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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COM

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN SCIENCE DE LA TERRE par Philippe Tremblay ÉTUDE HYDROGÉOLOGIQUE DE L'AQUIFERE DE SAINT-HONORÉ AVEC EMPHASE SUR SON BILAN HYDRIQUE mai 2005 bibliothèque Paul-Emile-Bouletj UIUQAC Mise en garde/Advice Afin de rendre accessible au plus grand nombre le résultat des travaux de recherche menés par ses étudiants gradués et dans l'esprit des règles qui régissent le dépôt et la diffusion des mémoires et thèses produits dans cette Institution, l'Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) est fière de rendre accessible une version complète et gratuite de cette œuvre. Motivated by a desire to make the results of its graduate students' research accessible to all, and in accordance with the rules governing the acceptation and diffusion of dissertations and theses in this Institution, the Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) is proud to make a complete version of this work available at no cost to the reader. L'auteur conserve néanmoins la propriété du droit d'auteur qui protège ce mémoire ou cette thèse. Ni le mémoire ou la thèse ni des extraits substantiels de ceux-ci ne peuvent être imprimés ou autrement reproduits sans son autorisation. The author retains ownership of the copyright of this dissertation or thesis. Neither the dissertation or thesis, nor substantial extracts from it, may be printed or otherwise reproduced without the author's permission. RESUME L'aquifère de Saint-Honoré consiste en une structure paléodeltaïque qui prend la forme d'un plateau sablonneux reposant soit directement sur le socle précambrien ou sur une mince couche de till ou d'argile. Considérant les extractions actuelles et planifiées des eaux souterraines par les divers exploitants, il s'avère nécessaire d'évaluer la capacité d'exploitation de l'aquifère pour en éviter une surexploitation. Mine Niobec a mis en oeuvre un programme de suivi de l'aquifère durant trois années, d'octobre 2001 à septembre 2004, consistant en des mesures périodiques de niveau d'eau dans dix-sept piézomètres, de niveau d'eau de quatre lacs, de débit de quatorze ruisseaux et de paramètres de la qualité de l'eau dans quatre piézomètres. Les diagrammes d'évolution du niveau d'eau dans les piézomètres présentent une baisse générale, au cours des deux premières années du suivi. Depuis juillet 2003, il semble que le niveau d'eau se soit stabilisé, et puis qu'une remontée se soit amorcée au cours de la dernière moitié de l'année 2004. Depuis l'année 2000, la baisse totale observée à ce jour, atteint 3 m près des puits de Mine Niobec et diminue progressivement à environ 1 m (±0.5m) à une distance radiale de 1500 m. Une estimation du bilan hydrique utilisant les données du suivi et la géomatique a été réalisée sur une portion de l'aquifère recouvrant une superficie d'environ 41.6 km2. À partir des données du suivi de trois années consécutives, l'évapotranspiration réelle (ET) est estimée à 398.0, 428.6 et 325.6 mm, pour des précipitations totales (P) respectives de 812.7, 814.3 et 892.2 mm. Par contre, cette évaluation du bilan hydrique de l'aquifère est affectée par une grande incertitude; c'est le cas notamment de