Couplage des rivières et des systèmes d’écoulement des eaux souterraines alluviales ou coulant de fractures du substratum rocheux

Chercheur principal - Kerry MacQuarrie, professeur, Université du Nouveau-Brunswick et Tom Al, professeur, Université du Nouveau-Brunswick (2001-2004)

Enjeu

Les aquifères alluviaux, qui sont habituellement localisés dans des vallées fluviales, jouent un rôle de plus en plus important comme sources d’eau potable en raison de leur proximité des grands bassins de population. Cependant, tout pompage d’eaux souterraines peut induire une recharge provenant des rivières avoisinantes ou d’un substratum rocheux fracturé sous-jacent, ce qui a été associé à diverses préoccupations quant à la qualité de l’eau, dont des concentrations élevées de fer, de manganèse, de pathogènes microbiens, de contaminants organiques et d’éléments traces, comme de l’arsenic. Afin de mieux gérer ces ressources hydriques, il importe de mieux comprendre les processus contrôlant la qualité de l’eau dans de tels aquifères. Les principaux objectifs de ce projet étaient d’étudier les problèmes physiques, géochimiques, microbiologiques, de même que ceux relevant de la gestion de l’approvisionnement qui sont associés aux aquifères des vallées fluviales.

Projet

Tout au long du projet, les chercheurs ont constitué une série unique de données composée de renseignements géophysiques, hydrauliques, microbiologiques, géochimiques et isotopiques. Les expériences sur le terrain ont été réalisées à Fredericton (Nouveau-Brunswick), dans une grande nappe souterraine d’approvisionnement municipal en eau considérée comme représentative d’aquifères de vallées fluviales similaires.

Des applications uniques de techniques géophysiques ont révélé les conditions géologiques souterraines qui contrôlent la distribution spatiale de l’eau de la rivière dans l’aquifère. Les études physiques ont indiqué que les temps de parcours de l’eau entre la rivière et les puits municipaux étaient inférieurs à ceux utilisés pour la filtration lente sur sable, bien que, pendant plusieurs mois de l’année, les températures froides de l’eau peuvent influencer les processus naturels qui ont une incidence sur la qualité de l’eau. Les études géochimiques ont quant à elles révélé des variations saisonnières importantes dans les concentrations des espèces sensibles à l’oxydoréduction, de même qu’un chevauchement de ces réactions dans l’espace. Les études microbiologiques ont montré qu’aucun groupe de bactéries naturellement présentes dans l’aquifère ne domine de zone de sédiments en particulier. La distribution des bactéries est plutôt relativement uniforme. Pour étudier les problèmes relevant de la gestion de l’approvisionnement de l’eau, les chercheurs ont eu recours à des méthodes d’analyses isotopiques et de métaux traces pour déterminer les sources de recharge en eau des puits de production individuels, et ils ont évalué les propriétés physiques en étudiant la formation sous-jacente du substratum rocheux fracturé. À partir de ces études, ils ont conçu un cadre de travail pour évaluer les options parmi différentes combinaisons de sources d’approvisionnement et de traitement de l’eau.

Produits

Le projet a permis de développer un modèle de coûts pour le pompage, le traitement et l’entretien qui peut généralement servir à l’évaluation des solutions de rechange de traitement et d’approvisionnement en eau. Le cadre de travail tient compte des diverses solutions de traitement et des coûts des activités de pompage et de  surveillance; de la fiabilité de la qualité de l’eau du réseau d’approvisionnement; du risque de contamination par des agents pathogènes et des risques subséquents pour la santé humaine; de l’apport d’eau disponible.

Le projet a donné lieu à de nombreux actes de colloques, exposés et thèses de maîtrise d’étudiants. En voici quelques-uns :

Actes de colloque

Nadeau, J.-C., K.E. Butler et R. Parrott, 2003. Application of riverine geophysics for delineating recharge to a river valley aquifer – Fredericton, NB, Proceedings, Symposium on Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems (SAGEEP 2003), San Antonio, Texas, 6-10 avril 2003, 12 p.

Sommaires et exposés présentés lors de conférences

Amskold, L. et T. Al, 2003. Groundwater chemistry in the Fredericton aquifer, Fredericton, New Brunswick: Preliminary results, Connecting Water Resources: Canadian Water Network 1st National Symposium. Saint John (N.-B)., 23-27 mars 2003.

Butler, K.E., R. Parrott, J.E. Hughes-Clarke et A. Daigle, 2002. Delineating river-bottom recharge to the Fredericton aquifer by seismic and electrical imaging, Atlantic Geoscience Society Mtg., Antigonish, NS, 8-10 févr. 2002.

Daigle, A., 2002. Resistivity imaging through a recharge zone for the Fredericton aquifer, présentation invitée, 55th Annual Conference of the Atlantic Canada Water Works Association, Fredericton (N.-B.), 22-24 sept. 2002.

Thèses d’étudiants

Cunningham, C. A., 2002, Geochemistry of groundwater from bedrock underlying the Fredericton aquifer, thèse de spécialisation de B.Sc., Département de géologie, Université du Nouveau-Brunswick.

Daigle, A., 2002, Resistivity imaging through a recharge zone for the Fredericton aquifer, rapport de premier cycle en génie géologique, Université du Nouveau-Brunswick.

Chow, Song Wei, 2003. Suppression of water-bottom multiples in shallow seismic data by predictive deconvolution, thèse de B.Sc., Département de géologie, Université du Nouveau-Brunswick.

Résultats

• Ce projet a une portée internationale, car selon les estimations plus de 63 millions d’Américains pourraient être approvisionnés en eau par de telles sources. De même, en Europe centrale, la concentration des populations dans les vallées fluviales a mené au développement intensif des aquifères alluviaux. Ce programme de recherche sur les aquifères de vallées fluviales est l’un des plus complets et des mieux intégrés réalisés à ce jour.

• D’un point de vue économique, le principal avantage de cette recherche sera l’amélioration de la gestion des sources publiques d’approvisionnement en eau provenant d’aquifères alluviaux. Cela se traduit par des avantages financiers à long terme pour les municipalités et leurs citoyens. Les recherches portant sur d’autres solutions d’extraction de l’eau devraient permettre de déterminer quelles sont les méthodes les plus durables et économiques pour l’approvisionnement municipal en eau.

• Le secteur canadien des services de conseil sur la qualité de l’eau pourra profiter des connaissances fondamentales dégagées par cette recherche et faire appel au personnel hautement qualifié y ayant participé. De plus, l’amélioration de la compréhension des processus biogéochimiques dans les aquifères rechargés par des rivières pourrait mener au développement de technologies qui utilisent des méthodes peu coûteuses, passives et sur place pour éliminer certains contaminants.

• Les modèles bien conçus permettront de mieux comprendre les processus; ils constituent aussi une des principales façons de transmettre les connaissances à d’autres chercheurs et utilisateurs.