Dynamique de l’écoulement souterrain et vulnérabilité d’un aquifère du piémont appalachien (Québec, Canada) Groundwater flow dynamics and vulnerability of an Appalachian foothills aquifer (Quebec, Canada)

Résumé

Même si des travaux récents ont permis de caractériser certains aquifères du sud du Québec, plusieurs demeurent encore très peu connus. Cette recherche a pour objectifs de comprendre la dynamique de l’écoulement souterrain et la vulnérabilité de l’aquifère du bassin de la rivière Noire (Montérégie, Québec), un bassin représentatif des aquifères de milieux fracturés situés en bordure des Basses-Terres du Saint-Laurent. Dans ce travail, un modèle de bilan hydrique en zone non saturée a permis de quantifier la distribution spatio-temporelle de l’infiltration sur le bassin. L’infiltration simulée moyenne est importante (215 mm•an^‑1) et a lieu surtout au moment de la fonte printanière (74 %). L’infiltration la plus élevée se produit dans la partie amont du bassin, mais les résultats du modèle ne permettent pas d’évaluer quelle proportion de la recharge atteint effectivement l’aquifère régional profond. Sur l’ensemble du bassin, les concentrations en nitrate dans l’eau souterraine sont majoritairement en deçà de la norme pour l’eau potable (10 mg N-NO₃•L^‑1). Néanmoins, 18 % des puits analysés ont des concentrations supérieures à 1,5 mg N-NO₃•L^‑1, seuil considéré comme la teneur de fond en nitrate. Les indicateurs géochimiques (pH, conductivité électrique, ions majeurs et rapports des isotopes stables de l’eau) montrent que la topographie et la géologie jouent un rôle important dans la dynamique de l’écoulement souterrain. Soixante-quinze pourcents du territoire étudié ont une vulnérabilité intrinsèque élevée, mais la sensibilité des forages à la contamination varie selon leur position le long de l’écoulement souterrain. La recharge réelle de l’aquifère régional se fait principalement dans la partie inférieure du bassin versant et est probablement plus faible que l’infiltration simulée. La vulnérabilité de l’aquifère à la contamination dans cette zone est limitée en raison de la dilution des contaminants dans un volume important d’eau souterraine non contaminée, alimenté par des écoulements souterrains intermédiaires et profonds. La contamination de l’aquifère à l’aval du bassin pourrait cependant augmenter au cours des prochaines décennies à mesure que l’aquifère tendra vers un régime permanent d’apports en contaminants d’origine agricole.

Mots-clés:

• Dynamique de l’écoulement souterrain,
• vulnérabilité,
• recharge,
• paramètres physico-chimiques,
• ions majeurs,
• nitrate,
• isotopes stables,
• Québec

Abstract

Although recent studies have characterized a number of aquifers in southern Quebec, hydrogeological data are still almost nonexistent for many aquifers. The objectives of this study are to understand the groundwater flow dynamics and vulnerability of the Noire River basin aquifer (Montérégie, Québec) which is representative of the fractured bedrock aquifers located at the fringe of the St. Lawrence Lowlands. In this study, an unsaturated zone water budget model was used to quantify the spatio-temporal variability of infiltration over the study area. The average simulated infiltration is high (215 mm•yr^‑1) and occurs mostly during spring snowmelt (74%). Although the largest infiltration occurs in the upper part of the basin, the model does not provide the proportion of recharge that effectively reaches the deep regional aquifer. Throughout the basin, nitrate concentrations are generally below the guideline for drinking water (10 mg N-NO₃•L^‑1). Nevertheless, 18% of the sampled wells have concentrations higher than 1.5 mg N‑NO₃•L^‑1, a level considered to be the threshold of background concentrations. Geochemical indicators (water pH, electric conductivity, major ion concentration and stable isotope composition) indicate that topography and geology play a significant role in groundwater dynamics. Seventy-five percent of the study area has a high intrinsic vulnerability, but well sensibility to contamination varies according to the position along the groundwater flow path. In the up-gradient part of the watershed, surface wells are more vulnerable because they intercept superficial groundwater flow. Aquifer recharge occurs mostly in the lower part of the watershed and is probably less than the simulated infiltration. Vulnerability in this area is low because contaminants are diluted into a large reservoir of uncontaminated groundwater fed by intermediate and deep groundwater flows. Groundwater pollution could increase in this zone over the coming decades as the aquifer reaches a steady state of agricultural contaminant input.

Key-words:

• Groundwater flow dynamics,
• vulnerability,
• recharge,
• physico-chemical parameters,
• major ions,
• nitrate,
• stable isotopes,
• Quebec