Survol hydrogéologique de l'aquifère transfrontalier du bassin de la rivière Châteauguay

Survol hydrogéologique de l'aquifère transfrontalier du

bassin versant de la rivière Châteauguay, Canada -

États Unis

Charles Lamontagne1, Miroslav Nastev2

1 Ministère du Développement durable, de l’Environnement et desParcs du Québec, 675, boulevard René Levesque Est, boîte 42,Québec, Québec G1R 5V7(418) 521-3885 #4814 ; [email protected]

2 Commission géologique du Canada, Ressources naturelles duCanada, Québec, Québec G1K 9A9

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Résumé

Le projet de cartographie de l'aquifère du bassin de laChâteauguay s'est déroulé sur quatre ans, entre 2003 et 2007, eta requis l'implication de plusieurs équipes multidisciplinaires.L'origine du projet est reliée au manque de connaissance surl'état de la ressource en eau souterraine, tant au niveau de laqualité que de la quantité et à la difficulté de gérer laressource. Le projet a défini le contenant (les unités aquifères)et le contenu (la qualité ainsi que les quantités d'eaudisponible). La méthodologie utilisée comprend la compilation desdonnées existantes, leur traduction en format numérique, la miseà jour de la géologie du Quaternaire, la collecte de nouvellesdonnées, l'interprétation de ces données en vue d'établir lesprocessus hydrogéochimiques, l'écoulement, la vulnérabilité et la

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pérennité des eaux souterraines. L'aquifère régional estconstitué de couches sédimentaires mais c'est la nature etl'épaisseur des dépôts meubles qui définissent les contexteshydrogéologiques et d'écoulement.

Abstract

The regional hydrogeological study of the Châteauguay Riverwatershed was undertaken during a four years period, between 2003and 2007, and required the involvement of several multidisciplinary groups.  The rationale for the study was the evidentlack of knowledge on the state of the groundwater resource whichhindered management efforts in the watershed. The projectobjective was to define the major aquifer units and the qualityand quantity of the groundwater resources. The appliedmethodology consisted of compilation of existing data andbuilding up of digital database, field acquisition of new data,update of geological maps, followed by the determination ofhydrodynamic and hydrogeochemical processes, and thesustainability assessment. The regional aquifer units are foundwithin the sedimentary bedrock formations and occasional coarsefluvioglacial sediments. The nature and thickness of thesurficial deposits defines the hydrogeological settings and flowregimes.    

Introduction

Le bassin versant de la rivière Châteauguay est situé au sud-

ouest du Québec, immédiatement au sud-ouest de la ville de

Montréal (Figure 1). Le bassin est transfrontalier entre le

Canada et les États Unis et couvre une superficie de 2 543 km2

répartie presque également entre le Québec 57%) et l’état de New

York (43%). Au Canada, le bassin versant est densément peuplé

(100 000 habitants) et la population est fortement dépendante de

l'eau souterraine comme source d'alimentation. Approximativement,

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67% de l'eau utilisée provient de l'eau souterraine et on estime

qu'il y a plus de 20 000 puits domestiques sur le territoire.

Presque la totalité de ces puits interceptent l'aquifère

régional, situé dans les roches sédimentaires paléozoiques (grès,

dolomies et calcaires) qui sont par endroits en contact avec des

sédiments fluvio-glaciaires grossiers.

La qualité des eaux souterraines de la région est reconnue; une

usine d'embouteillage est active et plusieurs autres projets ont

été proposés dans les dernières années. Historiquement, les

activités industrielles à Ville Mercier ont mené à un des plus

importants cas de contamination de l'eau souterraine de la

province. Au début des années 70, des déversements d'huiles

usées, incluant des hydrocarbures chlorés, ont mené à la

fermeture des puits municipaux de Mercier et de Sainte-Martine.

D'ailleurs, un piège hydraulique, mis en place en 1984 par le

ministère du Développement durable, de l’Environnement et des

Parcs (MDDEP), pompe de l'ordre de 1 Mm3 d'eau souterraine par

année pour contrôler la contamination.

Figure 1. Zone d'étude avec le modèle altimétrique de terrain en

arrière plan.

Le bassin versant de la rivière Châteauguay est une des régions

du Canada où les eaux souterraines à l’échelle régionale sont les

mieux documentées en raison de la forte utilisation de l'eau

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souterraine pour l'agriculture et les usages domestiques. Le

cadre stratigraphique et la géologie du sud du Québec ont été

extensivement étudiés par Clark (1966) et Globensky (1981, 1986

et 1987). Une série de travaux thématiques plus récents ont été

réalisés par la Commission Géologique du Canada - CGC (Lavoie,

2004). La stratigraphie quaternaire a été étudiée par MacClintock

et Stewart (1965), Richard (1982), LaSalle (1981, 1985), et

dernièrement par Tremblay et Lamothe (2005). Plusieurs études

hydrogéologiques régionales ont été réalisées dans ce bassin

également (Freeze 1965; McCormak 1981; Morin et al., 2007; et

Nastev et al., 2008), ainsi que plusieurs travaux reliés à la

contamination des anciennes lagunes de Mercier, pour laquelle des

études de terrain et de modélisation locale ont été réalisées

dans le passé (Poulin, 1977; Pontlevoy, 2004). Il est intéressant

de noter qu'en 1964, à partir des débits de base, Freeze (1965)

estimait, que pendant les années 50, l'alimentation des nappes

représentait 13% des précipitations alors que les travaux récents

sur l'aquifère de Châteauguay ont conclu que la fraction des

précipitations qui alimentent la nappe régionale est de l’ordre

de 9 % (Croteau et al., cette publication).

