minéralogiques révèlent la présence de plusieurs carbonates de magnésium comme l'hydromagnésite. Ces données suggèrent que les résidus séquestrent du CO2 passivement. Dans les cellules expérimentales le CO2 peut provenir de 3 sources : (1) l'atmosphère, (2) la dégradation de la matière organique, et (3) la dissolution des carbonates. Les compositions isotopiques du CO2(g), et des carbonates néoformés ont été mesurées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence que la dissolution du CO2(g) dans l'eau interstitielle limite la capacité de séquestration et que le CO2 atmosphérique est la source du CO2 séquestré. Malgré les différences entre les deux cellules expérimentales les même processus contrôlent la séquestration du CO2. Un modèle conceptuel de la réaction de minéralisation du carbone, comprenant l'évolution de la composition isotopique, est proposé. Les lixiviats, récoltés aux bas des cellules expérimentales entre mai et novembre depuis 2011 sont caractérisés par un pH alcalin (~9,5), une alcalinité élevée (~90 à ~750 mg/L) et une forte concentration en magnésium (~50 à ~750 mg/L). Cette composition est en accord avec l'altération des résidus ultramafiques en milieu ouvert au CO2. Depuis 2012, la composition chimique des lixiviats évolue en fonction des saisons. Ces variations saisonnières sont expliquées par : (1) les variations climatiques au cours d'une année et (2) l'augmentation de la précipitation de carbonate entre mai et juillet. La diminution saisonnière de l'alcalinité et de la concentration en magnésium, provoqué par l'augmentation de la précipitation de carbonates, induit une sous-saturation des minéraux carbonatés ce qui limite la capacité de séquestration en CO2. Un taux de séquestration en CO2 atmosphérique de 1,4 (+/- 0.3) kg CO2/tonne/an a été mesuré dans les résidus de concentrateur (EC-2). À l'échelle de l'exploitation minière, les résidus de concentrateur permettraient la séquestration de 21 kt de CO2 atmosphérique par an ce qui correspond à un quart des émissions annuelles de la future mine. Le modèle MIN3P, qui permet de simuler le transport réactif multi composants et multiphasiques dans un milieu poreux insaturé, a été utilisé pour simuler en 1D la réaction de minéralisation au centre de la cellule EC-2. L'ensemble des données récoltées a été utilisé pour calibrer le modèle. Toutefois, aucune des simulations n’a permis de reproduire l'évolution de la géochimie des lixiviats et la concentration en CO2 observés. Plusieurs simplifications du modèle conceptuel pourraient expliquer les différences avec les données observées. / The implication of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions in climate change is now widely accepted and solutions are emerging in order to limit the accumulation of CO2. Carbon mineralization, which allows the sequestration of CO2 through carbonate precipitation, stable minerals over geological time scales, is one of the options considered. Among the proposed carbon mineralization pathways, passive carbon mineralization in ultramafic mining residues can potentially lead to developing carbon-neutral mines. However, the impacts on leachate water quality and evolution of sequestration capacity in natural conditions, on medium and large scales, are still poorly documented. RNC Minerals plans to mine a nickel deposit located in the northwestern part of Quebec. The operation at the Dumont Nickel Project (DNP) would produce approximately 1.7 Gt of ultramafic mining residues. Several factors which influence the carbon sequestration capacity of the DNP residues have been studied in the laboratory, at variable CO2 concentrations. In this study, the processes of passive carbon mineralization in the DNP mining residues are described and the atmospheric CO2 sequestration capacity is estimated, at the experimental cell scale, under natural conditions. In order to study the impacts of meteoric weathering of the DNP residues, two experimental cells were built and instrumented. The first cell EC-1, contains the ultramafic waste rock, and the second EC-2, was filled with milling residues (Tailings). The hydrogeological properties and surface area of the residues contained in the two cells are different whereas the mineralogy is similar. The main minerals in the residues are chrysotile, lizardite, brucite, chlorite and magnetite. Between 2011 and 2015, changes in CO2 concentrations, mineralogy, and chemical composition of leachate waters were recorded. Monitoring of CO2 concentrations showed a decrease in CO2 concentration from the surface (~ 390 ppmv) to the bottom of the cells (~ 100 ppmv). At the same time, the carbon content in the weathered residues increased and the mineralogical analyses revealed precipitation of several magnesium carbonates such as hydromagnesite. These observations indicate that passive mineral carbonation of the mining residues is occurring within the experimental cells, for which three potential sources of CO2 can be identified : (1) the atmosphere, (2) the CO2(g) produced from organic matter oxydation, and (3) CO2(g) produced from carbonate dissolution. The isotopic compositions of CO2(g) and newly formed carbonates were measured. Using these isotopic compositions it was possible to demonstrate that dissolution of CO2(g) in interstitial water limits the sequestration capacity and that atmospheric CO2 is the main source of the CO2 sequestered. Despite the differences between the two experimental cells the same processes control CO2 sequestration. A conceptual model of the carbon mineralization reactions, including evolution of the isotopic compositions, is proposed. The leachate water sampled at the bottom of the experimental cells, between May and November since 2011, is characterized by an alkaline pH (~9.5), a high alkalinity (~90 to ~750 mg/L CaCO3) and a high concentration of magnesium (~50 at ~750 mg/L). This composition is consistent with weathering of ultramafic rocks in a system open to CO2. Since 2012, the chemical composition of the leachate water was evolved seasonnaly. These seasonal variations are explained by: (1) recharge and temeprature variations over the year and (2) increased carbonate precipitation between May and July. The seasonal decrease of alkalinity and magnesium concentrations, caused by increased carbonate precipitation, induces undersaturation of carbonate minerals. Therefore carbonate precipitation self-limits carbon sequestration through a negative feed-back loop. Since 2011, an estimated 13 kg of atmospheric CO2 was sequestered in the milling residues from EC-2, which corresponds to a mean rate of 1,4 (+/- 0.3) kgCO2/tonne/year. Using this mean rate, during the mining operation the milling residues will sequester about 21 kt of atmospheric CO2 each year, which will represents one quarter of the 127,700 tonnes of CO2 emitted. Using MIN3P, a numerical model which allow to simulate multi-component and multiphase reactive transport in unsaturated porous media, the carbon mineralization reactions were simulated in 1D at the center of cell EC-2. The data collected during the 4 years of monitoring were used to calibrate the numerical model. However, none of the simulations allowed to reproduce the evolution of the leachate water geochemistry and the CO2 concentrations observed in the experimental cell. Several simplifications of the conceptual model could explain the differences with the observed data.

