Dynamique de l’écoulement souterrain et vulnérabilité d’un aquifère du piémont appalachien (Québec, Canada)

Même si des travaux récents ont permis de caractériser certains aquifères du sud du Québec, plusieurs demeurent encore très peu connus. Cette recherche a pour objectifs de comprendre la dynamique de l’écoulement souterrain et la vulnérabilité de l’aquifère du bassin de la rivière Noire (Montérégie, Québec), un bassin représentatif des aquifères de milieux fracturés situés en bordure des Basses-Terres du Saint-Laurent. Dans ce travail, un modèle de bilan hydrique en zone non saturée a permis de quantifier la distribution spatio-temporelle de l’infiltration sur le bassin. L’infiltration simulée moyenne est importante (215 mm•an‑1) et a lieu surtout au moment de la fonte printanière (74 %). L’infiltration la plus élevée se produit dans la partie amont du bassin, mais les résultats du modèle ne permettent pas d’évaluer quelle proportion de la recharge atteint effectivement l’aquifère régional profond. Sur l’ensemble du bassin, les concentrations en nitrate dans l’eau souterraine sont majoritairement en deçà de la norme pour l’eau potable (10 mg N-NO3•L‑1). Néanmoins, 18 % des puits analysés ont des concentrations supérieures à 1,5 mg N-NO3•L‑1, seuil considéré comme la teneur de fond en nitrate. Les indicateurs géochimiques (pH, conductivité électrique, ions majeurs et rapports des isotopes stables de l’eau) montrent que la topographie et la géologie jouent un rôle important dans la dynamique de l’écoulement souterrain. Soixante-quinze pourcents du territoire étudié ont une vulnérabilité intrinsèque élevée, mais la sensibilité des forages à la contamination varie selon leur position le long de l’écoulement souterrain. La recharge réelle de l’aquifère régional se fait principalement dans la partie inférieure du bassin versant et est probablement plus faible que l’infiltration simulée. La vulnérabilité de l’aquifère à la contamination dans cette zone est limitée en raison de la dilution des contaminants dans un volume important d’eau souterraine non contaminée, alimenté par des écoulements souterrains intermédiaires et profonds. La contamination de l’aquifère à l’aval du bassin pourrait cependant augmenter au cours des prochaines décennies à mesure que l’aquifère tendra vers un régime permanent d’apports en contaminants d’origine agricole.Although recent studies have characterized a number of aquifers in southern Quebec, hydrogeological data are still almost nonexistent for many aquifers. The objectives of this study are to understand the groundwater flow dynamics and vulnerability of the Noire River basin aquifer (Montérégie, Québec) which is representative of the fractured bedrock aquifers located at the fringe of the St. Lawrence Lowlands. In this study, an unsaturated zone water budget model was used to quantify the spatio-temporal variability of infiltration over the study area. The average simulated infiltration is high (215 mm•yr‑1) and occurs mostly during spring snowmelt (74%). Although the largest infiltration occurs in the upper part of the basin, the model does not provide the proportion of recharge that effectively reaches the deep regional aquifer. Throughout the basin, nitrate concentrations are generally below the guideline for drinking water (10 mg N-NO3•L‑1). Nevertheless, 18% of the sampled wells have concentrations higher than 1.5 mg N‑NO3•L‑1, a level considered to be the threshold of background concentrations. Geochemical indicators (water pH, electric conductivity, major ion concentration and stable isotope composition) indicate that topography and geology play a significant role in groundwater dynamics. Seventy-five percent of the study area has a high intrinsic vulnerability, but well sensibility to contamination varies according to the position along the groundwater flow path. In the up-gradient part of the watershed, surface wells are more vulnerable because they intercept superficial groundwater flow. Aquifer recharge occurs mostly in the lower part of the watershed and is probably less than the simulated infiltration. Vulnerability in this area is low because contaminants are diluted into a large reservoir of uncontaminated groundwater fed by intermediate and deep groundwater flows. Groundwater pollution could increase in this zone over the coming decades as the aquifer reaches a steady state of agricultural contaminant input

Vulnérabilité de l’eau souterraine à la contamination par les nitrates sur le bassin versant de la rivière Noire (Montérégie, Québec)

