Ce travail contribue à l'étude stratigraphique , tectonique et hydrogéologique de l'anticlinal de Bouvante .

La carte d'hydrogéologie du massif du Vercors et sa notice constituent un essai de synthèse des connaissances actuelles sur l'hydrogéologie d'un massif subalpin karstique : le Vercors. La carte représente le comportement hydrogéologique des terrains par des figurés et couleurs différents ainsi que le réseau hydrographique, les sources, pertes, cavités naturelles actives ou fossiles, et toute autre donné concernant l'eau. Elle a été conçue en essayant d'adapter, à l'état des connaissances actuelles les normes préconisées depuis 1962 jusqu'à nos jours. La notice explicative précise les éléments portés sur la carte et apporte quelques compléments nécessaires à la bonne compréhension de celle-ci. Les caractéristiques essentielles des principaux points d'eau du massif y sont décrites.

La rivière Noire est un sous-bassin de la rivière Yamaska. Elle est située dans la zone de transition entre deux formations géologiques principales du Québec, soit les Basses-Terres du Saint-Laurent et les montagnes appalachiennes. Dans ce secteur les dépôts meubles sont discontinus et d'étendue limitée; le socle rocheux est très fracturé et hétérogène. Cette région rurale fortement exploitée par l'agriculture intensive et l'industrie porcine présente un fort potentiel de contamination d'origine agricole de l'eau souterraine. Un échantillonnage d'eau souterraine effectué sur l'ensemble du bassin a permis de quantifier les paramètres physico-chimiques de l'eau, les principaux ions, incluant les teneurs en nitrates, ainsi que les contenus en ¹⁸O et deutérium. Ces données sont des indicateurs utiles pour identifier les types d'eau et pour établir des relations entrée-sortie sur l'aquifère. Ces informations, combinées aux données géologiques et à la carte piézométrique, permettent d'identifier des sous-secteurs dans les directions d'écoulement souterrain. Le modèle Modflow a été utilisé pour simuler les scénarios de géologie et de recharge du bassin et ainsi tester la pertinence des directions d'écoulement identifiées précédemment. Ainsi, la rivière Noire et certains de ses tributaires majeurs ont été identifiés comme étant des drains importants de l'aquifère. L'étude du bassin a montré que la direction régionale de l'écoulement de l'eau souterraine est orientée vers le nord-ouest et est principalement régie par la topographie et les propriétés du roc. L'aquifère est vulnérable puisqu'il est de nature libre. D'ailleurs, 31 % des puits échantillonnés présentent des concentrations en nitrates supérieures à 1,0 mg N-NO₃/l probablement d'origine anthropique. La complémentarité des approches utilisées dans le cadre de ce projet a été concluante en ce qui a trait à la caractérisation des écoulements souterrains sur un bassin régional. La modélisation représente adéquatement les caractéristiques du bassin mises en évidence par la caractérisation hydrogéologique et la géochimie. Une meilleure compréhension de la circulation des eaux souterraines sur le bassin versant de la rivière Noire aidera à délimiter les zones les plus vulnérables du bassin, ce qui permettra de réduire le potentiel de contamination de cet aquifère. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hydrogéologie, Géochimie, Piézométrie, Modélisation, Modflow.

