Marqueurs spatio-temporels du couplage chimie/écoulement de l'eau souterraine des milieux aquifères fracturés du Bouclier canadien: étude expérimentale au Saguenay-Lac-Saint-Jean, Québec.

La connaissance des eaux souterraines a considérablement augmenté ces dix dernières années au Québec, grâce au Programme d’acquisition des connaissances sur les eaux souterraines (PACES) du Ministère de l’environnement et de la lutte contre les changements climatiques (MELCC). Des bases de données numériques d’échelle régionale (BDNR) contenant plusieurs milliers de données ont été créés et sont facilement accessibles. Une de ces BDNR contient plus de 3 000 points d’information sur la qualité de l’eau souterraine. Cette qualité est présentée en termes de constituants chimiques majeurs (> 10 mg/L), mineurs (0.01 mg/L à 10 mg/L) et trace (< 0.1 mg/L). Des dépassements des limites de potabilité ont été identifiés sans que leur source n’ait été clairement identifiée, et une importante variabilité spatiale a été mise en évidence par le PACES. À l’échelle régionale, cette variabilité est attribuée à la diversité des milieux géologiques qui composent le Québec, et donc à l’interaction chimique de l’eau avec son milieu aquifère. De manière générale, pour mesurer l’influence de l’interaction eau-roche sur la qualité de l’eau souterraine, un lien étroit doit être fait entre le bagage géochimique de l’encaissant (i.e. géologie régionale et locale), et la dimension physique des écoulements (temps de résidence de l’eau). Ce couplage très dynamique des processus physiques et chimiques est néanmoins extrêmement complexe, ce qui explique que la grande majorité des études réalisées à ce jour repose sur ces notions prises de manière séparée (processus physiques ou chimiques). Ainsi, le projet proposé cherche à améliorer notre compréhension des phénomènes couplés écoulement-évolution chimique, et à identifier des traceurs géochimiques caractéristiques de différents stades d’évolution de l’eau en interaction avec son milieu géologique. Pour ce faire, 3 objectifs spécifiques sont proposés: 1) vérifier et valider les principaux mécanismes d’interaction eau-roche présentés sous forme de modèles conceptuels dans la littérature; 2) quantifier l’influence des principaux mécanismes d’interaction eau-roche sur la chimie de l’eau souterraine en faisant le lien avec les conditions d’écoulement; 3) déterminer une série de traceurs géochimiques de l’interaction eau-roche caractéristique des conditions d’écoulement de l’eau souterraine, avec une attention particulière aux éléments chimiques du groupe des Terres rares (ETR). Le projet proposé se fera sous la forme d’un doctorat dont les 2 premières années seront financées par le FRQNT. Au doctorant, s’ajoutent 2 étudiants du 1er cycle qui réaliseront une partie du travail de laboratoire sous la forme de projets de fin d’études. Dès l’année 1, l’étudiant PhD réalisera des essais expérimentaux à l’aide d’un « réacteur à écoulement piston » (équipement demandé) pour effectuer des expériences de percolation réactive avec des roches cristallines du Bouclier canadien de la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean. Le contenu en éléments majeurs, mineurs et traces (incluant les ETR) de l’eau de précipitation (pluie et neige) sera analysé afin de quantifier les intrants géochimiques du système aquifère à l’étude. Et finalement, des travaux de modélisation du transport réactif seront réalisés pour proposer des scénarios d’évolution de l’eau souterraine dans le milieu étudié et identifier des traceurs géochimiques permettant de faire le lien avec les conditions d’écoulement.