Moreira, Floriane
(2016).
« Estimation de la décharge des eaux souterraines dans deux rivières du Québec par le traçage du 222Rn et de l'argon » Mémoire.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en sciences de la Terre.
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Résumé
Il est estimé que 20% de la population québécoise s'alimente à partir ses eaux souterraines. Avec la pression anthropique qui augmente rapidement et les changements climatiques, la protection de ses eaux souterraines devient un enjeu sociétal majeur. Afin d'assurer une protection adéquate, il est nécessaire de comprendre l'ensemble du cycle hydrologique dans la région la plus peuplée de la province du Québec. Ce projet de maîtrise vise à comprendre et quantifier l'émergence des eaux souterraines dans les rivières. Le traceur privilégié dans cette recherche est l'isotope de masse 222 du radon (222Rn). Le radon est un élément naturel qui provient de la chaîne de décroissance radioactive de l'238U contenu dans les roches et les sols. Il est mis en solution dans les eaux souterraines par recul alpha (α), par l'érosion et la dissolution de la roche. Il décroît très rapidement en son élément fils, le 218Po en seulement 3,82 jours. Dans les eaux souterraines, le radon peut atteindre des activités de plusieurs dizaines de Becquerels par litre (Bq/L) mais dans les rivières, son activité tend vers zéro car il dégaze rapidement dans l'atmosphère. Sa présence dans les rivières est donc le résultat d'un apport continu qui peut être estimé avec un modèle basé sur un bilan de masse. L'objectif de cette recherche était de quantifier la décharge d'eaux souterraines dans deux rivières québécoises. Pour atteindre cet objectif, le radon, couplé à la conductivité électrique de l'eau et au débit des rivières, est utilisé comme traceur des eaux souterraines faisant émergence dans les cours d'eau. Le radon et la conductivité électrique ont été mesurés dans les eaux souterraines et superficielles de deux bassins versant du sud du Québec : celui de la rivière à la Raquette (35 échantillons – région de Vaudreuil-Soulages – 854 km2) et celui d'un affluent de la rivière Nicolet (96 échantillons – région du Centre-du-Québec – 4585 km2). Des mesures de débit ont également été réalisées à intervalles réguliers le long des deux rivières. Pour comprendre la dynamique du radon dans les rivières, une modélisation a été réalisée en combinant les données (radon, débit) des eaux souterraines et des rivières. Pour réduire les incertitudes sur le modèle, un essai de quantification du taux de dégazage du radon a été développé au laboratoire avec un traçage à l'argon. Dans le bassin de la rivière à la Raquette, le socle précambrien a le plus fort potentiel de production de radon (3,3 à 381,5 Bq/L), tandis que les grès du Potsdam et la dolomie du Beekmantown produisent moins de radon (4,9 à 7,2 Bq/L). Dans le bassin versant de la rivière Nicolet, les aquifères méta-sédimentaires de la zone appalachiennes (0,3 à 520 Bq/L) sont les plus riches en 222Rn à comparer aux aquifères du domaine sédimentaire des Basses-Terres du Saint Laurent (0,6 à 117,0 Bq/L). Dans le modèle de bilan de masse, les taux de dégazage ont été calés à 1,9 m/j pour la rivière à la Raquette et à 1,8 m/j pour la rivière Nicolet. La décharge totale en eau souterraine est simulée pour chacune des rivières à 11 730 m3/j et 22 300 m3/j. Les erreurs quadratiques, calculées à partir de l'ensemble des mesures de radon dans les rivières, sont respectivement de 28 et 25 mBq/L. La limite de détection analytique du radon, estimée à 25 mBq/L ± 3% est très similaire à l'erreur calculée pour les deux rivières. Les modèles permettent de reproduire relativement bien la distribution du radon dans la rivière, bien que les taux de dégazage soient évalués par la littérature. Les tests réalisés en laboratoire avec le traçage à l'argon ont permis de déterminer que les quantités d'argon injectées dans l'eau ne sont pas suffisantes pour dépasser la quantité atmosphérique de manière importante afin de tracer l'argon dans la rivière. La fenêtre de calibration du taux de dégazage doit être déterminée d'une autre manière. L'utilisation du radon comme traceur des interactions eaux souterraines-eaux de surface a permis de quantifier les flux d'eau souterraine faisant émergence dans les cours d'eau et de définir spatialement les points d'émergence. Ces informations sont précieuses pour comprendre le cycle hydrologique global. L'utilisation du radon comme traceur présente de nombreux avantages, incluant la facilité d'échantillonnage et d'analyse, et le faible coût associé. Le développement d'un autre traceur gazeux permettrait de renforcer cet outil afin de rendre la modélisation la plus robuste possible.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cycle hydrogéologique, radon, eaux souterraines, rivières, traçage, argon.
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