La ville de Québec s’approvisionne en grande partie (57 %) en eau potable au sein du bassin versant de la rivière Saint-Charles. La majeure partie est directement prélevée dans la rivière Saint-Charles et une moindre partie est prélevée par des puits municipaux ou des puits privés qui constituent souvent le seul moyen d’approvisionnement. Les changements climatiques anticipés et le développement urbain de la ville de Québec pourraient avoir un impact important sur cette ressource en eau. Dans le but d’estimer l’impact des changements climatiques et du développement urbain sur la ressource en eau du bassin versant de la rivière Saint-Charles, un modèle numérique du bassin versant couplant les écoulements de surface et souterrains ainsi que l’évapotranspiration a été réalisé avec HydroGeoSphere (HGS). La première étape de la méthodologie est de caler un modèle sur l’état actuel (période 1971-2000). La seconde étape consiste à appliquer au modèle calé de nouvelles conditions représentant l’état futur du climat et le développement urbain afin de pouvoir comparer ces résultats avec l’état actuel. Les nouvelles conditions limites représentant l’état futur sont obtenues en mettant à l’échelle, avec la méthode des « deltas », les projections climatiques faites par des modèles de circulation générale (MCG) pour la période 2071-2100 et différents scénarios de développement urbain pour la période 2080 ont été réalisés. Les résultats montrent que durant les hivers plus chauds, les hauteurs d’eau (eau de fonte et précipitations pluvieuses) pourraient être entre 4 et 7,5 fois plus importantes selon les scénarios et qu’en période estivale l’évapotranspiration réelle augmenterait entre 15 % et 25 %. On observerait alors des débits hivernaux entre 2 et 3 fois supérieurs à ceux actuels, des crues printanières plus précoces (entre 10 et 30 jours) et des débits estivaux diminués de 10 % à 25 %. Les niveaux piézométriques hivernaux devraient être sensiblement plus élevés qu’actuellement surtout dans le roc sur les hauts topographiques où l'on observe des augmentations pouvant dépasser les 15 m. En période estivale, on observe une diminution des niveaux piézométriques localisée sur les hauts topographiques, mais également sur les aquifères granulaires au sud. On constate également que les effets du développement urbains sont beaucoup moins importants que ceux induits par les changements climatiques. Le principal effet est d’augmenter légèrement les débits hivernaux (max +0.6 m3/s). / The main part (57%) of Quebec City drinking water comes from the Saint-Charles River watershed. Most of this water is pumped directly from the river but a significant volume of groundwater is also supplied from municipal and private wells in bedrock and granular aquifers. The anticipated climate change and the probable urban area development of Quebec City could have an important impact on these water resources. To assess and quantify the impact of climate change and urban development on water resources of the Saint-Charles River watershed, a 3D numerical model was developed. This numerical model simulates surface water and groundwater flow dynamics for the catchment, using the physically-based, fully integrated, variably-saturated 3-D surface-subsurface simulator HydroGeoSphere (HGS). The first step of the methodology was to build and calibrate the model under current climate conditions (1971-2000). The second step was to identify climate projections from general circulation models (GCMs) with different emission scenarios and to downscale their output (with the “delta change” method) to the catchment scale, as well as to propose urbanisation scenarios. Using the calibrated model as a starting point, the output of the GCMs and urbanisation scenarios were then used as boundary conditions in the numerical model for predictive simulations. Results show that, compared to current conditions, the amount of water (snowmelt water and rainfall) could be about 4 to 7 times greater during warmer winters, according to different emission scenarios, and evapotranspiration could increase by about 15 % to 25 % during warmer summers. These changes could increase winter stream flows by a factor of 2 to 3, and lead to earlier occurrence of snowmelt floods during springs, (by 10 to 30 days), and a reduction of 10 % to 25 % of summer stream flows. In winter, hydraulic heads would dramatically increase, by more than 15 m, mainly in the high-elevation areas and, in summer, hydraulic heads would decrease in the high-elevation areas as well as in the low-elevation areas for the granular aquifers. The simulated effects of urban development on hydraulic heads and stream flows are lower than those induced by climate change. The main effect of planned urban development is an increase (max +0.6 m3/s) of monthly mean stream flow during winter.

