Étude de la chimie analytique de l’eau souterraine lors de la purge à haut débit d’un puits avec suivi des paramètres mesurés in situ

Le Programme d’Acquisition des Connaissances en Eaux Souterraines (CERM-PACES) du Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les Changements Climatiques (MDELCC) a permis la collecte de plus de 3000 échantillons d’eau souterraine selon un protocole uniformisé à l’échelle du Québec méridional. Ce protocole inclut une purge des puits échantillonnés à débit élevé (~10 à 40L/min) et le suivi des paramètres in situ (température, pH, oxygène dissous, potentiel d’oxydoréduction, et conductivité électrique spécifique) préalablement à l’échantillonnage. Lorsque les paramètres in situ sont jugés stables par les échantillonneurs, la purge est considérée comme complétée. Il est rare que la stabilisation soit parfaitement atteinte et l’observation de variations dans ces paramètres lors de la purge soulève plusieurs questions, notamment celle de la nature de la relation entre les variations temporelles des paramètres in situ et l’évolution de la chimie analytique. Les objectifs de ce projet sont de 1) décrire et quantifier l’évolution de la chimie analytique (analyse des isotopes, des éléments majeurs, mineurs et traces) des eaux souterraines au fur et à mesure de la purge, 2) tester différents traceurs de l’eau souterraine et de 3) proposer des hypothèses quant à l’origine probable des variations. Pour répondre à ces objectifs, 45 échantillons d’eau ont été prélevés en 2021 dans 3 stations (15 échantillons par station) et ont été analysés pour près de 60 éléments chimiques. Les échantillons ont été pris à un pas de temps constant (aux 5 minutes) tout au long d’une purge à haut débit de 75 minutes. Les puits des trois stations sont localisés dans trois contextes hydrogéologiques distincts du territoire de Lanaudière (2) et de la Mauricie (1). Le puits de la première station, celle de Saint-Zénon dans Lanaudière, est installé dans le roc précambrien fracturé et l’aquifère est en contact direct avec un aquifère granulaire (sables et graviers fluvioglaciaires) à nappe libre. Le puits de Mandeville (Lanaudière) est pour sa part en condition confinée puisqu’on retrouve une dizaine de mètres de silt-argileux au-dessus du roc fracturé. Le puits de la station de Saint-Adelphe présente une stratigraphie légèrement plus complexe dans laquelle on retrouve 10 mètres de sable sur 25 mètres d’argile qui surplombe le roc dans lequel le puits est installé. La composition chimique en termes d’éléments majeurs, mineurs, traces (terres rares et métaux lourds), et isotopiques (δ18O, δ2H et δ13C) de l’eau souterraine a été obtenue à l’aide de méthodes analytiques permettant de très basses limites de détection dans un laboratoire d’analyses chimiques agréé. Le projet a utilisé une approche exploratoire qui a permis de mettre en évidence l’efficacité des terres rares et des isotopes comme traceurs hydrogéologiques lors d’un pompage à haut débit sur une courte durée. Les résultats obtenus dans cette étude indiquent que la stabilisation des paramètres in situ ne signifie pas nécessairement la stabilité de la chimie des eaux souterraines. Les variations spatiales et temporelles observées dans ce projet ont des sources et des origines diverses qui peuvent être séparées en deux groupes principaux : (1) Influence du contexte hydrogéologie et de la géologie locale et (2) influence de la purge à haut débit. Le contexte hydrogéologique et le temps de résidence de l’eau sont à l’origine des concentrations retrouvées pour la plupart des éléments majeurs analysés (Ca2+, Sr2+, Na+, etc..). Les patrons de terre rares reflètent la composition des roches de la zone de recharge. Les connexions hydrauliques (naturelles ou induites) dans les différents contextes peuvent être exacerbées par le changement de régime hydraulique occasionné par le pompage du puits occasionnant ainsi un changement dans la chimie de l’eau souterraine par mélange d’eaux de différentes compositions chimiques et ce, plus particulièrement en contexte de nappe libre. Ce projet est une première étape vers une meilleure compréhension des phénomènes physico-chimiques ayant lieu durant l’utilisation d’un système d’alimentation en eau potable domestique.

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