Cette étude a été réalisée sur le mont Covey Hill (Québec, Canada) afin de quantifier les échanges entre l'eau souterraine et trois cours d'eau (Outardes, bassin versant : 23 km2 ; Allen, bassin versant : 26 km2 ; Schulman, bassin versant : 9,5 km2) et d'estimer la recharge vers l'aquifère régional. L'analyse des séries temporelles de débits, de précipitations et de niveaux de la nappe phréatique a été utilisée afin de déterminer la dynamique hydrologique de la zone d'étude. Un bilan hydrique a été calculé et un modèle d'infiltration verticale a été construit afin de calculer les différents flux d'eau sur les bassins versant des rivières Allen et Outardes. Les résultats montrent que le débit de base représente 32, 40 et 4% du débit total des rivières Allen, Outardes et Schulman respectivement. Les analyses corrélatoires et spectrales montrent que les cours d'eau ont un effet mémoire de moins de 10 jours i.e. que le système hydrologique est très dynamique et peu influencé par l'aquifère. Les niveaux piézométriques montrent quant à eux un cycle annuel. Des liens précipitations-débits très clairs, mais de courte durée ont été mis en évidence, de même que des liens précipitations-niveaux piézométriques plus diffus. Ces analyses n'ont pas permis de confirmer la présence d'un lien aquifère-cours d'eau. Un échantillonnage hebdomadaire d'eau de surface a permis l'analyse géochimique de l'eau pendant les saisons estivales de 2007 et 2008. Cette analyse montre que durant l'étiage, la rivière Outardes et le ruisseau Schulman sont alimentés par l'eau provenant du roc fracturé des grès du Potsdam tandis que la rivière Allen est alimentée par l'eau contenue dans les sédiments. Par ailleurs, l'utilisation du 222Rn a montré que la contribution de l'aquifère est faible et très localisée sur les trois bassins. Le calcul du bilan hydrique indique que la rivière Allen est caractérisée par une prépondérance de l'infiltration tandis que la rivière Outardes est surtout alimentée par le ruissellement de surface. Les milieux humides présents sur le bassin de la rivière Allen jouent un rôle important pour ralentir les écoulements et favoriser ainsi la recharge tandis que la présence de grès peu perméable verticalement (Flat Rock) semble favoriser le ruissellement sur le bassin Outardes. La recharge modélisée au moyen du Modèle d'infiltration verticale (MIV) est de 227 ± 73 mm pour la rivière Allen et de 240 ± 79 mm pour la rivière Outardes, mais cette dernière valeur est probablement surestimée en raison du manque de précision du MIV pour simuler le ruissellement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : échanges nappe-rivière, recharge, séries temporelles, Covey-Hill.

Le concept de vulnérabilité de l'eau souterraine est généralement défini comme « la capacité du milieu à transmettre un polluant depuis la surface jusqu'à la zone saturée ». Bien qu'indispensable pour la protection et la gestion de la ressource en eau souterraine, ce concept montre des limites importantes puisqu'il n'intègre presque jamais la dynamique des écoulements souterrains et rarement l'agencement lithostratigraphique des dépôts quaternaires. Ce mémoire vise à déterminer la vulnérabilité de l'aquifère au roc de la zone Bécancour. L'étude est réalisée par l'application de l'indice DRASTIC et par le développement d'un indice de vulnérabilité basé sur une caractérisation hydrogéochimique de la zone d'étude. La comparaison des deux indices ainsi que la pertinence des paramètres utilisés est discutée et mise en perspective avec l'occurrence des nitrates dans les puits de la zone d'étude. Enfin, les concepts utilisés pour l'estimation de la vulnérabilité sont mis en perspective en s'appuyant notamment sur les résultats d'un modèle numérique synthétique d'écoulement et de transport en zone saturée. La recharge moyenne pour l'ensemble de la zone étudiée est estimée à 103 mm/an. La recharge est principalement contrôlée par la présence de till sur le territoire où elle atteint des valeurs voisines de 100 mm/an. Des taux de recharge inférieurs à 40 mm/an sont estimés pour la partie aval du bassin, en raison de la présence de dépôts fins de la Mer de Champlain. Des maximums de 250 mm/an sont évalués dans le piémont appalachien