Quoique la ressource eau souterraine soit relativement abondante

dans la région, l'augmentation graduelle de la population et des

activités économiques combinées aux prélèvements plus importants,

conjuguée aux conditions sèches des dernières années et aux cas

de contamination ponctuelles ont crée des pénuries locales et des

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conflits occasionnels d'usage dans les zones de forte demande. La

population locale est aussi préoccupée par les impacts potentiels

sur l'eau souterraine des usages agricoles intensifs reliés

notamment à la culture maraîchère sur les tourbières des régions

de Saint-Rémi et Sherrington (à l’est de Sainte-Clotilde-de-

Châteauguay), à la pomiculture et à l'utilisation des pesticides

sur le mont Covey Hill et à la généralisation des grandes

cultures dans la plaine argileuse (maïs, soya). Par ailleurs, les

résurgences du mont Covey Hill constituent l'unique habitat de la

salamandre sombre des montagnes au Québec. Un autre problème

potentiel relié aux eaux souterraines est causé par la

commercialisation de l'eau par les embouteilleurs (Dagenais et

Nastev, 2005). Des conflits entre les divers usagers de l'eau

sont anticipés. Les gestionnaires locaux ne sont pas équipés pour

faire face à ces problèmes, en partie à cause du manque de

connaissance sur l'état de la ressource, tant au niveau quantité

que qualité, ainsi que par le manque de compréhension de sa

dynamique d'écoulement. Il est donc difficile d'élaborer des

règles de gestion de la ressource. Ce sont toutes ces raisons qui

ont été invoquées pour justifier l'étude hydrogéologique

régionale entreprise en 2003 conjointement par le MDDEP, la CGC

et la USGS (United States Geological Survey). Cette étude avait

pour objectif la définition des unités aquifères (le contenant),

la qualification du régime d'écoulement des eaux souterraines

ainsi que la détermination d'un portrait de sa qualité et de sa

disponibilité (le contenu). Les principaux résultats du projet

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furent la publication de plusieurs articles scientifiques et

thèses ainsi que l'élaboration d'un atlas hydrogéologique du

territoire étudié (Côté et al, 2006).

L’objectif spécifique de ce manuscrit est d’introduire du point

de vue hydrogéologique le bassin versant de la rivière

Châteauguay aux lecteurs. Plusieurs sujets sont abordés pour

faciliter la compréhension des autres articles présentés dans

cette publication spéciale. Tout d’abord, la méthodologie

utilisée pour l'étude hydrogéologique régionale est présentée.

Par la suite, la physiographie et la description générale du

bassin versant sont présentées. La géologie du roc et les dépôts

quaternaires sont décrits en détail subséquemment. Les contexteshydrogéologiques, la piézométrie observée sur le terrain et le

modèle conceptuel de l’écoulement régional sont présentés à la

fin.

Figure 2. Calendrier des travaux et méthodologie : compilation

des données existantes, conceptualisation de l'écoulement de

l'eau souterraine (non grisé), modèles géologiques (en jaune),

dynamique de l'eau souterraine (en bleu), qualité de l'eau

souterraine (en vert) et pérennité de la ressource (en rouge).

Méthodologie de l’étude hydrogéologique régionale

La méthodologie utilisée pour l'étude hydrogéologique régionale

du bassin versant de la rivière Châteauguay était adaptée aux

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objectifs, au budget et au temps disponible pour la réalisation

du projet (Figure 2). Pour commencer, on a réalisé une revue de

la littérature et une compilation des données existantes; et on a

traduit ces données en format numérique (niveaux d'eau, levés

géologiques et géophysiques, propriétés hydrauliques de

l'aquifère, échantillonnage et analyses d'eau). Une des tâches

principales entreprise a été la mise à jour des cartes du

Quaternaire permettant ainsi l'élaboration d'un modèle géologique

tridimensionnel afin d'analyser et d'établir les contraintes

applicables à la recharge et à la vulnérabilité de l'aquifère.

