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Au Canada, l'eau souterraine constitue une ressource naturelle stratégique. C'est un élément indispensable au bien-être et à la santé d'environ sept millions de Canadiens qui comptent sur cette ressource pour leur approvisionnement quotidien en eau. Cependant, il existe des disparités régionales dans l'approvisionnement, la demande et la qualité de l'eau de sorte que certaines régions en ont en excédent alors que d'autres en manquent ou en ont mais de qualité restrictive. L'eau souterraine est également essentielle à la viabilité de notre environnement et à la croissance de l'économie canadienne, en particulier du secteur agricole. Elle représente un atout économique important également pour diverses activités urbaines.

Récemment, le Conseil géoscientifique canadien est arrivé à la conclusion que les efforts faits par le Canada relatifs à l'inventaire et à la protection des eaux souterraines et les travaux de recherche sur le sujet étaient fragmentaires et insuffisants (Canadian Geoscience Council, 1993). La connaissance du cadre géologique et la base de données sur les études de l'eau souterraine sont incomplètes à l'échelle nationale. À titre d'exemple, le rapport de Brown (1967), synthèse nationale la plus récente effectuée sur l'eau souterraine au Canada, a été publié par la Commission géologique du Canada (CGC) en 1967 alors qu'au cours des 25 dernières années, la United States Geological Survey (USGS) a mis en oeuvre des programmes d'envergure sur l'eau souterraine des États-Unis dans le cadre du programme RASA (Regional Aquifer System Analysis) (Sun et Johnston, 1994). Lors de l'exécution de ce programme, on a eu recours à des méthodes régionales améliorées (p. ex. l'hydrogéochimie) et à la modélisation systématique de l'eau souterraine afin de faire progresser les connaissances en la matière. Au Canada, les nouveaux investissements dans la recherche sur l'eau souterraine ont pris du retard, notamment à l'échelle régionale. Par conséquent, la CGC a entrepris, avec la collaboration de partenaires provinciaux et municipaux, de nouvelles études régionales sur l'eau souterraine dans plusieurs régions du pays, notamment dans la Moraine d'Oak Ridges (fig. 1). La toute première priorité est de fournir un cadre hydrogéologique tridimensionnel à l'échelle régionale pour appuyer l'évaluation des ressources, cadre qui devrait permettre de parfaire le contexte régional qui servira à l'exécution d'études à l'échelle locale et régionale.

Cartographie hydrogéologique régionale

L'approvisionnement en eau souterraine est une question importante dans les études hydrogéologiques en cours dans la Moraine d'Oak Ridges et l'agglomération de Toronto. Comme dans de nombreuses régions du Canada au cours des 50 dernières années, pour effectuer la mise en valeur de l'eau souterraine, on s'est grandement appuyé sur les foreurs de puits (Cherry et al., 1988) et sur leurs rapports comme source fondamentale de données sur les ressources en eau (Russell et al., 1998 (A)). Les puits domestiques sont creusés à la profondeur requise sur les propriétés résidentielles par un foreur qui connaît très bien le potentiel aquifère de la région locale. L'approvisionnement des villes s'est mis en place localement d'une manière similaire. Dans un petit nombre de cas, les évaluations des ressources en eau souterraine ont été faites avant l'installation des puits de production, par des professionnels des nappes d'eau souterraine. Jusqu'à ce jour, la méthode de forage des puits a été relativement efficace pour alimenter en eau les résidences et les agglomérations. Cependant, cette méthode et le peu d'investissement dans l'évaluation des ressources en eau n'ont permis d'accumuler que très peu de données hydrostratigraphiques ou de connaissances pour ce qui est d'effectuer d'autres mises en valeur des ressources en eau souterraine dans la région de la Moraine d'Oak Ridges (p. ex. Sharpe et al., 1996).