aux endroits où les dépôts quaternaires sont minces. Les résultats de l'étude hydrogéochimique confirment la présence de zones de recharge privilégiées dans le piémont appalachien avec la présence d'eaux souterraines peu minéralisées de type Ca-HCO3. Des conditions de confinement croissantes vers le Fleuve Saint-Laurent sont également mises en évidence avec des eaux de plus en plus minéralisées et de plus en plus basiques évoluant successivement vers des eaux de type Na-HCO3 puis Na-Cl. Bien qu'aucun dépassement de la norme de potabilité pour les nitrates (10 mg N-NO3/L) n'ait été détecté, les résultats montrent la présence de nitrates dans 30% des forages échantillonnés (concentrations supérieures à 1 mg N-NO3/L, attribuables à des sources anthropiques). Parmi les forages affectés, 37% sont des puits tubulaires au roc, la plupart situés en zone amont du bassin, dans le piémont appalachien. L'indice de vulnérabilité DRASTIC (Aller et al., 1987) est calculé sur la zone d'étude, et montre une cohérence limitée avec le contexte géomorphologique et avec l'occurrence des nitrates sur le bassin. L'indice hydrogéochimique montre une vulnérabilité plus importante en amont qu'en aval du bassin, mais permet de discerner des zones de vulnérabilité localement élevées en aval du bassin, sans doute exposées à des fenêtres locales de recharge, notamment pour la zone sud-sud-ouest. L'utilisation d'un modèle numérique d'écoulement-transport synthétique en zone saturée a permis de confirmer que le taux de recharge est un paramètre majeur de la vulnérabilité et que son effet est couplé avec le potentiel de dilution à l'échelle régionale. Les zones simultanément associées à de forts taux de recharge et à de faibles taux de dilution représenteraient des zones plus vulnérables à la contamination depuis la surface. Ce constat est plausible avec les résultats du bassin de la zone Bécancour où l'on observe l'occurrence de nitrates dans le piémont appalachien plutôt qu'en aval du bassin, bien que la densité des activités anthropiques et agricoles soit plus denses proche du Fleuve Saint-Laurent. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : vulnérabilité eau souterraine, recharge, hydrogéochimie, nitrates, modélisation numérique, DRASTIC, zone Bécancour

À l'échelle de la planète, les milieux humides représentent entre 4 et 6 % de la superficie des terres émergées. Au Canada, cette proportion atteint près de 15 %. Ces écosystèmes, dont l'hydrologie est étroitement liée à l'hydrogéologie de surface, sont fragiles et essentiels au maintien de la biodiversité. Le présent projet de maîtrise est réalisé dans le cadre d'un projet de caractérisation des eaux souterraines financé par le MDDEP et a pour objectif principal de comprendre le rôle des tourbières dans la dynamique de l'aquifère de la partie basse de la zone Bécancour. Une cartographie de l'ensemble des tourbières du territoire a été réalisée et leur degré de perturbation a été déterminé par photo-interprétation. La même démarche a été entreprise pour les photos aériennes de 1966, afin de connaître l'évolution des superficies dans le temps. Les résultats montrent qu'il y a 10 485 ha de tourbières intactes et 7 015 ha de tourbières légèrement perturbées. Les perturbations les plus fréquentes sont les canaux de drainage et les chemins forestiers. De plus, 5 433 ha de tourbière ont subi des perturbations irréversibles entre 1966 et 2010 sur la partie basse de la zone Bécancour, principalement en lien avec l'exploitation de la canneberge. Le contexte géomorphologique de neuf tourbières a été étudié au moyen de sondages manuels, de levés géophysiques par géoradar et d'analyses granulornétriques. Les résultats montrent que les tourbières de la zone d'étude reposent toutes sur un substrat au moins partiellement perméable. Les substrats des tourbières à l'étude sont composés à 44 % sur un substrat de sable éoliens et de till remanié, à 33 % sur un dépôt de till remanié, à 11 % sur un dépôt deltaïque et de till remanié et à 11 % sur un dépôt marin et de till remanié. Les neuf tourbières étudiées ont une profondeur maximale variant entre 1,63 et 6,40 m et une profondeur moyenne entre 1,10 et 2,94 m. Les flux entrants et sortants des neuf sites ont