Datation des eaux et traçage des écoulements souterrains dans les aquifères du Québec par couplage des isotopes des gaz rares, des isotopes radiogéniques et des isotopes légers



Pourquoi veut-on connaître l'âge de l'eau? Vous êtes-vous jamais demandé quel âge avait l'eau que l'on boit tous les jours? Vous pourrez entendre beaucoup d'explications, souvent farfelues et sans fondement scientifique, mais au final vous resterez sans réponse. Est cela n'a rien d'étonnant.

En effet, connaître le temps de résidence de l'eau dans son circuit naturel souterrain, c'est à dire entre le moment où les précipitations pénètrent dans le sol et vont contribuer à l'alimenter, et le moment où cette même eau est prélevée dans un puits ou au niveau de sa résurgence naturelle, est l'un des paramètres les plus complexes à mesurer. Les hydrogéologues mesurent l'âge de l'eau en utilisant les paramètres physiques de la roche traversée par l'eau; ceux-ci donnent une indication de la vitesse de percolation de l'eau souterraine.

Les géochimistes, eux, utilisent des radio-isotopes, qui sont des éléments introduits naturellement dans le système par, et avec l'eau. Cependant, ils décroissent régulièrement au cours du temps pour produire de nouveaux éléments. La mesure des quantités d'éléments pères et fils dans l'eau nous donne une estimation du temps écoulé.

Malheureusement, ces deux méthodes donnent souvent des résultats différents. Pourquoi   cela? Parce que les caractéristiques physiques d'un aquifère qui peut couvrir plusieurs milliers voir plusieurs dizaines de milliers de kilomètres carrés de territoire sont connues seulement dans des endroits très localisés, comme les puits des municipalités ou des particuliers. Compte tenu du fait qu'un système naturel, comme un aquifère, est très hétérogène dans ses caractéristiques physiques, l'âge calculé par un hydrogéologue sera nécessairement une approximation. Le problème se pose différemment pour un géochimiste qui doit approximer le comportement d'un aquifère à celui d'un tuyau d'arrosage : l'eau circule du robinet à la sortie sans perte ou sans gain. Mais un aquifère est en réalité bien plus complexe, et des eaux d'origines et d'âges différents peuvent s'y mélanger, avec pour conséquence un âge mesuré par les isotopes qui n'aura pas de signification apparente. Résoudre ce dilemme revient à étudier et ainsi connaître tous les aspects d'un aquifère dans le milieu naturel.

Pourquoi serait-il intéressant de connaître l'âge de l'eau que nous buvons? Il y a deux raisons fondamentales à cela : nous devons être capables de mesurer le temps nécessaire au système pour se recharger après que nous avons en partie exploité la ressource. Imaginez que l'on pomperait trop une eau qui a mis 3 ans pour atteindre votre puits; on peut imaginer qu'en seulement quelques saisons, le système pourra se rééquilibrer.

Imaginez maintenant de surexploiter une eau qui a 8 000 ans : cela posera un gros problème. L'autre aspect est la protection contre la pollution. Imaginez que votre eau de 3 ans d'âge est accidentellement polluée à la source. On peut imaginer encore une fois qu'en moins d'une génération, la circulation d'eau fraîche souterraine pourra, avec le temps, disperser le polluant, mais imaginez à nouveau que le temps à attendre soit cette fois-ci celui d'un circuit qui prendra 8 000 ans!

En voulant tester cette idée, nous avons entrepris une étude dans les régions de Bécancour et d'Amos. L'avantage que nous avions par rapport à d'autres études similaires, était que les aquifères de ces régions avaient déjà été étudiés de façon détaillée (extension spatiale, stratigraphie, chimie de l'eau, etc.) grâce au programme PACES, et ce travail avait été conduit en partie par les mêmes équipes.

Les résultats dans la région de Bécancour sont encourageants, mais ils nous ont aussi emmenés vers d'autres problématiques. En effet, ce n'est que dans une seule région proche de Plessisville que nous avons pu dater correctement l'eau souterraine, qui montre des âges de 3 à 50 ans. Dans le reste du bassin, l'eau contient des excès d'hélium, qui est un gaz inerte produit par la décroissance de l'uranium contenu naturellement dans les roches; cette quantité d'hélium accumulée suggère que l'eau est vieille de plusieurs milliers d'années, temps nécessaire pour produire les concentrations d'hélium mesurées.

Cependant, d'après d'autres indicateurs chimiques mesurés, cette même eau montre, en réalité, des temps de résidence beaucoup plus courts et est donc plus jeune que ce qui est indiqué par l'hélium. Ces excès d'hélium sont un aspect important à étudier en détail car ils pourraient être indicateurs d'un phénomène de migration de gaz depuis les couches géologiques plus profondes, dans une région ou la préoccupation majeure est celle de connaître le risque possible de pollution des nappes souterraines par l'exploitation des gaz de schistes.

Dans la région d'Amos, nous avons pu calculer, avec un grand degré de confiance, l'âge des eaux potables des municipalités d'Amos, Landrienne et Barraute. L'eau d'Amos est âgée de 23 ans, tandis que les eaux des autres municipalités atteignent le siècle. Cela n'a rien d'anormal car Landrienne et Barraute puisent leurs eaux dans des systèmes dits « confinés » tandis qu'à Amos l'eau circule au sommet des eskers dans des circuits très rapides. Ainsi dans la moraine d'Harricana proche de Landrienne, les eaux qui sont pompées à des profondeurs de 60 m ont moins de 10 ans de vie! Par ailleurs le résultat le plus important est la découverte d'eaux anciennes à la base de ces aquifères, qui sont âgées de 8 000 ans. Ceci est une donnée très importante à tenir en compte dans l'exploitation de ces ressources. En effet, une surexploitation des eskers pourrait entamer cette réserve plus profonde et plus ancienne, ce qui entraînerait des conséquences préoccupantes pour la gestion correcte future de cette ressource très précieuse dans la région d'Amos.

Chercheur responsable

Daniel Pinti, Université du Québec à Montréal

Équipe de recherche

  • Stéphane Barbecot (Université du Québec à Montréal)
  • Vincent Cloutier (Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue)
  • Bassam Ghaleb (Université du Québec à Montréal)
  • Jean-François Hélie (Université du Québec à Montréal)
  • Claude Hillaire-Marcel (Université du Québec à Montréal)
  • Michel Lamothe (Université du Québec à Montréal)
  • Marie Larocque (Université du Québec à Montréal)
  • Martin Roy (Université du Québec à Montréal)

Durée

2010-2013

Montant

224 982 $

Partenaire financier

  • Ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs

Appel de propositions

Eaux souterraines