Étude de la circulation des eaux souterraines des Basses terres du Saint-Laurent : approche par les isotopes de l'hélium et de l'uranium

Mejean, Pauline (2016). « Étude de la circulation des eaux souterraines des Basses terres du Saint-Laurent : approche par les isotopes de l'hélium et de l'uranium » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.

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Résumé

Le temps de résidence des eaux souterraines est un paramètre essentiel dans l'estimation des ressources disponibles pour alimenter en eau potable les populations. La différence entre une eau « jeune » et une eau « ancienne » est un critère crucial pour comprendre comment réagit un système aquifère face aux pressions climatiques et anthropiques. L'une des approches est basée sur la datation radiométrique qui est obtenue en quantifiant la décroissance d'éléments radioactifs en éléments fils le long des lignes d'écoulements, comme par exemple les méthodes 3H/3He et (U-Th)/4He. Néanmoins, plusieurs études ont montré que, couplées à d'autres méthodes de datation isotopiques (p.ex. âges 14C), les âges calculés (U-Th)/4He sont trop vieux, soit l'eau contient des excès en 4He avec des teneurs qui dépassent de plusieurs ordres de grandeur les quantités prédites par la production in situ des roches encaissantes. L'objectif de cette thèse était d'identifier et de quantifier l'origine de toutes les composantes d'hélium présentes, soit la composante atmosphérique acquise à la recharge (3HeASW et 4HeASW), la composante terrigénique (production crustale de 4Heterr ou mantellique de 3,4Heterr) et la composante tritiogénique (3Hetri) dans les eaux souterraines afin de contraindre les méthodes de datation 3H/3He et U-Th/4He. Ce travail a été mené sur les eaux souterraines prélevées dans les aquifères fracturés Paléozoïques et granulaires Quaternaires de deux bassins versants situées dans les Basses-Terres du Saint-Laurent où des projets de caractérisation sont menés : 1) Bécancour, 2) et Vaudreuil-Soulanges. Dans la région de Bécancour, le comportement des isotopes de l'uranium dissous (234U et 238U) a été caractérisé, ce qui a permis de mettre en évidence des mélanges entre deux familles d'eaux : 1) des eaux de type Ca-HCO3 nouvellement infiltrées et contenues dans les aquifères superficiels du Quaternaire avec des rapports d'activités isotopiques (234U/238U)act de 1.14 ± 0.01. C'est la dissolution des carbonates qui a permis la mise en solution de l'uranium avec un rapport d'activité isotopique (234U/238U)act peu fractionné ; et 2) des rapports (234U/238U)act élevés jusqu'à 6.07 ± 0.14 dans des eaux de type Na-HCO3-Cl dans l'aquifère fracturé Paléozoïque. Fait intéressant, il existe une relation inverse entre (234U/238U)act et R/Ra (i.e. (3He/4He)eau normalisé au rapport de l'atmosphère, (3He/4Heair)), ce qui souligne l'enrichissement conjoint de 4He radiogénique et de l'isotope 234U dans l'eau. La réévaluation de la production de l'4He radiogénique a été effectuée en couplant le modèle de mise en solution préférentielle de 234U avec le modèle de relâche de 4He depuis le grain dans l'eau souterraine en assumant une réduction de la taille des grains consécutivement au retrait du glacier Laurentidien. Cette étude suggère que des mécanismes locaux pourraient être la cause des grandes quantités de 4He radiogénique mesurées dans les eaux de ces bassins versants. Cette hypothèse permettrait de façon novatrice d'expliquer les quantités de 4He parfois supérieures de plusieurs ordres de grandeur aux quantités produites par l'U et le Th des roches au sein de l'aquifère, jusqu'ici attribué à l'ajout d'un flux basal d'hélium extérieur à l'aquifère. Dans la région de Vaudreuil-Soulanges, les résultats révèlent des valeurs élevées de la composante mantellique de l'hélium, jusqu'à 16.7%, avec une décroissance régionale en s'éloignant de Vaudreuil (8% sur les bassins versants des rivières Nicolet et Saint-François, et 2% sur le bassin versant de la rivière Bécancour). L'hypothèse est que les eaux auraient accumulé localement de l'hélium mantellique fossile par interactions avec des intrusions présentes dans la région. Le modèle de « vieillissement du magma » suggère que les intrusions Crétacées en lien avec la mise en place du complexe carbonaté d'Oka (Collines Montérégiennes) seraient la source de l'hélium mesuré dans les eaux. Le modèle montre également que des rapports initiaux R/Ra jusqu'à 58 excluent le manteau subcontinental comme source des collines Montérégiennes mais alimente l'hypothèse de la mise en place de ces intrusions suite au passage du point chaud New England. Ces données pourraient donc constituer une preuve supplémentaire permettant de mettre fin au débat qui perdure depuis trente ans sur la source de cette province magmatique continentale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Temps de résidence des eaux souterraines, Basses-Terres de Saint-Laurent, Aquifères fracturés, Fractionnement 234U-238U, Excès de 4He radiogénique, Composante mantellique de l'hélium, Collines Montérégienne.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Pinti, Daniele Luigi
Mots-clés ou Sujets: Eau souterraine -- Analyse / Basses terres du Saint-Laurent / Aquifères -- Québec (Sud) / Temps de séjour / Eau -- Teneur en hélium / Traceurs en hydrogéologie / Hélium -- Isotopes / Uranium -- Isotopes / Interaction eau-roche
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 31 août 2016 19:02
Dernière modification: 31 août 2016 19:02
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/8776

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