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Qu’est-ce qui se fait en recherches sur les eaux souterraines au Québec? En quoi peuvent-elles être utiles aux planificateurs et gestionnaires du territoire? On a posé la question à nos membres chercheurs, et en voici un premier portrait.
John Molson PhD, Ing., P.Eng.
Professeur titulaire
Département de Géologie et de génie géologique
Université Laval
Expertises, sujets d’étude :
Modélisation numérique de l’écoulement des eaux souterraines, du transport réactif des contaminants et du transfert de chaleur en milieux poreux et fissurés
De la recherche aux gestionnaires et planificateurs du territoire
Parmi vos projets de recherche, lesquels seraient les plus utiles aux acteurs du territoire et de la gestion de l’eau?
Mes projets sur le développement des approches de modélisation numérique des aires de protection, ex. aux Îles de la Madeleine, et l’intégration d’incertitude, sont parmi les projets les plus utiles aux acteurs du territoire.
De quelle façon ces résultats pourraient être utilisés par ces acteurs dans leur travail (par exemple, pour prendre des décisions éclairées en aménagement du territoire)?
Avec l’intégration de l’incertitude dans la délimitation des aires de protection, les acteurs auront la possibilité d’augmenter la sécurité et la protection de leurs ressources en eau potable qui proviennent des eaux souterraines.
Projets de recherche
Vulnérabilité des eaux souterraines et délimitation des aires de protection : Îles de la Madeleine
Période : 2019-2022
Objectifs : Évaluer la vulnérabilité des eaux souterraines et, par modélisation numérique, délimiter les aires de protection des puits municipaux aux Îles de la Madeleine.
Résumé :
La gestion et la protection des eaux souterraines pour un approvisionnement durable en eau potable des communautés côtières maritimes constituent un défi à relever plus particulièrement aux Îles de la Madeleine. Aux Îles de la Madeleine, la source d’alimentation en eau potable provient exclusivement de la ressource en eau souterraine. Comme la région est insulaire et qu’un risque d’intrusion saline est présent dû à un équilibre fragile entre l’eau douce et l’eau salée, il s’avère important de pratiquer une exploitation durable de la ressource et d’effectuer un suivi permanent de la ressource pour assurer les besoins présents et futurs de la population. De plus, l’effet des changements climatiques devrait se faire ressentir davantage dans les prochaines années et pourrait entrainer des changements dans le cycle de l’eau, ce qui nécessitera des adaptations dans la gestion de l’approvisionnement en eau potable et des mesures de protection de la ressource. Il est donc primordial de bien comprendre les conditions et la vulnérabilité des eaux souterraines afin d’en assurer un encadrement approprié et de protéger la qualité de l’eau potable. Ce projet vise à déterminer la vulnérabilité de la ressource et à délimiter les aires de protection sous l’influence de l’intrusion d’eau salée.
Modélisation numérique des systèmes hydrogéologiques complexes avec incertitude
Période : 2019-2025
Objectifs : Développement des approches rigoureuses qui incluent l’incertitude dans les modèles numériques de l’écoulement.
Résumé :
L’incertitude existe dans tous les modèles numériques. Par exemple, les paramètres hydrogéologiques comme la conductivité hydraulique ainsi que les conditions aux limites peuvent varier en espace et dans le temps. Le modèle conceptuel est aussi, quant à lui, souvent incertain. Ce projet vise à développer des approches pratiques afin d’inclure cette incertitude dans les simulations numériques de systèmes hydrogéologiques complexes, dont les aires de protection des puits de pompage et le transport réactif de contaminants en milieux poreux et fissurés.
Modélisation numérique des émissions fugitives de méthane dans les aquifères peu profonds
Période : 2018-2021
Objectifs : Investiguer le comportement du méthane (CH4) dans les aquifères peu profonds.