La rivière Yamaska est l’un des affluents du Saint-Laurent les plus contaminés par les activités agricoles. Cette problématique touche particulièrement le sous-bassin de la rivière Noire où les dépôts de surface du Quaternaire sont discontinus, de faible épaisseur et souvent perméables. L’objectif de cette étude est de déterminer la vulnérabilité de l’eau souterraine sur une partie du sous-bassin de la rivière Noire (100 km2). La méthodologie utilisée comprend la caractérisation de l’aquifère, l’analyse des concentrations en nitrates et des contenus en δ18O, l’étude de la vulnérabilité en utilisant l’approche AQUIPRO et la modélisation hydrogéologique. Les résultats montrent une dégradation significative et d’origine anthropique de l’eau souterraine : plusieurs concentrations excèdent 1 mg N-NO3/L et quelques-unes excèdent 10 mg N-NO3/L. Les puits contaminés sont situés sur les crêtes topographiques où le silt argileux est absent et le till discontinu, et où la plus grande vulnérabilité AQUIPRO a été identifiée. Une diminution des concentrations avec la profondeur de prélèvement s’explique par un écoulement souterrain peu profond entraînant les nitrates vers un ruisseau et vers la rivière Noire. La vulnérabilité de l’eau souterraine est ainsi beaucoup plus grande dans les couches superficielles du roc fracturé. Le temps moyen de séjour de l’eau souterraine est estimé à 20 ans. Les concentrations mesurées permettent d’établir un lien direct entre la vulnérabilité, les dépôts de surface, la stratigraphie du substrat et les directions de l’écoulement souterrain. Elles démontrent aussi la présence d’une contamination de l’eau souterraine par les nitrates qui est susceptible d’augmenter si aucune mesure préventive n’est mise en place.Many studies have shown a link between intensive agricultural practices and groundwater pollution by nitrates. In Québec, recent studies have shown that the Yamaska River is highly contaminated by agricultural activities. Maize and pork production are particularly intensive in the Noire River sub-basin. In this area, quaternary deposits are discontinuous, of limited thickness and are generally permeable, leading to high groundwater vulnerability. The objective of this study was to determine groundwater vulnerability to nitrate contamination on a small agricultural sub-watershed of the Noire River. The methodology included aquifer characterization, analysis of nitrate concentrations and δ18O composition, as well as a vulnerability evaluation and groundwater flow modelling.Located on the south shore of the Saint Lawrence River, the Noire River (1579 km2) is located in the southeastern portion of the Yamaska basin. A small part of the basin (100 km2) was the focus of this study. The Noire River flows in the centre of the study area whereas the Aulnages creek is a small tributary to the Noire River. The study area was limited to the east and west by topographic highs. It is located between the limit of the St. Lawrence Lowlands and the first Appalachian ridges. The bedrock, Cambrian to Ordovician in age, is mainly made of limestone in the western zone and is composed of terrigenous siliciclastic facies in the eastern zone. The substratum forms elongated crests, due to the tectonic grain, surrounded by recent surface deposits. These quaternary deposits are discontinuous and are of limited thickness. The hydrological potential of the fractured rock aquifer is interesting but spatially variable.The deposits were analyzed at 50 observation sites and 18 typical samples were sieved or submitted for density analysis (GEOTERAP). Data from the Système d’Information Hydrogéologique (SIH) were used to complete the field information in establishing the stratigraphy of the area. Soil hydraulic conductivity was measured using a Guelph permeameter and two short-term pumping tests were performed. Monthly water levels were measured in 18 private wells from June 2001 to June 2002. Water was sampled bimonthly from 35 sites (25 deep wells, two shallow wells, two sites in the Noire River, four in the Aulnages stream, and two in a temporary lake, located in a gravel pit). In October 2001 and April 2002, water was sampled for δ18O composition. Analyses were performed at the