Caractérisation et modélisation de la dynamique d'écoulement dans le système aquifère de l'esker Saint-Mathieu / Berry, Abitibi, Québec.

Les travaux de maîtrise documentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le cadre d'une \nactivité de la Commission Géologique du Canada qui avait pour but de faire la \ncaractérisation et la modélisation géologique et hydrogéologique de l'esker Saint- \nMathieu/Berry. Les travaux de maîtrise ont porté sur la caractérisation et la modélisation \nde la dynamique d'écoulement dans le système aquifère de l'esker. Situé en Abitibi, \nl'esker Saint-Mathieu/Berry représente un excellent aquifère alimentant en eau la ville \nd'Amos et l'usine d'embouteillage Eaux Vives Harricana (EVH) (maintenant Eaux Vives \nWater Bottling Corporation). Cet imposant complexe fluvioglaciaire est partiellement \nconfiné sur ses flancs par l'argile retenant ainsi l'eau d'excellente qualité à l'intérieur du \nsystème. Bien que l'esker soit d'une longueur totale de 120 km, ce projet s'attarde à son \nprolongement sud, s'étendant sur 24 km, où se retrouvent les captages de la ville d'Amos, \nde l'embouteilleur EVH et de la pisciculture Ferme de Truites Saint-Mathieu (FTSM). \nLe modèle géologique montre un important volume aquifère enfouis sous les argiles \nglaciolacustres. Dans cette portion, l'eau est retenue à l'intérieur de l'esker, sauf où le \nniveau de la nappe est supérieur à la limite sable/argile. À ces endroits, on retrouve des \nrésurgences sous forme de sources ou de façon diffuse sous forme de marais. Dans \nl'extension sud de l'esker, l'aquifère est libre et non-confiné par les argiles, due à la \nremontée du socle rocheux au-dessus de l'élévation maximale de déposition des argiles. \nÀ cet endroit, l'eau circule librement hors de l'esker pour former un réseau de chenaux \ndendritiques. \nDe façon générale, l'eau circule dans l'esker selon deux directions; 1) longitudinalement \nà partir de la remontée du socle rocheux, au sud, vers le nord au moins jusqu'à l'usine \nd'EVH, et 2) transversalement de la crête de l'esker jusque vers ses bordures. Les \nanalyses radiocarbone et tritium d'échantillons d'eau montrent la présence d'une zone \nactive et d'une zone peu active. La zone active est représentée par les eaux de recharge \nd'âges modernes et comprend la partie supérieure de l'aquifère. La zone peu active est \nprincipalement composée des eaux d'âges intermédiaires (mélange d'eau), présente sous \nla zone active ainsi que dans les extensions de l'esker sous les argiles. \nLe bilan hydrologique montre que les débits d'exploitation envisagés, présent débit \nd'Amos et débit permis d'EVH, sont soutenables et permettent donc une utilisation \ndurable de la ressource en eau souterraine. De plus, une certaine quantité additionnelle \nd'eau serait disponible afin d'augmenter les débits d'exploitation, et elle proviendrait du \ncaptage d'une proportion de l'eau émise par l'esker sous forme de sources (sources Saint-Mathieu, Crépeault et Amos). Par contre, dans la partie sud, l'eau alimentant certaines \nrésurgences ne peut être captée à l'aide des présentes installations et quittera l'esker quels \nque soient les débits d'exploitation. La seule présence de sources actives ou de marais au \npourtour de l'esker ne peut donc pas servir à déterminer si le système aquifère est en \nsurexploitation ou non. La modélisation numérique de l'écoulement montre qu'il n'y a \npas d'interaction directe entre les deux principaux captages. Des aires d'alimentation des \npuits ont été délimitées et peuvent servir de base à la protection des captages par des \nprogrammes de gestion des aires d'alimentation. \nToute l'aire de l'esker non recouverte d'argile représente une zone vulnérable à la \ncontamination qui devrait être protégée, tout particulièrement les aires d'alimentation des \ncaptages. Certains travaux complémentaires devraient être réalisés aux endroits moins \nbien caractérisés, particulièrement à la limite nord de la zone d'étude, au niveau du haut \ntopographique rocheux entre Amos et EVH ainsi que dans la partie sud de l'esker. Un \nsuivi de nappe à long terme serait requis pour s'assurer que le présent niveau \nd'exploitation est durable et un suivi de la qualité de l'eau afin de prévenir une \ncontamination. Finalement, un programme de gestion devrait être mis en place par les \ndifférents intervenants pour