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Connaissance et

gestion de l’eau

souterraineProjet d’acquisition de connaissances sur les

eaux souterraines de la Montérégie Est

Hélène Montaz

Pr intemps 2011

Notions d’hydrogéologie générales

�Cycle de l’eau• Moteur du cycle : énergie solaire• Les dif férents réservoirs

– Océans, cours d’eau, glaciers, vapeur d’eau

• Les f lux : - Précip itations- Ruissellement- Évapotranspiration- Recharge des nappes d’eau souterraine- Évaporation

• Les pertubations du cycle- Déforestation- Épuisement des nappes� Détournement des cours d’eau

Notions d’hydrogéologie générales

�Bassin versant topographique– Limité par les crêtes topographiques (substratum imperméable)

� Bassin versant hydrogéologique– Limité par les crêtes piezométriques (substratum perméable

et inf iltration des eaux de précipitation)– Aire de collecte des eaux souterraines pour un exutoire

Notions d’hydrogéologie générales

� Schéma d’un aquifère (= formation rocheuse contenant la nappe d’eau)

Zone de transition entre zone saturée et non saturée

Notions d’hydrogéologie générales

�Types de roches favorables à la formation d’aquifères :

- Sables et graviers (alluvions)- Roches compactes carbonatées f issurées (calcaires…)- Roches volcaniques et magmatiques fissurées (basaltes, granites)- Grès peu consolidé ou fissuré

�Dans la zone d’étude on trouve :

– Sédiments glaciaires (till, esker, épandage proglaciaire subaquatique)– Sédiments grossiers marins ceinturant les collines Montérégiennes– Sédiments f luviatiles (alluvions récents et anciens)– Roc ?

Notions d’hydrogéologie générales

� Configuration hydrodynamique des aquifères

- Aquifère a nappe libre : toit de l’aquifère en contact direct avec l’atmosphère,

- Aquifère a nappe captive : aquifère profond recouvert par une couche imperméable et entièrement saturée d’eau. Le poids des terrains supérieurs entraîne une pression de l’eau qui lui donne un niveau de stabilité (piézométrique) supérieur au toit de la nappe. Lorsque ce niveau est supérieur a la cote du sol, on parle d’artésianisme (cf. schéma ci-après)

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Notions d’hydrogéologie générales

� Configuration hydrodynamique des aquifères

- Aquifère a nappe artésienne: eau jaillissant au-dessus du sol

Nappe

captive

Couche

imperméable

Niveau de

stabilité de l’eau

Notions d’hydrogéologie générales

� Caractéristiques physiques des aquifères

-Aquifère poreux : sédiments glaciaires oualluvionnaires

-Aquifère fissurés : Roc

Notions d’hydrogéologie générales

� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines– Capacité et vitesse d’inf iltration en fonction de la perméabilité

- Seules les précipitations efficaces rechargent les nappes libres.

- Elles représentent la quantité d’eau fournie qui reste disponible à la surface du sol après soustraction des pertes dues à l’évapotranspiration des végétaux.

- Il peutexister une drainance des aquifères supérieurs qui rechargentles nappes profondes. Cependant, les v itesses de circulation sontextrêmement lentes au sein de ces formations que l’on appelle semi-perméables (quelques mètres par an).

- La capacité des sols à l’infiltration ou au ruissellementdes eaux de surface dépend de plusieurs facteurs: nature du sol et du sous-sol, topographie, couverture végétale, structure géologique.

Notions d’hydrogéologie générales� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines

- Les cartes montrées ci-après mettent en évidence l’influence de latopographie sur la densité du réseau hydrographique.

- En effet , dans la zone des Basses-Terres où la topographie dessineune plaine avec un sol argileux, la formation de cours d’eau importantstels que le Richelieu et le Saint-Laurent est possible car l’eau desurface peuts’accumuler.

- À noter l’importance du réseau d’irrigation à des fins agricoles quiperturbe la lecture de la carte.

- Dans les zones plus chaotiques (Piedmont, Appalaches) il y a uneabondance de petits ruisseaux (torrents) due à la topographie trèsvallonnée.

- L’eau ruisselle en surface ou s’infiltre au sein des fractures etapprovis ionne les lacs dans les dépressions topographiques.