été quantifiés à l'aide de l'approche segmentée de l'équation de Darcy. Les flux échangés entre les tourbières et l'aquifère se situent entre -1097 et 409 m3/j, cinq sites alimentant l'aquifère, trois sites recevant l'eau de l'aquifère et un n'ayant pas d'échange entre les milieux. Représentant en moyenne entre 4 et 11 % des apports totaux de la tourbière, il a été possible d'extrapoler à l'ensemble des tourbières, et d'estimer les flux transitant entre les deux milieux à l'échelle de la zone d'étude. Le flux transitant de l'aquifère vers la tourbière est estimé entre 0,0033 et 0,0099 rn3/s et le flux de la tourbière vers l'aquifère est estimé entre 0,0056 et 0,0168 m3/s. Ces proportions suggèrent que la tourbière joue un rôle tampon relativement limité. Localement, ces flux permettent de garder les niveaux piézométriques relativement stables en redistribuant l'eau au système du surface ou souterrain. ______________________________________________________________________________

Comme bien d'autres grandes métropoles construites sur des formations géologiques aquifères, Paris présente une situation hydrogéologique complexe et perturbée.L'imperméabilisation du sol modifie notablement la recharge naturelle des nappes qui se fait alors, principalement, par les fuites des réseaux (voirie, eau non potable, eaux usée ...). L'urbanisation intense du sous-sol, qui représente plus de 30 % de la surface parisienne (hors bois de Vincennes et Boulogne), influence les écoulements des aquifères. A cela, s'ajoute le rôle des 20 à 30 millions de mètres cubes d'eau qui son prélevés annuellement dans les nappes phréatiques.Les aquifères parisiens sont surveillés par l'Inspection Générale des Carrières de Paris (Ville de Paris) grâce à un réseau de 305 piézomètres, qui suit en particulier les ouvrages à proximité de la Seine pour anticiper les conséquences d'une crue. La réalisation d'un modèle hydrogéologique du sous-sol parisien permettant d'évaluer les effets de tels évènements et tenant compte des spécificités de l'anthropisation présentait donc un intérêt.Dans cet objectif, un SIG en trois dimensions du sous-sol parisien a, en premier lieu, été construit. Il intègre plusieurs éléments :- La géologie parisienne depuis la craie campanienne jusqu'aux formations tertiaires. 20 000 sondages ont été exploités pour cela.- Les infrastructures souterraines : 20 000 parkings résidentiels et constructions en sous-sol, plus de 140 parcs de stationnement concédés par la ville de Paris, 197 km de galeries du métro souterrain et 46 km du Réseau Express Régional.- Les prélèvements d'eau, en se basant sur les prélèvements annuels déclarés (12 millions de mètres cubes).- Les données piézométriques issues de 669 piézomètres répartis sur Paris et des communes avoisinantes.Avant ce travail, il n'existait aucune représentation synthétique de l'organisation générale du sous-sol de la capitale et de ses aménagements.Un modèle mathématique hydrodynamique s'étendant sur l'emprise de la capitale et de la proche banlieue a ensuite été construit. Ce modèle multicouche comporte 11 couches alternant 6 niveaux aquifères et 5 niveaux semi perméables, discrétisées selon 607 171 mailles carrées de 50 mètres de coté. Au stade actuel, ce modèle a permis la réalisation de simulations exploratoires reproduisant en régime permanent la structure de l'écoulement dans les conditions d'aujourd'hui.

Cette étude s'inscrit dans le cadre des travaux de caractérisation des eaux souterraines visant une meilleure connaissance de leur dynamique à l'échelle des principaux bassins versants du Québec. Ce mémoire présente un nouveau cadre géologique Quaternaire pour les bassins versants de la zone Bécancour. Les objectifs principaux de cette étude consistaient à compiler et refaire les levés des cartes géologiques des dépôts quaternaires en y intégrant les critères de la nouvelle légende de la Commission géologique du Canada, et à initier une étude exhaustive de la distribution en sous-surface des dépôts meubles à l'échelle du bassin versant. Au final, un modèle tridimensionnel hydrostratigraphique a été produit à titre de contribution à la modélisation hydrogéologique de cette région. Un large corpus de données sur la géologie et la