L'étude des écoulements souterrains et du transport de contaminant en conditions de terrain est souvent très difficile, notamment en raison de l'hétérogénéité souvent importante des formations aquifères. Pour mieux comprendre les processus en jeu, les paramètres hydrodynamiques et hydrodispersifs sont souvent estimés en laboratoire dans des conditions entièrement contrôlées. L'objectif de ce mémoire est de vérifier s'il est possible de reproduire l'écoulement et le transport de contaminant dans une maquette hydrogéologique munie d'un simulateur de pluie en laboratoire dont les sables auraient été caractérisés en laboratoire. Cinq sables sont d'abord étudiés par des techniques classiques: des courbes granulométriques ainsi que des essais de Darcy et de traçage au NaCI dans un dispositif de Darcy de 43 cm de longueur. Ces techniques ont permis de déterminer les conductivités hydrauliques et les dispersivités des sables. Des essais d'écoulement et des traçages au NaCI sont ensuite réalisés en laboratoire dans une maquette hydrogéologique représentant un aquifère de dimensions 2 m x 1.32 m x 0.25 m. La maquette est d'abord remplie d'un seul des cinq sables pour représenter un aquifère homogène. Des expériences d'écoulement et de transport sont réalisés dans cet aquifère, avec et sans la recharge imposée au moyen d'un simulateur de pluie. La maquette hydrogéologique est par la suite vidée et remplie à nouveau d'une combinaison des cinq sables disposés en blocs de 4 cm x 4 cm x 25 cm suivant un variogramme exponentiel. Les expériences d'écoulement et de transport sont réalisées avec cet aquifère hétérogène, à nouveau avec et sans recharge. Les charges, les débits et les concentrations mesurés dans toutes ces expériences sont ensuite simulés avec un modèle Modflow et un modèle MT3D. Les paramètres calés pour reproduire les résultats de laboratoire sont comparés à ceux déterminés expérimentalement. Les résultats montrent que les conductivités hydrauliques estimées au moyen des courbes granulométriques sont peu représentatives des valeurs obtenues par l'expérience de Darcy. Les conductivités hydrauliques calées dans Modflow avec et sans recharge, pour les aquifères homogène et hétérogène sont quant à elles très similaires aux valeurs obtenues avec le dispositif de Darcy. Ceci indique que les paramètres hydrodynamiques mesurés en laboratoires sont fiables et représentatives des sables testés. Par ailleurs, les dispersivités mesurées dans le dispositif de Darcy sont jusqu'à 60% supérieures à celles calées dans MT3D pour reproduire les traçages réalisés en laboratoire. Ceci s'explique par la différence d'échelle entre le dispositif de Darcy (43 cm) et les blocs de l'aquifère hétérogène (4 cm). Ces résultats confirment qu'il est beaucoup plus difficile d'estimer en laboratoire les propriétés hydrodispersives d'un matériau aquifère que ses propriétés hydrodynamiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Traçage, Simulateur de pluie, Maquette hydrogéologique.

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.