Notions d’hydrogéologie générales� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines

- Capacitéet vitessed’in filtration en fonctionde la perméabilité

Notions d’hydrogéologie générales� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines

- Capacitéet vitesse d’in filtration en fonction de la perméabilité

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Notions d’hydrogéologie générales� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines

� La piézométrie d’une nappe

Courbes

piezométriques

Ligne de courant

Axe de drainage

de la nappe

Notions d’hydrogéologie générales

� Recharge et écoulement naturels des eaux souterraines- Quatres types d’exutoires :

Source

Surface d’eau libre (lacs, rivières)

La mer

Notions d’hydrogéologie générales

� Paramètres principaux des aquifères� Piézométrie

� Etude de la var iation du niveau de la nappe

� Gradient hydraulique� (H2 -H1 )/L

� Pente du niveau de la nappe

responsable de la circulation

de l’eau au sein de la formation

rocheuse.

� Perméabilité K (ou conductivité hydraulique)� Aptitude d’un aquifère à se lais ser traverser par l’eau sous l’effet d’un gradient hydraulique.

Elle dépend de la granulométr ie de la roche et de la viscos ité de l’eau

� Valeur de 10 a 10-1 1 mAs

� Valeur limite d’un réservoir perméable 10-9 m/S

Notions d’hydrogéologie générales

� Paramètres hydrogéologiques principaux des aquifères

� Transmissivité T (ou productivité d’un aquifère)� La productivité d’un captage es t fonction de la perméabilité (K) et de l’épais seur (e) de l’aquifère

� C’est le débit d’eau qui s’écoule, par unitéde largeur, d’un aquifèresous l’effet d’un gradient hydraulique.

� Unité : m2 /s� Déterminésur le terrain (pompaged’essai)

� T= Ke

� Porosité totale� Ensemble des vides de l’aquifère (laboratoire)

� Volume des vides / volume total de l’échantillon

� Porosité eff icace� Volume eau gravitaire (disponible) / volume total

� Coeff icient d’emmagasinement S � Déterminé sur le terrain (pompage d’essai)

� Volume d’eau libéré par unité de sur face de l’aquifère sous l’action d’une var iation du niveau d’eau

� 0,2 à 0,01 (nappe libre), jusqu’à 0,0001 (nappe captive)

Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraine

� Puits� Classique� Artésien

Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraine� Exemples de techniques de puits

- Zone inondable

Tête de puits plus haut que le

niveau de crue maximum

Tête de puits pouvant

être submergée

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Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraine

� Captage de source

– Chambre de captage d’une source diminue (ou tarit) le débit de la rivière

Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraine� Techniques de forage

Nappe libre

Nappe captive

Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraineExploitation des ouvrages� Puits et forages modifient l’équilibre de la circu lation souterraine (cône de

rabattement)

- Zone d’influence : niveaux de la nappe rabattus

par le pompage (cône de dépression)

- Zone d’appel : aire d’alimentatio n du captage

Notions d’hydrogéologie générales

�Captage de l’eau souterraine

� Rappel du Règlement sur le captage des eaux souterraines ?

� Distance de 30 m d’un systèmede traitement non étanchedes eaux usées

� Hauteur min imaledu tubagede 30 cm > surface du sol

� Espaceannulairedu tubagedoit êtrescellé afin d’éviter toutecontamination de la surface sur 1 m de profondeur depuis le sol (aquifère rocheux sur 5 m)

� Essai de débit d’au moins 30 min

� Obturation de l’ouvragedans les règles de l’art s’il ne répond pas aux attentes afinde protéger l’intégrité des eaux souterraines

� Analyses de l’eau par un laboratoire

� Puits artésien entraînedes aménagements spécifiques

� Dispositions en zone agricole

� …………

Notions d’hydrogéologie générales

�Normes de potabilité (rappel sur la signification de chaqueélément ?)

– Température– pH– Fer (0,3 mg/L), manganèse– Turbidité– Conductivité– Bactériologie (Escherichia coli, coliformes)– Chlore– Chlorures (200mg/L)– Sulfates (250mg/L)– Aluminium– Sodium– TAC, TH (dureté = capacité d’entartrage)– CO2(agressivité de l’eau)

Hydrogéologie de la zone d’étude

� Géologiedu Roc

Basses -Terres roches peu déformées

Piedmont Appalachien : roches charriées les unes sur les autres

Appalaches:roches d’origine transformées

BT: Début de la déformation (failles)

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Hydrogéologie de la zone d’étude�Géologie du Quaternaire

Sédiments organiques

Alluvions

Sables marins

Argiles et silts marins

Argiles glaciolacustres

Graviers et sab les fluvioglaciaires

(eskers, etc)

Sédiments glaciaires (tills)

Sédiments p lus anciens

Roc

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Géologie du Quaternaire (Basses-Terres)

Formations superfic ielles

AlluvionsS

Sédiments mar ins argilo-s ilteux

Sédiments glaciaires (Till)

Formations rocheuse déformées (Roc )

Shale

Calcaires

Ardoise, calcaires , matér iels fins…

Coupe réalisée à partir des travaux de terrains (route 239)

La majorité du territoire des Basses-terres est recouverte par une couche d’argile marine plus ou moins épaisse. Des sables alluviaux sont déposés sur l’argile et pourraient avoir un potentiel aquifère, cependant ils sont très vulnérables face aux pollutions de surface. Parfois des sédiments lacustres pourraient se retrouver sous

les argiles. Le till semble être présent qu’à partir du Piedmont.