Des méthodes ont été développés pour interpréter l'imagerie

satellitaire, notamment l'évaluation de l'analyse automatisée et

la compilation des informations complémentaires combinées avec

des mesures de terrain. Les propriétés hydrauliques des aquifères

fracturés furent établis à partir des essais hydrauliques

reconnus et des diagraphies de sondage. Des techniques numériques

ont été utilisées pour modéliser les propriétés hydrauliques, les

variations spatiales et saisonnières de la recharge régionale,

les processus hydrogéochimiques affectant la qualité naturelle,

ainsi que l'écoulement de l'eau souterraine. Ensuite, la

vulnérabilité de l'aquifère aux contaminants en surface et la

pérennité des ressources en eau souterraine ont été évalués ainsi

que certains aspects socio-économiques de l'usage actuel de l'eau

souterraine. Pendant la dernière année du projet, des rapports

techniques et un atlas hydrogéologique résumant les résultats des

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travaux dans un niveau de langage accessible aux résidants de la

région ont été rédigés.

Description du bassin de la Châteauguay

Au Québec, le bassin est localisé dans la région physiographique

des Basses Terres du Saint-Laurent, une étroite bande de terre de

faible relief, située de part et d'autre du fleuve, alors que

dans l'état de New-York cette région recouvre l'extrémité nord

des montagnes des Adirondacks. Cette dernière portion du

territoire est située en élévation et est dominée par les

affleurements rocheux ou par un mince couvert de till. Les Basses

Terres du Saint-Laurent sont une région de bas relief et de basse

élévation qui s'étendent d'Ottawa jusqu'au delà de la ville de

Québec. Dans la région de Montréal, elles mesurent de l'ordre de

120 km de largeur; cependant à la hauteur de Québec, les Basses

Terres ne sont plus que 5 km de large. Géologiquement, les mêmes

formations se poursuivent sur le côté nord du fleuve au delà de

la ville de Québec et atteignent de nouveau une centaine de km de

largeur au niveau de l'île d'Anticosti. Les Basses Terres sont

bordées au NW par le Plateau Laurentien (gneiss et roches ignées

du socle précambrien), au SE par la chaîne des Appalaches

(schistes et ardoises faiblement à moyennement métamorphisées) et

au sud par le massif des Adirondacks.

Figure 3. Profil longitudinal le long de la rivière Châteauguay.

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Dans l’aire à l’étude, l'élévation du sol varie d'environ 22 m

au-dessus du niveau moyen de la mer (mnmm) sur les berges du

fleuve Saint-Laurent, à 400 mnmm aux lacs Upper et Lower

Châteauguay, et à 1 160 mnmm au sommet du mont Lyon à la limite

sud du bassin. La rivière Châteauguay coule depuis le lac Upper

Chateauguay dans l'état de New York vers le lac Saint-Louis, sur

la rive sud du Fleuve. Les cours d'eau voisins, plus mineurs,

sont les rivières La Guerre et Saint-Louis qui se jettent dans le

fleuve Saint-Laurent ou dans le lac Saint-Louis (Figure 1). Les

affluents principaux de la Châteauguay sont les rivières Trout,

aux Outardes, des Anglais et de l’Esturgeon. La coupe

longitudinale, présentée à la Figure 3, illustre le profil du

terrain, les tributaires importants et les municipalités situées

le long de la rivière Châteauguay.

Le mont Covey Hill, à 340 mnmm est la portion la plus élevée du

bassin au Canada. Il constitue un élément topographique allongé,

d'une vingtaine de kilomètres de long par une dizaine de

kilomètres de large, orienté d'est en ouest. Il comprend de

nombreux affleurements rocheux de grès en lits horizontaux

localement recouverts de débris glaciaires qui forment une série

de terrasses (Clark 1966). Au nord et vers l'est, le terrain

descend abruptement et les pentes peuvent atteindre 10% dans la

direction des plaines Champlain et du Saint-Laurent. Vers le sud,

le relief est moins prononcé et évolue de ondulé à montagneux. Le

plateau du Rocher est une ceinture discontinue d'affleurements

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horizontaux de grès qui ont été érodés par l'eau de fonte des

glaciers. De la base du mont Covey Hill, une plaine argileuse

s'incline en pente douce vers le fleuve Saint-Laurent,

interrompue par quelques collines de till dans les régions de

Huntingdon et au nord ouest de Mercier. Au moins 80% des pentes

de la région ne dépassent pas 1%, ce qui a nécessité le

surcreusage de certaines rivières et l'implantation d'un réseau

de drainage pour l'exploitation agricole dans les secteurs à

pente faible. Une vallée enfouie, sensiblement parallèle à l'axe

du Fleuve, est présente entre Beauharnois et Châteauguay. Son

altitude minimum est de l'ordre de 15 mnmm. Dans la région, les

épaisseurs de dépôts superficiels excèdent rarement 15 m à 20 m

et les épaisseurs les plus importantes se retrouvent dans l'axe

de la vallée enfouie, au sud de la région entre Mercier et

Sainte-Martine (Dion et al., 1986). Durant la dernière

glaciation, au Wisconsinien, les glaciers ont complètement

recouvert la région. À la suite de leur retrait et à l'invasion

de la mer de Champlain, de fortes épaisseurs de sédiments fins

ont été déposés alors que les vagues délavaient le till déposé au

sommet des drumlins et sur les rivages exposés à Covey Hill.