géomorphologie des sédiments de surface a été colligé puis validé lors des levés de terrain grâce à plus de 3100 sites d'observation, suivi d'une phase extensive de photo-interprétation à l'échelle 1:40 000 afin de couvrir l'entièreté du bassin versant. Une étude détaillée de la stratigraphie a permis d'établir l'architecture verticale et l'extension régionale des dépôts quaternaires, tout en caractérisant ces derniers selon leurs propriétés hydrauliques (conductivité hydraulique, porosité et compacité). Les descriptions détaillées de plus de 60 coupes situées le long des principales rivières, conjuguées à l'interprétation de plus de 1000 forages provenant de diverses sources, à l'analyse de profils de résistivité apparente et à l'utilisation d'outils géochronologiques, ont servi à replacer certaines unités problématiques dans le cadre stratigraphique régional tout en permettant de préciser ce dernier. Les analyses géochronologiques réalisées grâce à la luminescence stimulée par infrarouge (IRSL) ont également permis de faire une distinction selon les âges obtenus entre deux unités sableuses potentiellement aquifères dont l'extension spatiale était jusqu'ici mal contrainte. En effet, des âges IRSL de 79 ± 4 ka pour des sédiments associés au Sables de Lotbinière et de 44 ± 3, 49 ± 4 et de 50 ± 4 ka pour les Sables des Vieilles-Forges ont permis de préciser le cadre chronostratigraphique de la partie centrale des Basses-Terres du Saint-Laurent. Les données recueillies ont grandement permis de déterminer l'extension des dépôts quaternaires et leur connexion avec la surface et la zone de recharge, deux autres éléments importants pour les études hydrogéologiques dans la région. La cartographie, la succession lithostratigraphique et la géochronologie ont permis d'élaborer un solide modèle hydrostratigraphique 3D qui forme le squelette utilisé dans la construction du modèle d'écoulement des eaux souterraines. Les résultats obtenus suite aux travaux menés sur les bassins versants de la zone Bécancour sont donc considérés comme des éléments clés de cette étude hydrostratigraphique à l'échelle régionale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Géologie, Quaternaire, Bécancour, Hydrostratigraphie, Luminescence

La région de l'Abitibi renferme d'abondants dépôts fluvioglaciaires de sables et de graviers, notamment des eskers, reconnus comme des aquifères exceptionnels étant donné leurs caractéristiques hydrogéologiques intrinsèques et la faible perméabilité du roc sous-jacent. Une meilleure compréhension des régimes hydrauliques relatifs à ces systèmes est nécessaire afin d'établir une gestion adaptée de la ressource hydrique. Ainsi, une étude ayant recours aux isotopes des gaz rares fut initiée dans les eskers de la région d'Amos. Douze échantillons d'eaux furent prélevés dans l'esker Saint-Mathieu-Berry (SMB), la moraine d'Harricana, l'esker de Barraute et dans la plaine argileuse située entre ces formations. Spécifiquement, des analyses sur les concentrations en gaz rares ont été effectuées. Les résultats des rapports 20Ne/4He contre 3He/4He indiquent un mélange entre une composante radiogénique enrichie en 4He, tritiogénique enrichie en 3He et atmosphérique. Le rapport mesuré 3He/4He normalisé à celui de l'atmosphère (R/Ra), où Ra=1,386*10-6, varie entre 0.224±0.012 pour l'eau d'un puits privé prélevée dans le roc (P1) et 1.849±0.036 pour le puits d'Amos. Les âges 3H-3He, obtenus grâce aux contenus en tritium et en 3He mesurés, dévoilent la présence d'eaux modernes (≤32 ans) situées principalement dans les formations fluvioglaciaires. La moraine d'Harricana, marquée par une signature atmosphérique, présente les eaux les plus jeunes variant entre 6.44±1.30 et 9.80±1.29 ans. Les âges 3H-3He montrent une relation linéaire avec la profondeur des puits pour l'esker Saint-Mathieu-Berry (SMB) et la moraine d'Harricana. Cette relation, appuyant l'utilisation du modèle d'écoulement piston pour la plupart des puits, permet de calculer des gradients verticaux d'infiltration variant entre 0.9 et 7 m/an. Elle permet d'identifier un phénomène de dispersion/diffusion dans les puits du secteur sud de l'esker de SMB appuyé par la comparaison entre les concentrations en tritium et la courbe des