GÉOTOP-UQÀM-McGill laboratories. Aquifer vulnerability was determined using the AQUIPRO approach, a simple method that considers clay and till thickness, in addition to well depth. A groundwater flow model was developed using MODFLOW and MODPATH to simulate groundwater flow, flow paths and residence times.Characterization of the quaternary deposits confirmed the following sequence, from the base to the top: till; clayey silts; sand and sandy gravel. The thickness of these deposits was variable, and there were bedrock outcrops, mainly on the western and eastern sides of the study area. A north-south esker (partially exploited) is present on the western side of the Noire River. Measured soil hydraulic conductivities show that the clayey silts and till deposits have low permeability whereas the sand is more permeable. Clayey silts present in the centre of the study area, as well as occasional till deposits, offer partial protection to the aquifer, whereas elsewhere infiltration and contaminants can reach the aquifer through recharge. Pumping tests showed high transmissivities for the rock formation, probably resulting from the important rock fracturing in the upper 10 to 15 m of the aquifer. Groundwater flowed towards the river from the eastern and western limits of the study area, and water depth was on average 2.5 m. The Noire River is generally in contact with rock and drains the aquifer.Measured nitrate concentrations exceeded 10 mg  N‑NO3/L (guideline for potable water) in the two sampled surface wells. Concentrations were between 1 and 10 mg N-NO3/L at least once during the study period in ten of the 25 deep sampled wells, indicating a groundwater contamination problem of anthropogenic origin. The highest concentrations were measured in recharge areas and nitrate concentrations were found to decrease generally with well depth. Nitrate concentrations were higher in the Aulnages creek than in the Noire River, probably because the creek intercepts drainage water and shallow groundwater flow. The isotopic composition of surface wells, deep wells and Aulnages creek water remained relatively stable between sampling times. This indicates an important mixing of fresh recharge with in situ groundwater. In the Noire River, δ18O compositions reflect the yearly variations in precipitation.AQUIPRO aquifer vulnerability was highest in the eastern and western parts of the study area where the highest nitrate concentrations were measured. AQUIPRO vulnerability was lowest where the clayey silts provide some protection near the Noire River. The results showed an important spatial heterogeneity in the thickness of the clayey silt layer, underlining the generally high aquifer vulnerability in the study region. The groundwater flow model developed using field data simulated the measured heads adequately. Flow directions simulated with MODPATH confirmed the presence of a shallow groundwater flow from the eastern and western limits and towards the Noire River. This flow is probably responsible for the decreasing nitrate concentrations observed with increasing water sampling depth and confirms that aquifer vulnerability varies with depth in the aquifer. The average groundwater residence time is 20 years. This means that recharge will take on average 20 years to travel through the aquifer and to the Noire River. It also indicates the time frame required for the aquifer to eliminate a large-scale nitrate contamination, after the initiation of control measures.This work showed that groundwater nitrate contamination is related to groundwater vulnerability, which is a function of quaternary deposits, substrate stratigraphy and groundwater flow directions. These factors must be considered when studying groundwater vulnerability as they directly affect contaminant transport. It therefore appears necessary to use a combination of various approaches to better understand aquifer vulnerability and to design preventive measures. This work also demonstrated groundwater contamination by nitrates in the study region. Because of the generally high vulnerability of the aquifer, increased nitrate contamination can be expected in the future if no preventive measures are undertaken to protect the groundwater resource