l'évapotranspiration, de la quantité d'eau emmagasinée, du ruissellement et de la quantité d'eau sortie aux cours d'eau exutoires. En première approximation, la différence entre P et ET est considérée la recharge de l'aquifère; le ruissellement en surface est considéré comme négligeable sur le plateau sablonneux. Un modèle de simulation numérique de l'écoulement dans l'aquifère de Saint-Honoré a été développé afin d'intégrer dans un modèle conceptuel l'ensemble des informations disponibles. Le modèle numérique a été calé en régime d'écoulement permanent, sur le niveau d'eau de trente et un piézomètres, puis en régime transitoire sur le niveau d'eau de treize piézomètres et sur le débit annuel de dix cours d'eau exutoires pour une période correspondant aux trois années du bilan. Les simulations numériques corroborent adéquatement l'évaluation du bilan hydrique ainsi que les niveaux mesurés pendant les trois années du suivi. Le modèle de simulation est utilisé pour analyser trois scénarios d'exploitation de l'aquifère sous diverses conditions de recharge. Ces scénarios sont qualifiés d'optimiste, de connu et de pessimiste. Ill REMERCIEMENTS Ce projet a été financé par Mine Niobec. L'auteur a reçu une bourse d'étude du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et une autre de la Fondation de l'Université du Québec à Chicoutimi (FUQAC). Les Laboratoires SL ont collecté les données de suivi de l'aquifère. Des informations supplémentaires ont été fournies par la municipalité de Saint-Honoré et par Ville de Saguenay. Les fichiers numériques du secteur à l'étude nous ont été prêtés par la municipalité régionale de comté (MRC) du Fjord-du-Saguenay. Plusieurs personnes ont contribué à ce rapport par des échanges d'idées, notamment Eddy Dénommé de Mine Niobec, Lisa Gauthier et Martin Lamontagne du Ministère de l'Environnement du Québec, Donald Tremblay et Michael Verreault de la firme Les Laboratoires SL, Denis W. Roy, Denis Côté et Pierre Cousineau de l'Université du Québec à Chicoutimi. Finalement, je tiens à remercier Alain Rouleau, le directeur de ce mémoire, pour son aide apportée et ses précieux conseils. IV TABLE DES MATIERES RÉSUMÉ ii REMERCIEMENTS iii TABLE DES MATIÈRES iv LISTE DES FIGURES vii LISTE DES TABLEAUX x LISTE DES ANNEXES xii 1. INTRODUCTION 1 1.1 PROBLÉMATIQUE 1 1.2 DÉMARCHES ANTÉRIEURES 4 1.3 MÉTHODOLOGIE 5 2. DESCRIPTION DE L'AQUIFÈRE ET DE LA RÉGION À L'ÉTUDE.. 9 2.1 SOURCES D'INFORMATION 9 2.1.1 INFORMATIONS CARTOGRAPHIQUES 10 2.1.2 ÉTUDES HYDROGÉOLOGIQUES ET GÉOTECHNIQUES 1 0 2.2 GÉOLOGIE DU TERRITOIRE ET VULNÉRABILITÉ DE L'AQUIFÈRE 1 1 2.2.1 TOPOGRAPHIE 11 2.2.2 NATURE DU SOCLE ROCHEUX 12 2.2.3 NATURE ET ARCHITECTURE INTERNE DES DÉPÔTS MEUBLES 13 2.2.4 MODÈLE GÉNÉTIQUE DE MISE EN PLACE DES DÉPÔTS MEUBLES ... 14 2.2.5 VULNÉRABILITÉ DE L'AQUIFÈRE 15 2.3 UTILISATION DU TERRITOIRE 16 3 . LEVÉS HYDROGÉOLOGIQUES RÉCENTS 28 3.1 LE PLAN DE SUIVI 28 3.2 PIÉZOMÉTRIE 29 3.2.1 DIAGRAMMES D'ÉVOLUTION DU NIVEAU D'EAU 29 3.2.2 CAPTEURS DE PRESSION ENCONTINU 33 3.2.3 CARTE PIÉZOMÉTRIQUE 35 3.3 DÉBIT DE COURS D'EAU 3 6 3.4 FILTRATION AU LAC DOCTEUR 37 3.5 ANALYSES CHIMIQUES 38 4. BILAN HYDRIQUE DE L'AQUIFÈRE 71 4.1 MODÈLE CONCEPTUEL 71 4.1.1 LIMITE DE LA PORTION CONSIDÉRÉE DE L'AQUIFÈRE 72 4.1.2 REPRÉSENTATION DE LA RECHARGE ET DE LA