Résumé :
La production du gaz de schiste (méthane, CH4) peut engendrer une détérioration de la qualité des ressources en eaux via la migration du méthane dans les aquifères (BAPE, 2014). Le méthane sous sa forme dissoute dans les eaux souterraines peut entrainer des modifications dans la géochimie du milieu via, par exemple, une augmentation du pH, la mobilisation de métaux et d’éléments traces ou encore l’installation de condition anoxique. L’objectif de ce projet est de mieux caractériser le comportement du méthane et aussi d’évaluer les risques entraînés par les fuites de méthane dans les aquifères peu profonds. Il s’agit d’un travail de modélisation multi-phase durant lequel plusieurs approches seront prises en considération de façon à reproduire les processus physico-chimiques incluant la migration de la phase gazeuse, la dissolution de la phase gazeuse dans l’eau et le transport advectif-dispersif-réactif du méthane. Ce projet vise à mieux comprendre les facteurs influençant la migration des gaz afin de développer les meilleures pratiques en matière de gestion du risque et de surveillance.
Documenter et modéliser les interrelations clés des systèmes hydriques nordiques soumis aux changements climatiques et sociétales
Période : 2017-2021
Résumé :
Une équipe multidisciplinaire de chercheurs en sciences naturelles, mathématiques, génie, et sciences de la santé propose de documenter et modéliser les interrelations clés des systèmes hydriques nordiques soumis aux pressions climatiques, géosystémiques et sociétales. Nous considérons l’hydrosphère terrestre (eaux de surface et eaux souterraines) et la cryosphère (glace, neige, pergélisol). Trois grands enjeux seront abordés: le manque de données et de modèles hydrométéorologiques pour le Nord, le besoin de prévoir l’impact de la dégradation du pergélisol sur les ressources en eau, les infrastructures et l’environnement et le besoin d’un approvisionnement durable en eau potable pour les communautés nordiques.
Nous utiliserons des techniques d’analyse avancées pour la collecte de données, incluant des dispositifs d’optique-photonique, et nous allons développer les modèles les plus avancés de simulation hydrométéorologique et de la dynamique du pergélisol. Des travaux de terrain sont prévus sur plusieurs sites nordiques, incluant Umiujaq et Salluit au Nunavik, QC. Les retombées attendues du projet comprennent: la création d’une base de données unique sur les flux d’eau et d’énergie qui permettra d’améliorer les modèles opérationnels de prévisions météorologiques et de modélisation du climat,une base de données à grande échelle sur la dégradation du pergélisol dans des zones sensibles qui conduira au développement de la prochaine génération de modèles pour simuler la dynamique de la dégradation du pergélisol, et le développement de méthodes in situ de suivi de la qualité de l’eau et de méthodes de traitement et de surveillance de l’eau adaptées au Nord.
Nous allons collaborer étroitement avec des partenaires des organisations nordiques, de l’industrie et du gouvernement pour assurer le transfert et la mobilisation des connaissances. Ce projet permettra à Sentinelle Nord de se positionner parmi les leaders mondiaux de la recherche sur les systèmes hydriques nordiques.
Groundwater resource evolution in degrading permafrost environments: Sustainable water availability and management in the northern community of Umiujaq, Nunavik, Canada
Période : 2013-2017
Résumé :
A cold-region watershed located in the discontinuous permafrost zone near Umiujaq (Nunavik, Canada) was studied in order to increase understanding of the subarctic water cycle and permafrost dynamics. This essay gives an overview of the research, summarised in a collection of six papers that: respectively characterize the physical three-dimensional cryo-hydrogeological system, present a detailed water balance of the watershed, characterize groundwater and surface-water hydrogeochemistry, describe the application of a tracer method to determine groundwater fluxes, develop a two-dimensional numerical model identifying impacts of groundwater flow on permafrost dynamics, and present a parameter sensitivity analysis. The work serves as a guide for developing site characterization plans at similar permafrost-impacted sites and for evaluating their groundwater resource potential.
Voir les 6 articles publié dans la Topical Collection de Hydrogeology Journal: Hydrogeology of a cold-region watershed near Umiujaq (Nunavik, Canada), Hydrogeology Journal, 28, p809–812, https://doi.org/10.1007/s10040-020-02131-z, 2020.