précipitations à Ottawa. De ce fait, la datation 3H-3He ne semble pas valide pour les puits du secteur sud. La calibration du taux de production en 4He permet l'estimation des temps de séjour (U-Th)/4He des eaux dans les aquifères. Ces derniers montrent l'occurrence de masses d'eaux intermédiaires (50 à 6000 ans) et fossiles (≥6000 ans). Quatre échantillons de l'esker de SMB montrent des eaux possiblement d'âge intermédiaire (50 à 738 ans) selon les analyses (U-Th)/4He, mais modernes selon les analyses 3H/3He. Ces puits, en grande partie situés dans une zone de faille de type indéterminé, montre une signature d'un mélange entre une eau ancienne circulant dans les zones fragilisées du socle granitiques sous-jacent l'esker et de l'eau jeune. Les eaux de l'esker ne présentent pas de signature typique des eaux profondes circulant dans la plaine argileuse. D'autre part, l'âge apparent (U-Th)/4He le plus élevé de la zone d'étude est d'environ 8000 ans. Cet âge correspond à celui d'un puits situé dans le socle fracturé de la plaine argileuse. La salinité et le rapport 3He/4He mis en fonction de la profondeur des puits suggèrent un mélange entre de l'eau minéralisée riche en 4He radiogénique et de l'eau douce moderne plus superficielle dans l'aquifère du socle rocheux de la plaine. Cela peut également indiquer une augmentation graduelle de la salinité engendrée lors du transport de l'eau puisque le temps de séjour augmente aussi avec la distance longitudinale par rapport à la moraine d'Harricana. Ainsi, la moraine semble représenter une zone de recharge importante à la fois pour l'esker de Barraute et pour le socle de la plaine argileuse. Notons que les eaux les plus minéralisées et riches en 4He radiogénique sont celles provenant du socle fracturé Archéen de la plaine argileuse. Les températures de recharge obtenues varient entre -0.10±0.61°C et 11.64±0.73°C. Pour la plupart des puits, elles diminuent avec l'augmentation de l'élévation estimée pour la recharge. Les échantillons situés dans la plaine montrent les températures de recharge les plus basses (entre -0.10 et 2.91°C), alors que celles de l'esker SMB se situent entre 6.19 et 11.6°C. La paléotempérature pour la moraine d'Harricana est plus faible en surface (3.87°C) qu'en profondeur (9.52°C). ______________________________________________________________________________

Cette recherche réalisée dans le cadre d'un projet visant à développer les méthodes de caractérisation des eaux souterraines à l'aide des traceurs isotopiques a été entreprise grâce à un financement du FRQNT (programme partenariats-actions concertées sur les eaux souterraines). Ce projet de maîtrise s'est intéressé à la région de l'Abitibi-Témiscamingue. L'objectif était de quantifier l'apport d'eau souterraine aux tourbières à l'aide du 222Rn. Le 222Rn, radionucléide (demi-vie de 3.82 jours), produit par le 226Ra issu de la chaîne de désintégration de 238U, est un excellent traceur pour étudier les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface. Les tourbières étudiées sont situées sur les flancs des eskers de Saint-Mathieu-de-Berry et de Barraute, de même que sur la moraine d'Harricana. Les sites expérimentaux ont été instrumentés et caractérisés dans le cadre d'un autre projet de recherche également financé par le FRQNT. L'eau recueillie montre des activités en 222Rn de 2,8 à 34,9 Bq/L dans les eaux des eskers et du socle fracturé archéen au-dessous des plaines séparant les eskers. L'activité en 222Rn varie de 0,02 à 16,59 Bq/L dans les eaux de tourbières. Aussi, les tourbières montrent une bonne corrélation entre l'activité du 222Rn et les ions totaux dissous, et plus particulièrement les ions HCO3-, SO42-, Mg2+ et Ca2+. La relation établie entre le 222Rn et la profondeur permet de conclure que la salinité de l'eau provient en grande partie des eaux des eskers. Un bilan de masse entre les eaux de l'aquifère, riches en 222Rn et les eaux de tourbières appauvries en sels et en 222Rn, permet d'estimer qu'entre 0,03 et 39% de toute l'eau qui alimente les tourbières provient de l'eau souterraine des eskers. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : 222Rn, tourbière, esker, eau souterraine, eau de surface, traçage, Abitibi-Témiscamingue.