DÉCHARGE 73 4.2 ESTIMATION DES PARAMÈTRES DU BILAN 74 4.2.1 PRÉCIPITATION (RECHARGE) 74 4.2.2 DÉCHARGE 75 4.2.3 VARIATIONS D'EMMAGASINEMENT 80 4.3 BILAN HYDRIQUE 81 4.4 IMPORTANCE RELATIVE DE L'EXPLOITATION ET DE LA RECHARGE 83 5. SIMULATION NUMÉRIQUE DE L'ÉCOULEMENT DES EAUX SOUTERRAINES 87 5.1 MODÈLE NUMÉRIQUE 87 5.1.1 MAILLAGE 89 5.1.2 REPRÉSENTATION DES PROPRIÉTÉS HYDROGÉOLOGIQUES 89 5.1.3 REPRÉSENTATION DE LA RECHARGE 90 5.1.4 REPRÉSENTATION DE LA DÉCHARGE 91 5.2 PROCESSUS DE CALAGE 92 5.2.1 RÉSULTATS DU CALAGE EN RÉGIME PERMANENT 9 5 5.2.2 RÉSULTATS DU CALAGE EN RÉGIME TRANSITOIRE 96 5.2.2.1 Régression linéaire 97 5.2.2.2 Chronographies 98 5.2.2.3 Bilan de masse de la simulation 99 5.2.2.4 Carte piézométrique 101 VI 5.2.2.5 Magnitude et distribution spatiale des erreurs résiduelles 102 5.3 SIMULATIONS PRÉVISIONNELLES 102 5.3.1 PRÉSENTATION DES SCÉNARIOS 103 5.3.1.1 Premier scénario : optimiste 103 5.3.1.2 Deuxième scénario : connu 105 5.3.1.3 Troisième scénario : pessimiste 105 5.3.2 PRÉVISIONS DES SCÉNARIOS ENVISAGÉS 106 5.3.2.1 Variation du niveau d'eau 106 5.3.2.2 Exploitation par rapport à la recharge 108 5.4 LIMITATIONS DU MODÈLE NUMÉRIQUE 110 6. DISCUSSION 128 6.1 HYPOTHÈSES SIMPLIFICATRICES DU MODÈLE CONCEPTUEL 129 6.2 INCIDENCES DE L'AUGMENTATION DE L'EXPLOITATION DE L'AQUIFÈRE.. 131 6.2.1 BAISSE DU NIVEAU D'EAU DANS LES TERRAINS 132 6.2.2 REDUCTION DE LA DÉCHARGE AUX COURS D'EAU EXUTOIRES 133 6.3 ÉVALUATION D'UN DEBIT DURABLE D'EXPLOITATION 134 6.3.1 ÉCARTS CLIMATIQUES 134 6.3.2 BAISSE ACCEPTABLE POUR LES USAGERS 135 6.3.3 RÉDUCTION ACCEPTABLE DU DÉBIT DE BASE DES COURS D'EAU EXUTOIRES 138 7. CONCLUSION 141 RÉFÉRENCES 147 VII LISTE DES FIGURES Figure 1.1- Schémas illustrant les conséquences de l'exploitation des eaux souterraines sur les composantes générales du bilan hydrique de l'aquifère (inspiré de Alley et al., 1999) 7 Figure 1.2- Localisation de la région à l'étude 8 Figure 2.1- Carte des dépôts meubles selon Lasalle et Tremblay (1978) 19 Figure 2.2- Sondages réalisés dans le cadre d'études géotechniques et hydrogéologiques 20 Figure 2.3- Modèle numérique de la topographie de surface 21 Figure 2.4- Modèle numérique de la topographie du socle rocheux 22 Figure 2.5- Section stratigraphique AA' 23 Figure 2.6- Section stratigraphique BB' 24 Figure 2.7-Section stratigraphique CC, DD'et EE' 25 Figure 2.8- Modèle numérique de terrain de \a région du Saguenay-Lac-Saint- Jean 26 Figure 2.9- Utilisation du territoire et contamination potentielle 27 Figure 3.1- Localisation des piézomètres, des ruisseaux et des lacs faisant l'objet du programme de suivi 44 Figure 3.2- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PN-9, PN-10 et PN-11 45 Figure 3.3- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PN-12 et PN-13 46 Figure 3.4- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PN-14 et PN-15 47 Figure 3.5- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PSH-3, PSH-5 et PSH-7 48 Figure 3.6- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PN-1, PN-6 et PN-18 49 Figure 3.7- Élévation du niveau d'eau dans les piézomètres PN-7, PN-8 et PN-16 50 Figure 3.8- Élévation du niveau d'eau dans les uploads/Geographie/ universite-du-quebec-etude-hydrogeologique-de-l-x27-aquifere-de-saint-honore-avec-emphase-sur-son-bilan-hydrique.pdf