Ainsi le relief actuel est contrôlé par les mouvements et les

dépôts glaciaires, la sédimentation marine et fluviale ainsi que

par la lithologie et la structure du socle rocheux (Tremblay et

Lamothe, 2005).

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Le drainage régional fait partie du réseau radial ceinturant les

hautes terres des Adirondacks. Ce système de drainage est

relativement peu développé sur le mont Covey Hill où les

sédiments glaciaires non consolidés grossiers, présents en

surface (till remanié), semblent avoir une forte capacité

d'infiltration et d'accumulation des eaux de précipitation. A cet

endroit, le drainage des eaux de surface est dominé par

l’infiltration et l’écoulement hypodermique ou souterrain. Sur le

plateau du Rocher, à des élévations situées entre 60 et 80 mnmm,

on retrouve plusieurs petits lacs et zones humides. Ces derniers

sont l'expression en surface des phénomènes importants de

ruissellement et de résurgence d'eau souterraine en marge de

Covey Hill (Nastev et al., 2008). La qualité des eaux de surface

se dégrade de l’amont vers l’aval du bassin avec des

concentrations plus élevées en mercure, phosphate, azote et une

quantité importante de particules en suspension (Caumartin et

al., 1996). L'intense développement des activités agricoles

combinées avec la présence de stations d’épuration municipales

ainsi que l’utilisation agricole de pesticides et de produits

chimiques expliquent en partie la dégradation du cours de la

Châteauguay de l'amont vers l'aval.

Figure 4. Carte de l’utilisation du sol et couverture végétale

(d’après Latifovic et al., cette publication).

L’utilisation du sol et la couverture végétale (Figure 4)

permettent de discerner les principales activités de la région à

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l’étude. Ces dernières sont déterminées avec l’interprétation de

l’image satellite LANDSTAT-5 datée de septembre 2003 (Latifovic

et al., cette publication) et validées à partir des travaux de

terrain de l’été 2004. Au nord, la région à l’étude est en

majeure partie vouée à l’agriculture en raison des terres

fertiles qui y abondent. Les usages agricoles intensifs sont liés

notamment à la culture maraîchère sur les tourbières des régions

de Saint-Rémi et de Sherrington, à la pomiculture sur Covey Hill

(33% des pommes produites au Québec) et à la généralisation des

grandes cultures (maïs, soya) dans la plaine argileuse longeant

la rivière Châteauguay. La partie qui se trouve aux Etats-Unis,

couverte en partie par le Parc des Adirondacks, est peu habitée,

et caractérisée par un sol plutôt accidenté et boisé.

Le bassin étudié fait partie de la région climatique des Grands

Lacs et du Saint-Laurent. Cette région est caractérisée par un

climat tempéré avec des hivers froids et humides et des étés

chauds et humides (Environment Canada, 2004). La température

moyenne annuelle est de 6.3 oC et les températures mensuelles

moyennes sont les plus basses en janvier avec une moyenne de -

11,4 ºC avec un maximum de + 20,9 ºC en juillet (Environnement

Canada, url). Le sol gèle normalement en novembre et demeure gelé

jusqu'à la mi-mars quand arrive le dégel. Les précipitations

moyennes annuelles s’élèvent à 963 mm et varient entre 698 et

1273 mm dont environ 20% sont sous la forme de neige.

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Figure 5. Géologie du socle rocheux (d’après Globensky, 1986;

Isachsen et Fisher, 1970).

Géologie

L'aquifère régional est situé dans les roches sédimentaires

fracturées paléozoiques qui sont par endroits en contact avec des

sédiments fluvio-glaciaires grossiers. La géologie du socle

rocheux est décrite en détail dans ce chapitre et s’appuie

surtout sur les travaux antérieurs. L'écoulement y s'opère à

travers les fissures, notamment les joints lâches en suivant la

stratification car aucune des formations géologiques de la région

ne présente la porosité primaire nécessaire pour permettre à

l'eau interstitielle d'y circuler. La description des sédiments

quaternaires présentée ici est tirée des travaux récents de

Tremblay et Lamothe (2005).

Socle rocheux

La région se compose essentiellement de couches sédimentaires

cambro-ordoviciennes reposant sur un socle précambrien (Figure

5). Les roches précambriennes du socle n'affleurent pas au Québec

et sont trop profondes pour qu'on puisse tenter de s'en servir en

tant qu'aquifères. Les roches intrusives du Crétacé, telles

celles formant les montérégiennes, sont limitées à quelques

affleurements mineurs en bordure du Fleuve ou localisées dans les

carrières. L'ensemble des formations sédimentaires repose en

concordance les unes sur les autres et possède un pendage

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régional faible vers le nord-est. Généralement, le roc est masqué

par la couverture de dépôts meubles de tel sorte que les

affleurements rocheux sont peu nombreux.