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.

Ce mémoire présente les résultats d’une étude pétrographique et métallogénique d’indices de Ni-Cu de la Suite Plutonique de De La Blache (SPDLB). Située dans la partie est de la Province de Grenville et datée à 1327 Ma, la SPDLB s’est mise en place durant l’Elsonien moyen. Elle consiste en un coeur anorthositique à leucotroctolitique, et une bordure (gabbro)noritique (±Ol) à ultramafique. Les indices étudiés peuvent être subdivisés en deux groupes: les indices Outardes-4 sud, Boudrias-Est/Doyon et de la Buse, encaissés dans des roches ultramafiques; et l’indice Thibault encaissé dans des leucotroctolites. Les données géochimiques suggèrent que les indices proviendraient de magmas distincts. Les concentrations en Se, S et les valeurs δ34S montrent une composante crustale importante, liée à une contamination par les gneiss encaissants. Les dépôts de Ni-Cu se seraient formés dans les unités (ultra)mafiques produites par cristallisation fractionnée, selon le modèle classique de mise en place de dépôts de sulfures magmatiques. Le faible potentiel économique des indices étudiés peut s’expliquer par l’absence de certains facteurs clés généralement présents dans les dépôts de Ni-Cu-ÉGP magmatiques de classe mondiale. / This master thesis is a petrographic and metallogenic study of Ni-Cu prospects associated with the De La Blache Plutonic Suite (DLBPS), in the eastern part of the Grenville Province. Dated at 1327 Ma, the DLBPS intruded during the middle Elsonian. It consists of an anorthositic to leucotroctolitic core, and a (gabbro)noritic(±Ol) to ultramafic border. The studied prospects can be subdivided in two groups: the Outardes-4 South, Boudrias- Est/Doyon and Buse prospects, hosted in ultramafic rocks; and the Thibault prospect, hosted in leucotroctolites. Geochemical data suggests that the different prospects originated from distinct magmas. Se and S concentrations, as well as δ34S values show an important crustal component, related to contamination by the country-rock gneisses. The Ni-Cu deposits formed in the (ultra)mafic units produced by fractional crystallization, as in the classical sulfide magmatic deposits genesis model. The weak economic importance of the studied prospects can be explained by the absence of key factors generally present in worldclass Ni-Cu-PGE magmatic deposits.

La propriété Lac Trieste comprend des formations de fer intercalées avec des paragneiss du Complexe de Laguiche, déformées et métamorphisées au faciès des amphibolites. La minéralisation aurifère se trouve dans des blocs erratiques de formations de fer métamorphisées. Les affleurements et les blocs de formations de fer comportent des bandes d’hédenbergite-grenat-hornblende et d’arsénopyrite-löllingite-pyrrhotite disséminées alternant avec des bandes de quartz. Les arséniures, plus abondants dans les blocs, sont caractérisés par des grains d’arsénopyrite (dénotée Apy2) avec un centre de löllingite comportant des inclusions d’arsénopyrite (Apy1). La löllingite se forme par remplacement de Apy1 (0,02 à 3,5 ppm Au) durant le métamorphisme prograde à plus de 700 °C, où l’or est enrichi dans la structure de la löllingite (0,1 à 12,4 ppm Au). L’or natif précipite au contact löllingite-arsénopyrite durant le remplacement de la löllingite par Apy2 appauvrie en or (0,0002 à 0,2 ppm Au) au cours du métamorphisme rétrograde entre 420 °C et 560 °C. La pétrologie et la géochimie indiquent que la source des blocs est locale. / The Lac Trieste mineral property is underlain by iron formations intercalated with paragneiss of the Laguiche Group, deformed and metamorphosed to amphibolite-facies and deformed. Gold mineralization is hosted in boulders of banded iron-formations. Outcrops and boulders of iron-formations comprise bands of hedenbergite-garnet-hornblende with disseminated loellingite-arsenopyrite-pyrrhotite alternating with bands of quartz. Arsenides, more abundant in the boulders, are characterized by grains of arsenopyrite (Apy2) with a core of loellingite comprising inclusions of arsenopyrite (Apy1). Loellingite formed by replacement of gold-bearing Apy1 (0.02 to 3.5 ppm Au) during prograde metamorphism above 700 °C, where gold is enriched within the structure of loellingite (0.1 to 12.4 ppm Au). Native gold formed at arsenopyrite-loellingite grain boundaries during replacement of loellingite by Apy2 depleted in gold (0.0002 to 0.2 ppm Au) during retrograde metamorphism between 420 °C and 560 °C. Petrology and geochemistry indicate that the origin of the boulders is local.