14/06/2011
1
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)
14/06/2011
2
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
14/06/2011
3
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
14/06/2011
4
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)
14/06/2011
5
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
14/06/2011
6
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
- ---
Top Related