intégrer la compréhension du système et mettre en oeuvre des \nmesures de protection. \n The M.Sc. research documented in this thesis was carried out as part of a Geological \nSurvey of Canada activity whose two complementary objectives were the development of \na 3D geological model of the study area and the numerical modeling of groundwater flow \nwithin the esker. The M.Sc. project focused on the hydrogeological study of the Saint-Mathieu/Berry esker and aimed at characterizing and understanding the groundwater flow \ndynamics in this aquifer system. Located in Abitibi, the esker represents an excellent \naquifer supplying groundwater of excellent quality to the municipality of Amos, and to \nthe Eaux Vives Harricana (EVH) (now known as Eaux Vives Water Bottling \nCorporation). The esker extends over 120 km but the study area covers 24 km in length \nby 1l km in width over the southem portion of the esker. \nThe 3D geological model shows esker sediments extending under the glaciolacustrine \nclays, thus indicating that the esker is actually larger than what appears at surface. The \nnorthern portion of the aquifer represents an area where the water level is below the \nmaximum elevation of the surrounding clay and the southern portion represents an \nunconfined area where groundwater emerges as leakages or rills along the esker, leading \nto the development of a dendritic channel network in the surrounding clay plain. This \noccurs where the groundwater level within the esker exceeds the elevation of its outer \nlimit. These seepages are also visible around Amos, EVH and the Ferme de Truites Saint-Mathieu fish farm pumping wells (respectively named the Amos, Crépeault and Saint-Mathieu springs). \nU sing the potentiometric surface, a simplified conceptual groundwater flow model was \ndefined: 1) there is a longitudinal groundwater flow component controlled by the \nunderlying bedrock topography, which is high at the southern end of the esker and \nbecomes lower towards the central part of the esker, in the vicinity of EVH, and 2) there \nis a transverse groundwater flow component that starts at the esker crest and ends with \nthe lateral discharges as seepages in wet lands or as rills and springs where the \nglaciolacustrine clays pinch out on the esker side. Groundwater age dating by tritium and \n¹⁴C shows the presence of an active flow zone (top part of the aquifer) and a less active \nzone (confined and bottom parts of the aquifer). These zones are respectively represented \nby modem and intermediate age waters. \nThe estimated groundwater recharge and the esker water balance indicate that the \ncombined flow at wells and springs currently does not exceed the overall recharge of the \nesker, and thus present-day pumping rates appear sustainable. There is also water \navailable for increased pumping that would come from intercepting part of the flow \ncontributing to major springs (Amos, Crépeault and Saint-Mathieu springs). However, in \nthe southern area, part of the water supplying discharge zones could not be intercepted by \nwells, whatever rate they are pumped at. Thus the presence of springs and seepage areas \naround the esker is not a reliable indication that abstraction rates are sustainable. \nNumerical modeling of groundwater flow shows no significant interaction between the \nAmos and EVH pumping wells. The areas of contribution to these wells were delineated \nand should be used as a basis for well head protection programs. \nThe entire esker area not covered by clay is vulnerable to contamination and should be \nprotected, especially within the areas of contribution of major supply wells. Some \ncomplementary studies should be undertaken where conditions are poorly characterized, \nespecially at the northern margin of the study area, around the topographic bedrock high \nlocated between Amos and EVH, and in the southern part of the esker. A long-term water \nlevel and water quality monitoring program should be undertaken to help verify the \nsustainability of groundwater abstraction rates and protect its quality. Finally, an aquifer \nmanagement program should be put in place with the involvement of all groundwater \nstakeholders to implement protection measures on the basis of the knowledge gained on \nthe aquifer system from the present and future studies.

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