Le cadre stratigraphique et structural dans la zone d'étude

s’appuie en grande partie sur les travaux du Ministère des

ressources naturelles (MRN) complétés par des travaux thématiques

tectonostratigraphiques (Lavoie, 2004). Du côté américain du

bassin, la carte géologique de l'état de New-York (Isachsen et

Fisher, 1970) a servi de base pour la caractérisation des

lithologies et de la structure. Il persiste des divergences entre

les définitions des différentes unités et l'extension des

diverses unités sédimentaires. Du côté canadien de la frontière,

la carte officielle du MRN (Globensky, 1987) a été utilisée. Il y

a une bonne corrélation transfrontalière pour les dolomies du

Beauharnois mais il y a des travaux à faire en ce qui concerne la

confusion et la définition de l'étendue des formations de Theresa

du Groupe de Beekmantown et de certaines sous-unités du Potsdam.

Les interprétations structurales à petite échelle de Clark (1966)

et Wiesnet et Clark (1966) semblent mieux représenter les

conditions sur le terrain.

Figure 6. Section lithostratigraphique entre Valleyfield et le

Mont Covey, indiquée par AA’ à la Figure 5 (d’après Lavoie,

2004).

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Une coupe lithostratigraphique de la région est présentée à la

Figure 6. Quoique simplifiée, cette coupe présente l'information

au sujet des épaisseurs des unités aquifères dans lesquelles se

fait l'écoulement de l'eau souterraine. La coupe a été construite

à partir des informations géologiques disponibles dans la base de

données SIGEOM du MRN, complétées par des travaux

tectonostratigrahiques récents (Lavoie, 2004). Les

interprétations structurales détaillées de Clark (1966) ont été

intégrées avec de l'information non publiée sur certaines

formations forées lors d'exploration pétrolière ainsi que de

l'information indirecte provenant de lignes sismiques effectuées

dans la région.

Formations rocheuses

Les roches des Basses Terres, d'âge Cambrien à Ordovicien, sont

d’origine sédimentaire et reposent en discordance sur le socle

précambrien. Elles sont disposées en strates horizontales (2 à 5

degrés) qui ont été légèrement plissées lors de la mise en place

des Appalaches à l'Ordovicien. La séquence complète est de

l'ordre de 1500 à 3000 m d'épaisseur. Elles représentent un cycle

de transgression-régression; les formations de la base et du

sommet sont d'origine continentale alors que la partie médiane

est d'origine marine.

Groupe de Potsdam : Ce groupe est constitué de grès et repose en

discordance sur les roches précambriennes. On peut subdiviser

le groupe en deux formations: le Covey Hill à la base et le

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Cairnside au sommet. La Formation de Covey Hill est composée

de grès feldspathiques (3 à 10%), à grains grossiers

(localement conglomératiques), mal triés et mal cimentés. Son

origine est fluviatile. Elle correspond à la formation Ausable

de la vallée Champlain et au Covey Hill de l'Ontario. La coupe

type présente une épaisseur de 518 m mais elle peut être plus

épaisse quand elle comble des irrégularités dans le socle

précambrien. D'âge Précambrien supérieur au Cambrien

inférieur, la Formation de Cairnside, quant à elle, est

composée de grès bien trié (91-99% quartz), généralement bien

cimenté avec peu de matrice silteuse, localement à ciment

dolomitique. Elle est l'équivalente de la formation de

Keesville du nord de New-York et de la formation Nepean de

l'Ontario. La coupe type est de l'ordre de 250 m d'épaisseur.

Au Québec, elle serait d'âge Cambrien supérieur.

Groupe de Beekmantown : ce groupe est principalement constitué

de dolomie et de grès. On peut le subdiviser en deux

formations: à la base, le Theresa et au sommet, le

Beauharnois. La Formation de Theresa est composée d'une

interstratification de grès quatzitique, de grès dolomitique

et de dolomie marine. L'interstratification peut se faire en

minces interlits ou en bancs de grès de 1 m d'épaisseur. De la

base au sommet, le grès devient dolomitique et diminue en

importance ce qui suggère une hausse du niveau de la mer. La

Formation de Theresa est l'équivalente du March de l'Ontario

et porte le même nom aux États-Unis. La coupe type présente

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une épaisseur de l'ordre de 150 m. Au Québec, cette formation

serait d'âge Ordovicien inférieur. La Formation de

Beauharnois  repose sans discordance sur la Formation de

Theresa. Elle est constituée d'une succession de dolomie

massive et laminée. Certains niveaux contiennent des cavités

remplies de cristaux de calcite (rose ou blanche) ou plus

rarement de gypse, dolomie beige ou rarement de halite ce qui

implique de l'eau peu profonde. Localement, on note la

présence d'interlits de grès dolomitique et vers le sommet

des interlits de shale. Le Beauharnois résulte d'un

environnement restreint, lagunaire intertidal et supratidal.