Projet de connaissance des eaux souterraines de la zone Vaudreuil-Soulanges: rapport synthèse déposé au ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques

Le Projet de connaissance des eaux souterraines de la zone Vaudreuil-Soulanges a été financé grâce à un\ud investissement du Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les\ud changements climatiques (MDDELCC) dans le cadre du Programme d'acquisition de connaissance sur les eaux\ud souterraines (PACES), et grâce à des investissements financiers et en nature de plusieurs partenaires\ud régionaux. Ce projet avait pour but d’établir la cartographie hydrogéologique de la Zone de gestion intégrée de\ud l'eau Vaudreuil-Soulanges sur une superficie totale de 814 km2. Il a été réalisé par l’Université du Québec à\ud Montréal, avec la collaboration de l’École Polytechnique de Montréal, qui ont mis en place une équipe formée de\ud professeurs, d'un agent de recherche, d'étudiants de maîtrise et de doctorat, et de stagiaires de premier cycle.\ud Le projet a été mené en collaboration avec les partenaires régionaux suivants : la MRC de Vaudreuil-Soulanges,\ud l’organisme de bassin versant COBAVER-VS et l’Agence de géomatique Montérégienne (GéoMont).\ud Dans l'ensemble, l'aquifère rocheux de la zone Vaudreuil-Soulanges est très productif pour les roches\ud sédimentaires et moyennement productif pour les roches cristallines du mont Rigaud. Le volume des dépôts\ud sableux est important dans la région de Vaudreuil-Soulanges et ces derniers présentent un bon potentiel\ud aquifère pour les buttes de Saint-Lazare et de Hudson, ainsi qu’à l’esker de Saint-Télésphore. D’autres dépôts\ud sableux sont présents entre Pointe-Fortune et Hudson en longeant la rivière des Outaouais, mais ces derniers\ud ne sont pas exploités pour leur potentiel aquifère, mais plutôt pour leurs matériaux granulaires. L’eau souterraine\ud s’écoule en plaine vers le réseau de drainage majeur (rivière des Outaouais et fleuve Saint-Laurent) à partir des\ud principales zones de reliefs (mont Rigaud, crêtes de Sainte-Justine-de-Newton, butte de Saint-Lazare et de\ud Hudson). À l’emplacement de ces reliefs, les eaux souterraines s’écoulent dans toutes les directions, des hauts\ud topographiques vers les vallées. Une partie de l'écoulement souterrain est intercepté par les rivières et l'aquifère\ud apporte une contribution aux débits des rivières dont l’apport devient crucial en période estivale. L'eau\ud souterraine de la zone d'étude est de bonne qualité de manière générale, mis à part des dépassements des\ud critères de potabilité pour la bactériologie, souvent liés à l’entretien du puits, ainsi que quelques dépassements\ud en fluor liés à la géologie. Le critère esthétique est souvent dépassé pour les concentrations en manganèse, ce\ud qui pourrait être une préoccupation pour la santé des enfants. Très peu de nitrates ont été détectés dans l’eau\ud souterraine et les concentrations mesurées sont bien en-deçà de la norme pour l'eau potable. Les volumes\ud d’eau souterraine utilisés par les particuliers, les villes, l’agriculture et l’industrie sont inférieurs à la recharge,\ud mais la pression des pompages sur la ressource est significative puisqu’elle concerne 29 % de son\ud renouvellement naturel. Les zones de recharge ont des taux de renouvellement élevés mais leur superficie est\ud limitée et ces zones sont également celles où l’aquifère est le plus vulnérable à la contamination depuis la\ud surface : buttes de Saint-Lazare et de Hudson, mont Rigaud, crêtes de till étendues. Les zones les plus\ud vulnérables sont généralement celles ou l’activité agricole est la plus faible, tandis que l’agriculture intensive est\ud principalement localisée dans la plaine argileuse, zone où l’aquifère est peu vulnérable.\ud Les nouvelles données acquises dans le projet PACES-Vaudreuil-Soulanges constituent une base de la\ud connaissance hydrogéologique de la région et apportent des recommandations importantes en termes de\ud gestion de la ressource en eau. Les données acquises permettront d'intégrer l’eau souterraine dans la gestion\ud du territoire à l’échelle de la Zone de gestion intégrée de l'eau Vaudreuil-Soulanges

Quantification of peatland water storage capacity using the water table fluctuation method

Peat specific yield (Sy) is an important parameter involved in many peatland hydrological functions such as flood attenuation, baseflow contribution to rivers, and maintaining groundwater levels in surficial aquifers. However, general knowledge on peatland water storage capacity is still very limited, due in part to the technical difficulties related to in situ measurements. The objectives of this study were to quantify vertical Sy variations of water tables in peatlands using the water table fluctuation (WTF) method and to better understand the factors controlling peatland water storage capacity. The method was tested in five ombrotrophic peatlands located in the St. Lawrence Lowlands (southern Québec, Canada). In each peatland, water table wells were installed at three locations (up-gradient, mid-gradient, and down-gradient). Near each well, a 1-m long peat core (8 cm × 8 cm) was sampled, and subsamples were used to determine SY with standard gravitational drainage method. A larger peat sample (25 cm × 60 cm × 40 cm) was also collected in one peatland to estimate Sy using a laboratory drainage method. In all sites, the mean water table depth ranged from 9 to 49 cm below the peat surface, with annual fluctuations varying between 15 and 29 cm for all locations. The WTF method produced similar results to the gravitational drainage experiments, with values ranging between 0.13 and 0.99 for the WTF method and between 0.01 and 0.95 for the gravitational drainage experiments. Sy was found to rapidly decrease with depth within 20 cm, independently of the within-site location and the mean annual water table depth. Dominant factors explaining Sy variations were identified using analysis of variance. The most important factor was peatland site, followed by peat depth and seasonality. Variations in storage capacity considering site and seasonality followed regional effective growing degree days and evapotranspiration patterns. This work provides new data on spatial variations of peatland water storage capacity using an easily implemented method that requires only water table measurements and precipitation data

