Investigation géologique et géochimique des relations entre un réservoir pétrolier et un aquifère superficiel dans le secteur Haldimand, Gaspé.

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de \nce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce \nrésumé peut être lue en PDF. \nUne caractérisation des conditions hydrogéologiques à Haldimand, Gaspé, a été initiée \npar le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les \nChangements climatiques (MDDELCC) en 2013. Cette caractérisation avait pour but de \ndéfinir le contexte hydrogéologique du secteur Haldimand et d’évaluer qualitativement \nle risque envers la qualité des eaux souterraines des activités pétrolières à Haldimand, \nparticulièrement par rapport au futur forage exploratoire Pétrolia Haldimand no 4. \nLa majorité des travaux présentés dans ce mémoire a été effectuée dans le cadre de \ncette étude, et visait deux objectifs principaux : 1) dresser un portrait géochimique \nreprésentatif des eaux souterraines autour du site Haldimand no 4, ainsi que de \ncomprendre les mécanismes contrôlant la chimie des eaux et; 2) définir les interactions \nentre les systèmes hydrogéologiques superficiel et profond à partir de données \ngéologiques (structure, pressions de réservoir) et géochimiques. \nLa réalisation de ce mémoire est basée sur 1) des analyses chimiques sur des \néchantillons d’eau prélevés par le MDDELCC au courant de l’été et de l’automne 2013; \n2) des puits d’observation et des données provenant d’une étude hydrogéologique \nantérieure réalisée par TechnoRem entre 2011 et 2012; 3) des analyses chimiques \nspécialisées des composés organiques dans les eaux souterraines et dans trois \nsuintements d’hydrocarbures, effectuées par la Commission géologique du Canada \n(CGC) en 2012 et 2013; 4) des diagraphies réalisées par la CGC dans des puits \nd’observation en 2012; 5) des données structurales, tant en surface qu’en profondeur, \nainsi que des données de pression de réservoir obtenues de la compagnie Pétrolia. \nLes données structurales montrent que le roc superficiel est caractérisé par une \nfracturation naturelle bien développée, avec des fractures montrant une variété \nd’orientations différentes. L’écoulement de l’eau souterraine est contrôlé par les \nfractures, et l’essentiel de la fracturation se concentre dans les premières dizaines de \nmètres sous la surface du roc (∼ 30 m), alors que la majorité des fractures \nhydrauliquement actives se concentre dans les premiers 15 m à 20 m du roc. En plus \ngrande profondeur, les données de diagraphies mettent en évidence un patron de fracturation distinct de celui retrouvé en surface. La discontinuité de la géométrie de la \nfracturation et la disparition des fractures subhorizontales en profondeur suggèrent que \nle réseau de fractures ne constitue vraisemblablement pas une voie continue entre le \nréservoir pétrolier et la surface. De plus, les surpressions de fluide enregistrées dans le \nréservoir pétrolier ainsi que l’accumulation d’hydrocarbures indiquent que le réservoir \npétrolier est isolé hydrauliquement par rapport à l’aquifère superficiel. \nLe traitement statistique multivarié des données géochimiques a permis de séparer les \ndifférentes eaux échantillonnées en deux grands ensembles, contenant chacun quatre \ngroupes d’eaux distincts. Le premier ensemble regroupe les eaux plutôt peu évoluées \net peu chargées chimiquement, généralement de type Ca-HCO3 ou Na-HCO3, alors que \nle second regroupe des eaux plus évoluées et généralement plus chargées, de type \nNa-HCO3 et Na-Cl. Il existe une très grande variabilité dans la géochimie de l’eau \nsouterraine, surtout considérant la taille restreinte de la péninsule. L’interprétation des \nparamètres géochimiques ainsi que l’analyse en composantes principales (ACP) ont \npermis de définir trois pôles géochimiques à partir desquels il a été possible de \ncaractériser les principaux processus géochimiques contrôlant la chimie des eaux \nsouterraines. En plus de la dissolution des carbonates, les principales voies d’évolution \ngéochimique semblent être l’échange ionique Na-Ca et le mélange avec des eaux \nmarines diluées de type Na-Cl. Les données géochimiques montrent également que la \nqualité des eaux est généralement très bonne à Haldimand, et très peu de \ndépassements de critères de santé ou esthétiques sont observés dans les échantillons. \nUne caractérisation exhaustive de la composition chimique et isotopique des gaz \ndissous montre que la majorité du méthane retrouvé dans les eaux souterraines est \nbiogénique, bien qu’une composante thermogénique soit retrouvée au niveau de \ncertains puits d’observation. Les plus fortes concentrations de méthane sont associées \naux eaux les plus