La formation est d'âge Ordovicien inférieur et est

l'équivalent de la formation d'Orford en Ontario; et elle a

été subdivisée en 4 formations aux États-Unis. La coupe type

présente une épaisseur de 305 m.

Les autres formations rocheuses, les Groupe de Chazy, de Black

River, de Trenton  et de Utica ne sont présents que dans une

petite portion du bassin localisé au NE. Les brèches de Havelock

et de Lacolle consistent en une série de brèches de talus

développés le long de failles normales d'effondrement.

Figure 7. Géologie des dépôts meubles (d’après Tremblay et

Lamothe, 2005).

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Géologie du Quaternaire

La séquence rocheuse est recouverte d'une épaisseur variable de

sédiments meubles (Figure 7), pouvant atteindre plus de 45 m au

coeur de la vallée moderne de la Châteauguay. La série

stratigraphique quaternaire régionale la plus complète a été

observée lors des travaux d'excavation de la voie maritime et au

cours d'autres campagnes régionales dans le secteur américain de

la vallée du Saint-Laurent (MacClintock et Stewart, 1965). Ainsi

la séquence quaternaire peut être divisée en une succession de

quatre grandes unités physiques correspondant à des événements

géologiques.

L'unité de base est le till régional, généralement observé

directement sur le roc ou localement, sur des graviers

probablement relativement discontinus, en forage. Ce till

résulte de la dernière avancée glaciaire du Wisconsinien

supérieur. Le mouvement glaciaire dominant est vers le S et le

SW, les variations de l'écoulement étant contrôlées localement

par des obstacles topographiques comme dans le secteur de

Covey Hill. Des champs de drumlins sont fortement alignés dans

cette direction surtout à l'est de la zone étudiée. Vers

l'Ouest, dans le secteur de Huntingdon-Cazaville, ces mêmes

drumlins ont été remaniés et façonnés suite à réorientation de

l'écoulement glaciaire, lors de la déglaciation. Les crètes

furent partiellement ensevelies sous les dépôts argilo-silteux

de la mer de Champlain puis remaniées par l’action littorale.

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Les crêtes sont donc généralement aujourd’hui des reliefs peu

prononcés.

Au cours de la déglaciation, une séquence de dépôts

fluvioglaciaires (sensu lato) a été mise en place, en

conformité stratigraphique avec le till sous-jacent. Dans les

eskers, cette unité est communément en contact avec le roc. La

séquence basale est constituée de sédiments sablo-graveleux

d’origine sous-glaciaires. Les dépôts fluvio-glaciaires

cartographiés comprennent parfois une séquence supérieure de

sédiments sableux et silteux déposé par les eaux de fonte

glaciaire dans les lacs proglaciaires. Plus rarement, une

séquence diamictique est présente sur le dessus des dépôts

fluvio-glaciaires glacio-lacustres

Des sédiments glaciolacustres et marins représentent les

témoins de la déglaciation finale dans le secteur, datée

autour de 11000-12000 ans BP. L'unité la plus étendue est

celle des argiles de la Mer de Champlain, omniprésentes dans

les secteurs topographiquement situés sous les 50 m, alors que

les plages et littoraux souvent fossilifères sont

principalement élaborés à partir du remaniement des séquences

glaciaires et fluvioglaciaires, entre les élévations de 70 à

130 m. Une bande importante de sédiments d'origine marine a

été cartographiée dans le voisinage du mont Covey Hill ;

l’origine de ces graviers est probablement le délavage du till

par les vagues (mer de Champlain) et l’érosion des

affleurements de Potsdam.

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Une séquence lacustre et fluviale disposée très localement

autour et près du Fleuve actuel, représente des lambeaux

résiduels d'environnements de transition entre la Mer de

Champlain et le réseau de drainage actuel. Des dunes

contemporaines de la baisse du niveau d'eau sont aussi

observées localement. Une partie de la géomorphologie actuelle

origine de ces événements, qui se sont déroulés entre 10000 et

5000 BP. Une seule terrasse holocène est significative dans le

secteur cartographié. Reconnaissable au sud de Saint-Constant,

elle culmine à une élévation d'environ 30 m et devrait

correspondre à un stade tardif d'évolution du proto-Saint-

Laurent. Aujourd'hui, le drainage régional est assuré par la

rivière Châteauguay et ses affluents, à travers une plaine

relativement peu inclinée, et des terrasses fluviales

faiblement incisées.