Iron status and cognitive performance in adolescent females

Study group from high schools in the Thunder Bay Region (Northwestern Ontario).Cognitive impairments have been associated with iron deficient anemic infants and young children. The relationship in individuals with only a deficit in their iron stores is less clear. Adolescent females are particularly at risk for being iron deficient, however, the research on the relationship between iron status and cognition in adolescent females is limited. Iron supplements have been frequently used to improve iron status and findings suggest they may also improve cognitive impairments. The purpose of this study is to examine the relationship between iron status and cognition in a group of Canadian, adolescent females. Twenty-one, 14-16 year old, iron deficient (ferritin < 20 pg/1 and hemoglobin > 120 g/1) but non-anemic adolescent females participated in an 8-week, double blind, randomized controlled trial. One hundred milligrams of ferrous gluconate (2 X 50 mg) was administered daily to participants randomly assigned to the active group (N=12). ). The control group (N=9) was administered a placebo. Participants completed the Trail Making Test A and B, Motor Free Visual Perception Test-111, Digit Span, and the Covert Orienting of Visual Attention Task before and after the supplementation period. A 3-day dietary analysis was also conducted pre and post treatment. Cognitive deficits were not apparent pre supplementation and performance was not significantly different between the groups post supplementation. Also, ferritin levels improved in both groups. This study does not support previous findings of a relationship between low iron status and cognitive impairment. The lack of cognitive impairment at the pre-test and the difference between brain iron stores and systemic iron stores may be plausible explanations for the failure to find a relationship between iron status and cognition in this study

Projet de connaissance des eaux souterraines du bassin versant\ud de la rivière Bécancour et de la MRC de Bécancour: rapport final déposé au ministère du Développement durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs

Le Projet de connaissance des eaux souterraines du bassin versant de la rivière Bécancour et de la MRC de Bécancour financé dans le cadre du Programme d'acquisition de connaissance des eaux souterraines (PACES) du Ministère du Développement durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs (MDDEFP) avait pour but d’établir la cartographie hydrogéologique de la portion de la Zone de gestion intégrée de l'eau Bécancour située dans la région du Centre-du-Québec (superficie totale 2924 km2). Ce projet a été réalisé par l’Université du Québec à Montréal en collaboration avec un ensemble de partenaires régionaux (Conférence régionale des élus du Centre-du-Québec, MRC d’Arthabaska, de Bécancour, de l’Érable et de Nicolet-Yamaska, organisme de bassin versant GROBEC, Agence de Géomatique du Centre-du-Québec et cégep de Thetford).\ud Les résultats de cette étude montrent que l'aquifère rocheux est dans l'ensemble peu productif. Les formations superficielles granulaires, plus perméables, sont peu épaisses et d'étendue limitée, à l'exception de l'aquifère des sables des Vieilles Forges qui pourrait représenter une source importante d'eau potable. L’eau souterraine s’écoule principalement dans le roc fracturé, du secteur des Appalaches à l'amont vers le fleuve Saint-Laurent en aval. Une partie importante de cet écoulement souterrain est intercepté par les nombreuses rivières présentes dans la région. À l'échelle régionale, la recharge de l'aquifère fracturé est estimée à 159 mm/an. Les volumes d’eau souterraine utilisés par les particuliers, les villes, l’agriculture et l’industrie représentent environ 1% de la recharge de l'aquifère fracturé. Une très faible proportion de la recharge (4%) atteint le fleuve Saint-Laurent en aval de la zone d’étude. L'eau souterraine de la zone d'étude est de bonne qualité et peu de dépassements des normes pour l'eau potable ont été identifiés. Les principaux dépassements, pour le fluor et le baryum, seraient d'origine naturelle. Les problématiques identifiées concernent certains critères esthétiques et notamment les concentrations en manganèse. Les concentrations en nitrates observées ne dépassent pas la norme pour l'eau potable. Elles atteignent toutefois, dans la partie amont de la zone d'étude, des concentrations telles qu'elles peuvent être associées à une source anthropique. Les secteurs où l'aquifère rocheux est le plus vulnérable à une contamination provenant de la surface sont situés entre le piémont des Appalaches et l’autoroute 20, aux endroits où les dépôts sableux sont en contact direct avec le roc et où la recharge est élevée.\ud Le projet PACES-Bécancour apporte des connaissances très importantes pour la région au sujet des eaux souterraines. Les données acquises, les cartes produites et les analyses qui en découlent seront directement utiles pour la gestion de la ressource en eau à l'échelle de la Zone de gestion intégrée de l'eau Bécancour