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Géologie du Quaternaire (Piedmont et Appalaches)

Sédiments marins littoraux

Sédiments marins profonds (argile)

Sédiments glacio-la c us tres profond (argile)

Sédiments fluviogl aci aire d’épandage

proglaciaire subaquatiq ue (devant le glacier)

Graviers et sables juxtaglac iair es

(eskers, etc)

Sédiments glaciaires (tills remaniés)

Sédiments glaciaires (tills)

Roc

Coupe schématique de la région d’Upton (Piedmont appalachien)

La succession des terrains du Quaternaire est la même que ce soit dans le piedmont ou dans lemassif des Appalaches. Cependant l’argile marine n’est présente que dans les basses altitudes(< 100m).Le til l recouvre la majorité du territoire (roches de surface remaniée par le glacier), lesvallées sont remplies par des sédiments déposés lors de la fonte du glacier (fluviati les puislacustres).Les eskers sontdéposés par des riv ières sous le glacier lors de safonte.

Hydrogéologie de la zone d’étude�Piezométrie à l’echelle régionale

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Collines montérégiennes

� Potentiel aquifère– Sédiments entourant les collines (accum. en conditions marines)

– À l’aval glaciaire (au sud) des collines (accum. en conditions proglaciaires)

– Formations grossières des paléo-flèches littorales (accum. en conditions fluviatiles)

� Zone de recharge (circulation de l’eau)– Dans les montagnes et les sédiments les entourant

– Le rôle des aquifères peu profonds sur la recharge des nappes sous-jacentes doitêtreétudié

� Vulnérabilité des nappes d’eau– Absence de couches protectrices peu perméables

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Piedmont appalachien

� Potentiel aquifère– Sédiments glaciaires (Tills)

– Sédiments fluvio-glaciaires (esker, épandagede sables subaquatiques)

� Zone de recharge (circulation de l’eau en direction des nappes)– Tills en direction des sédiments fluvio-glaciaire présents dans les vallées du

Piedmont

– Appalaches ?

� Vulnérabilité des nappes d’eau– Couches protectrices de sédiments marins fins recouvrent les tills dans les vallées

– Epandage fluvio-glaciaireprotégé successivement par les sédiments fins lacustres et marins d’eau profonde

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Hydrogéologie de la zone d’étude

�Massif appalachien� Potentiel aquifère

– Sédiments proglaciaires dans les vallées

– Sédiments glaciaires (Till recouvre la majorité du territoire) ?

� Zone de recharge (circulation de l’eau en direction des nappes)– Certainement une forte in filtration par le roc fracturémais destination des

circu lations d’eau inconnue

– Till

� Vulnérabilité des nappes d’eau– Absence de couche protectrice imperméable couvrant le till ou le roc

– Les glacio-lacustres fins peuvent protéger les fluvio-glaciaires dans les vallées

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Pédologie

Sableux

Argileux

Loameux

Till

Divers

Le sol correspond à l’altération

de la roche sous-jacent e ajoutée à une accumulatio n de matière organique.

Hydrogéologie de la zone d’étude

�La chimie de l’eau souterraine

- Contamination en nitrates

- Taux de chlorures importants (Acton, Haute-Yamaka)- Pollution en phosphore dans le BV de la Yamaska

- Dureté élevée (Acton, nord de Haute-Yamaska)- Solides totaux dissous peu importants

- Plus de contamination pendant l’hiver

- ….

Hydrogéologie de la zone d’étude

�La chimie de l’eau de surface

- Conductivité élevée

- Fer proche de la norme (0,3mg/L)- Chlorures peu élevées

- Trés peu de nitrates

- Phosphore elevé : eutrophisation

Hydrogéologie de la zone d’étude

�Autre thèmes à aborder

- Les dif férents types de traitement des eaux brutes

- Eaux de surface/eaux souterraines (coût, qualité de l’eau…)- Bilan hydrique d’un bassin versant

- Interpréter les pompages d’essai- Savoir lire une carte géologique

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