Connaissance et gestion de l eau souterraine

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1 Connaissance et gestion de l eau souterraine Projet d acquisition de connaissances sur les eaux souterraines de la Montérégie Est Hélène Montaz Cycle de l eau Moteur du cycle :énergie solaire Les différents réservoirs Océans, cours d eau, glaciers, vapeur d eau Les flux : - Précipitations - Ruissellement - Évapotranspiration - Recharge des nappes d eau souterraine - Évaporation Les pertubations du cycle - Déforestation - Épuisement des nappes Détournement des cours d eau Printemps 2011 Bassin versant topographique Limité par les crêtes topographiques (substratum imperméable) Bassin versant hydrogéologique Limité par les crêtes piezométriques (substratum perméable et infiltration des eaux de précipitation) Aire de collecte des eaux souterraines pour un exutoire Schéma d un aquifère (= formation rocheuse contenant la nappe d eau) Zone de transition entre zone saturée et non saturée Types de roches favorables à la formation d aquifères : Configuration hydrodynamique des aquifères - Sables et graviers (alluvions) - Roches compactes carbonatées fissurées (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 fluviatiles (alluvions récents et anciens) Roc? - 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) 1

2 Configuration hydrodynamique des aquifères Caractéristiques physiques des aquifères Niveau de stabilité de l eau Nappe captive Couche imperméable -Aquifère poreux : sédiments glaciaires ou alluvionnaires -Aquifère fissurés : Roc - Aquifère a nappe artésienne: eau jaillissant audessus du sol Capacité et vitesse d infiltration 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 rechargent les nappes profondes. Cependant, les vitesses de circulation sont extrêmementlentes au sein de ces formations que l on appelle semiperméables (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. - Les cartes montrées ci-après mettent en évidence l influence de la topographie sur la densité du réseau hydrographique. - En effet, dans la zone des Basses-Terres où la topographie dessine une plaine avec un solargileux,la formation de cours d eau importants tels que le Richelieu et le Saint-Laurent est possible car l eau de surface peuts accumuler. - À noter l importance du réseau d irrigation à des fins agricoles qui perturbe la lecture de la carte. - Dans les zones plus chaotiques (Piedmont, Appalaches) il y a une abondance de petits ruisseaux (torrents) due à la topographie très vallonnée. - L eau ruisselle en surface ou s infiltre au sein des fractures et approvisionne les lacs dans les dépressions topographiques. - Capacitéet vitessed infiltration en fonctionde la perméabilité - Capacitéet vitesse d infiltration en fonction de la perméabilité 2

3 La piézométrie d une nappe - Quatres types d exutoires : Courbes piezométriques Ligne de courant Source Axe de drainage de la nappe Surface d eau libre (lacs, rivières) La mer Paramètres principaux des aquifères Piézométrie Etude de la variation 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 laisser traverser par l eau sous l effet d un gradient hydraulique. Elle dépend de la granulométrie de la roche et de la viscosité de l eau Valeur de 10 a m s Valeur limite d un réservoir perméable 10-9 m/s Paramètres hydrogéologiques principaux des aquifères Transmissivité T (ou productivité d un aquifère) La productivité d un captage est fonction de la perméabilité (K) et de l épaisseur (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: m 2 /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 efficace Volume eau gravitaire (disponible) / volume total Coefficient d emmagasinement S Déterminé sur le terrain (pompage d essai) Volume d eau libéré par unité de surface de l aquifère sous l action d une variation du niveau d eau 0,2 à 0,01 (nappe libre), jusqu à 0,0001 (nappe captive) Puits Classique Artésien Exemples de techniques de puits - Zone inondable Tête de puits pouvant être submergée Tête de puits plus haut que le niveau de crue maximum 3

4 Captage de source Chambre de captage d une source diminue (ou tarit) le débit de la rivière Techniques de forage Nappe libre Nappe captive Exploitation des ouvrages Puits et forages modifient l équilibre de la circulation souterraine(cône de rabattement) - Zone d influence : niveaux de la nappe rabattus par le pompage (cône de dépression) - Zone d appel : aire d alimentation du captage Rappel du Règlement sur le captage des eaux souterraines? Distance de 30 m d un systèmede traitement non étanchedes eaux usées Hauteur minimaledu 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 afin de protéger l intégrité des eaux souterraines Analyses de l eau par un laboratoire Puits artésien entraînedes aménagements spécifiques Dispositions en zone agricole Normes de potabilité (rappel sur la signification de chaque élément?) 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) Géologie du Roc Basses -Terres roches peu déformées BT: Début de la déformation (failles) Piedmont Appalachien : roches charriées les unes sur les autres Appalaches: roches d origine transformées 4

5 S 14/06/2011 Géologie du Quaternaire Sédiments organiques Alluvions Sables marins Argiles et silts marins Argiles glaciolacustres Graviers et sables fluvioglaciaires (eskers, etc) Sédiments glaciaires (tills) Sédiments plus anciens Roc Géologie du Quaternaire (Basses-Terres) Formations superficielles Alluvions Sédiments marins argilo-silteux Sédiments glaciaires (Till) Formations rocheuse déformées (Roc) Shale Calcaires Ardoise, calcaires, matériels 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. Géologie du Quaternaire (Piedmont et Appalaches) Piezométrie à l echelle régionale Sédiments marins littoraux Coupe schématique de la région d Upton (Piedmont appalachien) Sédiments marins profonds (argile) Sédiments glacio-la c us tres profond (argile) Sédiments fluviogl aci aire d épandage proglaciaire subaquatique (devant le glacier) Graviers et sables juxtaglac iair es (eskers, etc) Sédiments glaciaires Sédiments glaciaires (tills remaniés) (tills) Roc La succession des terrains du Quaternaire est la même que ce soit dans le piedmont ou dans le massif des Appalaches. Cependant l argile marine n est présente que dans les basses altitudes (< 100m).Le till recouvre la majorité du territoire (roches de surface remaniée par le glacier),les vallées sont remplies par des sédiments déposés lors de la fonte du glacier (fluviatiles puis lacustres).les eskers sontdéposés par des rivières sous le glacier lors de safonte. 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 doit êtreétudié Vulnérabilité des nappes d eau Absence de couches protectrices peu perméables 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 Epandagefluvio-glaciaireprotégé successivement par les sédiments fins lacustres et marins d eau profonde 5

6 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 uneforte infiltration par le roc fracturémais destination des circulations d eau inconnue Till Vulnérabilité des nappes d eau Absence de couche protectriceimperméable couvrant le till ou le roc Les glacio-lacustres fins peuvent protéger les fluvio-glaciaires dans les vallées 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. La chimie de l eau souterraine La chimie de l eau de surface - 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 -. - Conductivité élevée - Fer proche de la norme (0,3mg/L) - Chlorures peu élevées - Trés peu de nitrates - Phosphore elevé :eutrophisation Autre thèmes à aborder - Les différents 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