Simulation de la contamination des eaux souterraines du delta du rio Adra et eutrophisation des albuferas (Almérie, Espagne)

Le delta du rio Adra est situé à l’extrême ouest de la province d’Almérie, au sud-est de l’Espagne. À vocation entièrement agricole depuis plusieurs années, les cultures sous serres recouvrent aujourd’hui la totalité du delta. L’utilisation intensive des fertilisants ainsi que le recyclage des eaux d’irrigation ont induit une augmentation alarmante des teneurs en nitrates dans l’eau souterraine de la partie orientale du delta. Dans ce secteur se trouvent deux lagunes (ou albuferas) présentant des concentrations en nitrates élevées. Cet article discute l’effet du recyclage de l’eau d’irrigation sur la contamination de l’eau souterraine et le rôle de cette contamination sur les lagunes. Un modèle simulant le transfert de l’azote dans les sols et la zone non saturée a permis d’évaluer les concentrations en nitrates de la recharge. En considérant la dilution dans l’aquifère et la dénitrification ayant lieu dans le secteur oriental, les concentrations mesurées dans la zone saturée ont été reproduites, confirmant le rôle du recyclage des eaux d’irrigation dans la contamination de l’aquifère. La simulation d’un arrêt du recyclage des eaux d’irrigation estime à dix ans le temps requis pour ramener les concentrations au niveau de celles mesurées avant la mise en place des cultures sous serres. Malgré l’augmentation de la contamination de l’eau souterraine, le taux d’épuration naturelle des nitrates par les lagunes est demeuré à peu près stable entre 1991 et 1997, soit de 92 à 94 %. Les concentrations en nitrates dans les lagunes demeurent cependant très élevées, menaçant celles-ci d’eutrophisation.The Adra delta is located on the eastern limit of Almeria in South-East Spain. Entirely devoted to agriculture for many years, greenhouse crops now cover the entire delta. The intensive use of fertilizers and the recycling of irrigation water have resulted in an alarming increase in nitrate concentrations in the groundwater of the eastern part of the delta. Two wetlands located in this sector are protected as natural reserves and are included in the Ramsar Convention. These wetlands are discharge zones for the aquifer and have shown high nitrate concentrations for some years. The objective of this work was to study the effect of irrigation water recycling on nitrate contamination of groundwater and to highlight the effect of this contamination on the wetlands. A model simulating nitrogen transfer in the unsaturated soil was used to simulate nitrate concentrations in groundwater recharge. Considering the dilution of nitrate into the aquifer and the presence of denitrification processes in the eastern sector, measured nitrate concentrations in the aquifer were adequately reproduced, thus confirming the contribution of groundwater recycling through irrigation in aquifer contamination. Simulation of a hypothetical stop of irrigation water recycling showed that a period of ten years would be necessary for nitrate concentrations to reach levels measured before the start of greenhouse agriculture. Wetland efficiency in attenuating groundwater nitrate contamination has been stable at 92 to 94% from 1991 to 1997. Nitrate concentrations are nevertheless very high in the wetlands, threatening them with eutrophication