Hydrogéologie

Tel que mentionné plus haut, l'aquifère régional est situé dans

les roches sédimentaires fracturées reposant sur et entourant les

roches cristallines métamorphisées précambriennes. Lorsqu’ils

reposent directement sur le socle rocheux, les dépôts

quaternaires grossiers possédant une conductivité hydraulique

élevée représentent aussi une unité de l’aquifère régional. Ces

matériaux incluent les sédiments alluviaux, éoliens, littoraux et

fluvio-glaciaires. Des sédiments marins argilo silteux confinent

l’aquifère régional aux élévations inférieures à 60 mnmm sur une

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grande partie de la région. Aux élévations supérieures, les

unités aquifères régionaux affleurent ou sont recouvertes par une

mince couche de till.

Contextes hydrogéologiques de l’écoulement souterrain

La nature et l’épaisseur des sédiments meubles définissent les

contextes hydrogéologiques de l’écoulement, i.e., condition de

nappe libre, confinée ou semi-confinée. Pour cette étude ces

contextes hydrogéologiques ont été établis de façon suivante: les

zones confinées sont caractérisées par la présence d’au moins 5 m

de sédiments marins fins (argile, silt); la condition semi-

confinée de l’aquifère régional est établie lorsque l’épaisseur

des sédiments marins fins est inférieure à 5 m ou que celle du

till est supérieure à 3 m et l’écoulement régional est considéré

en condition de nappe libre aux endroits où les sédiments meubles

sont inexistants ou minces (inférieurs à 3 m).

Figure 8. Conditions d’écoulement régional. Nappe libre :

aquifère régional affleurant ou couvert par till < 3m; nappe

semi-confinée : sédiments marins fins < 5m, ou till > 3m; nappe

confiné : sédiments marins fins > 5m.

La Figure 8 montre que la majeure partie du système aquifère

régional à l’étude est en contexte semi-confiné et reflète bien

l’importante couverture de till. Sous la plaine argileuse, le

long de la rivière Châteauguay et du fleuve Saint-Laurent,

l'aquifère se situe en général dans des conditions confinées.

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Toutefois, cette zone représente aussi la zone de résurgences

régionales qui prennent place dans des endroits où les rivières

ont creusé leurs lits jusqu’à l’aquifère régional ou bien aux

endroits où les dépôts meubles sont de faible épaisseur où le roc

affleure. Finalement, les conditions de nappe libre s’observent

principalement au centre du bassin, dans la région de Franklin.

Le mont Covey Hill, la colline de Huntingdon ainsi que les eskers

à proximité de Mercier et de Beaver Crossing se trouvent aussi en

conditions d’écoulement libres.

Figure 9. La piézomètrie régionale (d’après Lavigne et al., cette

publication).

Piézométrie régionale

Une carte d’interpolation des niveaux piézométriques de l’eau

(Figure 9) a été produite pour la partie canadienne du bassin à

partir des niveaux d’eau mesurés lors des campagnes de terrain de

2003 et 2004 jumelés à une sélection des puits du Système

d'information hydrogéologique du MDDEP (SIH, url) et des données

provenant de rapports techniques. L’élévation du niveau

piézométrique varie de 19.5 mnmm à au delà de 300 mnmm. Les

niveaux minimaux se trouvent principalement en bordure de la

rivière Châteauguay et le long du fleuve Saint-Laurent alors que

les élévations maximales s’observent majoritairement dans la

région de Franklin (au Québec). Les flèches de la Figure 9

indiquent les directions générales de l’écoulement régional de

l’eau souterraine, soit des niveaux piézométriques élevés vers

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les plus bas. Elles permettent de démontrer que l'écoulement des

eaux souterraines suit de près les écoulements en surface et se

fait surtout du sud vers le nord avec le fleuve Saint-Laurent

comme zone d'émergence régionale. De plus, les gradients observés

à la Figure 9 suggèrent un écoulement plus accentué autour de

Covey Hill, qui s’étale graduellement dans la vallée de la

Châteauguay et se dirige presque horizontalement vers les zones

de résurgence.

Figure 10. Le modèle conceptuel de l’écoulement régional.

Modèle conceptuel de l’écoulement régional

L’intégration des contextes géologiques, des conditions

hydrogéologiques et de la piézométrie permet de définir le modèle

conceptuel de l’écoulement régional de l’eau souterraine du

bassin versant de la rivière Châteauguay (Figure 10). Selon ce

modèle qui se limite à la partie canadienne du bassin, les

conditions de nappe libre se trouvent principalement au sud et

agissent comme principales aires de recharge. Les zones semi-

confinées, en raison de leur grande étendue, contribuent tout

autant à la recharge régionale même si l’infiltration unitaire y

est moindre. L’infiltration de l’eau s’effectue sous un gradient

vertical élevé dans les zones de recharge. L’écoulement locale y

est dirigée vers les eaux de surface les plus proches. Une partie

d’eau infiltrée continue son écoulement vers le nord dans

l’aquifère régional qui graduellement devient confiné sous les

argiles marines. Là bas, l’écoulement régional s’effectue avec

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comme principales zones de résurgence de l’eau souterraine la

rivière Châteauguay et le fleuve Saint-Laurent. Toutefois, les

résurgences se font seulement dans les fenêtres là où le lit des

rivières est posé sur les roches sédimentaires et localement dans

les endroits recouverts de dépôts meubles grossiers.