évoluées, et reflètent les conditions méthanogènes réductrices \nprésentes dans ces eaux. Même si des suintements d’hydrocarbures sont localement \nprésents en surface, l’analyse d’autres composés organiques indique que la qualité des \neaux n’est pas significativement altérée, puisque seules de très faibles concentrations \nde composés organiques ont été retrouvées dans les eaux souterraines. \nLes concentrations des différents indicateurs de temps de résidence de l’eau \nsouterraine (CFC, SF6, 3H, 14C) sont très variables dans le secteur d’étude. Les eaux \nles plus évoluées de type Na-HCO3 et Na-Cl sont généralement caractérisées par de \nplus faibles concentrations ou activités de traceurs d’eau jeune (CFC, SF6, 3H) que les \neaux de recharge de type Ca-HCO3. Cependant, des concentrations non négligeables \nde traceurs modernes sont retrouvées même dans les eaux les plus évoluées, indiquant \nqu’un certain mélange d’eaux plus anciennes avec des eaux juvéniles se produit même \nen dehors des zones de recharge préférentielle. Les composantes d’eaux les plus \nanciennes sont néanmoins peu chargées chimiquement; leur présence n’est donc pas \nindicative d’un apport d’eaux très profondes et salines dans l’aquifère superficiel. \nCette étude a montré qu’il existe peu d’interactions évidentes entre les systèmes \nhydrogéologiques superficiel et profond dans la zone d’étude. Les signatures \ngéochimiques observées sont compatibles avec une évolution superficielle des eaux \nsouterraines, avec localement des apports d’eaux plus salines et anciennes, mais \nvraisemblablement d’origine relativement peu profonde. Si l’isolement hydraulique du \nréservoir par rapport à la surface est maintenu pendant les opérations pétrolières, la \nremontée d’éventuels contaminants pétroliers par des voies de cheminement \npréférentiel naturelles semble très peu probable. Le risque environnemental envers les \neaux souterraines serait ainsi relié aux activités en surface, aux fuites à travers la \ncimentation et le coffrage du puits, et éventuellement aux fuites à travers des puits \nabandonnées pénétrant le réservoir pétrolier. \nIl existe cependant encore des lacunes dans la compréhension de l’impact d’émissions \nde contaminants en profondeur sur les eaux souterraines dans l’aquifère superficiel. Il \nest encore nécessaire de mettre en place des moyens de suivi adéquats des opérations \npétrolières, notamment dans l’éventualité de fracturation hydraulique, ainsi que de \nvérifier l’état des puits abandonnés dans les environs. Néanmoins, un suivi serré des \nopérations pétrolières futures permettrait de mitiger le niveau de risque \nenvironnemental envers les eaux souterraines dans le secteur Haldimand. The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due \nto technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. A hydrogeological assessment of the Haldimand sector, Gaspé, was initiated by the \nQuebec Environment Ministry (Ministère du Développement durable, de \nl’Environnement et de la Lutte contre les Changements climatiques, MDDELCC) in \n2013. The objective of this assessment was to define the hydrogeological context of the \nHaldimand sector and to qualitatively evaluate the risk to groundwater quality related to \npetroleum industry activities in Haldimand, notably the planned Pétrolia Haldimand No. \n4 horizontal borehole. \nMost of the work presented in this thesis was carried out in the context of this study, and \ntwo main objectives were set: 1) to provide a representative portrait of groundwater \ngeochemistry around the Haldimand No. 4 drill site and to understand the main controls \non groundwater chemistry, and; 2) to define possible interactions between shallow and \ndeep groundwater flow systems based on geological and geochemical data. \nThe work presented in this thesis was accomplished using 1) chemical analyses on \nwater samples collected by the MDDELCC during summer and autumn 2013; 2) \nobservation wells and data from an earlier hydrogeological study realized by \nTechnoRem between 2012 and 2013; 3) specialized analyses of organic compounds in \ngroundwater and in three hydrocarbon seeps, carried out by the Geological Survey of \nCanada (GSC) in 2012 and 2013; 4) well log data from observation wells, collected by \nthe GSC in 2012; 5) surface and subsurface structural data, as well as reservoir \npressure data obtained from Pétrolia. \nStructural data show that the superficial bedrock is characterized by a well-developed \nfracture system, with fractures showing a variety of different orientations. Groundwater \nflow is controlled by theses fractures, the majority of which are found within the first few \nten

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