La délimitation de la nappe aquifère uniquement au moyen du forage de puits n'a pas permis de définir un cadre géologique suffisant pour traiter un éventail de sujets hydrogéologiques et de problèmes connexes d'aménagement du territoire. En outre, il est très difficile d'acquérir une connaissance de l'eau souterraine dans des régions renfermant des dépôts glaciaires de subsurface complexes tels que dans la Moraine d'Oak Ridges parce que les aquifères et les aquitards sont d'étendue et de géométrie différentes à l'échelle régionale et les faciès sédimentaires peuvent changer rapidement. Par conséquent, les trajectoires d'écoulement de l'eau souterraine sont mal connus dans ces sédiments glaciaires dont l'épaisseur peut atteindre plus de 200 m. Il faut donc avoir recours à la cartographie géologique tridimensionnelle pour mettre en évidence les facteurs qui contrôlent l'écoulement de l'eau souterraine. Cette connaissance alliée à une surveillance hydraulique axée sur l'aquifère permettra de mieux évaluer la connectivité, la capacité et la protection des aquifères.

Études de l'eau souterraine dans la Moraine d'Oak Ridges

La présente étude de la Moraine d'Oak Ridges constitue l'une des premières études régionales d'une moraine dans le sud de l'Ontario (fig. 2) et au Canada axée sur la compréhension d'une structure géologique tridimensionnelle pour appuyer la cartographie hydrogéologique régionale. Le point central de cette étude est l'élaboration d'un modèle géologique conceptuel de la région de la Moraine d'Oak Ridges (fig. 3). Les méthodes de géologie appliquées à l'échelle régionale sont un complément aux méthodes hydrogéologiques utilisées à l'échelle d'un site particulier (fig. 4). Elles comprennent des techniques d'analyse de bassins telles que la cartographie des sédiments (p. ex. Sharpe et al., 1997), les levés de sismique réflexion (Pugin et al., 1999), les forages profonds en continue, la géophysique de fond de trou et la télédétection, ainsi que l'analyse géostatistique (Desbarats et al., 1998), le jaugeage du débit de base à l'échelle du sous-bassin hydrographique et les relevés géochimiques (Hinton et al., 1998; Dyke, 1999) et la collecte de données d'archives. La synthèse et l'analyse des données ont été effectuées à l'aide d'une base de données relationnelle (Russell et al., 1996) qui permet l'intégration tridimensionnelle du SIG. L'utilisation de ces techniques de mise en évidence et de caractérisation des réservoirs est fréquente dans l'industrie pétrolière et gazière.

Dans l'agglomération de Toronto, les données hydrostratigraphiques peuvent être réparties en principaux dépôts sédimentaires représentés dans un cadre géologique régional tridimensionnel et faisant ressortir les six principales entités stratigraphiques suivantes, de la plus ancienne à la plus récente : i) substratum rocheux, ii) sédiments inférieurs, iii) Till de Newmarket, iv) sédiments de chenal, v) sédiments de la Moraine d'Oak Ridges et vi) Till de Halton. Les sédiments inférieurs, les sédiments de chenal et les sédiments de la Moraine d'Oak Ridges forment d'importants aquifères alors que les tills de Newmarket et de Halton forment en général des aquitards. Par endroits, le substratum rocheux tient lieu d'aquifère ou d'aquitard.

Le modèle géologique est utilisé pour élaborer le cadre stratigraphique et hydrostratigraphique de la région. Dans la région de la Moraine d'Oak Ridges, les sédiments de chenal et les sédiments morainiques sont particulièrement intéressants en ce qu'ils forment le principal système d'aquifère. Les modèles sédimentaires évolutifs indiquent qu'il existe des liens génétiques entre les formes de relief et les sédiments morainiques et de chenal (Gilbert, 1997; Barnett et al., 1998; Russell et al., 1998 (B)). Les modèles sédimentaires puissent dans les progrès récents réalisés dans la compréhension du rôle que jouent les inondations engendrées par l'eau de fonte subglaciaire dans un terrain englacé du sud de l'Ontario (Shaw et Gilbert, 1990; Brennand et Shaw, 1994; Barnett et al., 1998). Ces modèles stratigraphiques et sédimentaires permettent de comprendre l'hydrostratigraphie tridimensionnelle la plus exacte possible pour la préparation de modèles hydrogéologiques. À leur tour, ces méthodes permettent de traiter un éventail de problèmes liés à la gestion des ressources en eau à l'échelle du pays, en particulier des régions urbaines en pleine expansion telles que la Moraine d'Oak Ridges et l'agglomération de Toronto.

Références

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