Sommaire et Conclusions

Le but de ce manuscrit était de présenter les grandes lignes

géologiques et hydrogéologiques du bassin versant de la rivière

Châteauguay. Ce bassin a fait l’objet d’une étude

hydrogéologique régionale effectuée entre 2003 et 2007 en

collaboration par le MDDEP, la CGC et la USGS.

Au Canada, le bassin versant est densément peuplé et la

population est fortement dépendante de l'eau souterraine comme

source d'alimentation. L'aquifère régional est situé dans les

roches sédimentaires fracturées paléozoiques qui sont par

endroits en contact avec des sédiments fluvio-glaciaires

grossiers. L'écoulement régionale s'effectue à travers les

fissures horizontales en suivant la stratification car aucune des

formations géologiques de la région ne présente la porosité

primaire élevée. La séquence rocheuse est recouverte d'une

épaisseur variable de sédiments meubles pouvant atteindre plus de

45 m et constituée à la base de dépôts glaciaires, suivis de

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dépôts fluvioglaciaires, de sédiments glacio-lacustres et marins

et de séquences lacustres et fluviales.

La nature et l’épaisseur des sédiments meubles définissent les

contextes hydrogéologiques de l’écoulement. Au Canada, les

conditions de nappe libre se trouvent principalement au sud, en

élévation et agissent comme principales aires de recharge.. Les

zones semi-confinées, en raison de leur grande étendue,

contribuent tout autant à la recharge régionale même si

l’infiltration unitaire y est moindre. Les zones confinées se

trouvent principalement en bordure de la rivière Châteauguay et

le long du fleuve Saint-Laurent. Ces zones contiennent des zones

de résurgences régionales aux endroits où les dépôts meubles sont

de faible épaisseur où le roc affleure.

Remerciements

Les auteurs veulent remercier leurs organismes respectifs, les

partenaires et la population des MRC de Beauharnois-Salaberry, du

Haut-Saint-Laurent, des Jardins-de-Napierville et de Roussillon

pour leur support, leurs contributions et leur accueil. Tous nos

remerciements vont aux membres de l’équipe du projet

Châteauguay qui ont,de différents façons, contribué au succès du

projet: Marie-Josée Côté, Yves Lachance, Renée Plamondon, Nadine

Roy, Raymond Perron, Diane Myrand, Michel Ouellet, Nicolas

Benoît, Alexander Chichagov, Christine Deblonde, Richard

Fernandez, Rasim Latifovic, Denis Lavoie, Yves Michaud, Michel

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Parent, Christine Rivard, David Sharpe, Pierre-André Bourque,

Daniel Blanchette, Anne Croteau, Marie-Pierre Dagenais, David A.

Franzi, Allain Rouleau, Rejean Godin, Roger Morin, John Williams,

Richard Reynolds, Luc Lamontagne, Michel Lamothe, Francois Hardy,

Marc-André Lavigne, René Lefebvre, Tommy Tremblay, Ruth Boivin,

Pierre Aquin, Patrick Beauchesne, Sophie Benoît, Daniel Bérubé,

Normand Boulianne, Sylvie Chevalier, Line Couillard, Pascale

Dubois, François Fréchette, Andrée Giroux, Martin Joly, Tingxian

Li, Frédéric Poisson, Jim Hunter, Isabelle Giroux, de même que

tous les autres que nous n'avons pas réussi à nommer ici.

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Figure 1. Zone d'étude avec le modèle altimétrique de terrain en

arrière plan.

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Figure 2. Calendrier des travaux et méthodologie : compilation

des données existantes, conceptualisation de l'écoulement de

l'eau souterraine (non grisé), modèles géologiques (en jaune),

dynamique de l'eau souterraine (en bleu), qualité de l'eau

souterraine (en vert) et pérennité de la ressource (en rouge).

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Figure 3. Profil longitudinal le long de la rivière Châteauguay.

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Figure 4. Carte de l’utilisation du sol et couverture végétale

(d’après Latifovic et al., cette publication).

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Figure 5. Géologie du socle rocheux (d’après Globensky, 1986;

Isachsen et Fisher, 1970).

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Figure 6. Section lithostratigraphique entre Valleyfield et le

Mont Covey, indiquée par AA’ à la Figure 5 (d’après Lavoie,

2004).

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Figure 7. Géologie des dépôts meubles (d’après Tremblay et

Lamothe, 2005).

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Figure 8. Conditions d’écoulement régional. Nappe libre :

aquifère régional affleurant ou couvert par till < 3m; nappe

semi-confinée : sédiments marins fins < 5m, ou till > 3m; nappe

confiné : sédiments marins fins > 5m.

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Figure 9. La piézomètrie régionale (d’après Lavigne et al., cette

publication).

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Figure 10. Le modèle conceptuel de l’écoulement régional.

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