Caractérisation des eaux souterraines du sous-bassin versant d'Innisfil Creek : une approche hydrogéochimique et isotopique

Des épisodes de sécheresses récurrents et l'augmentation de la demande en eau pour l'irrigation ont attisé l'intérêt des communautés du sous-bassin versant d'Innisfil Creek pour faire une transition des eaux de surface aux eaux souterraines pour leur approvisionnement en eau potable. Néanmoins, une caractérisation régionale du système d'aquifères est nécessaire avant de statuer sur cette option, en raison de la complexité du système aquifère multicouche composé de 17 unités hydrostratigraphiques situé dans la zone d'étude. Le projet a donc comme objectif principal de caractériser la dynamique d'écoulement régional grâce à l'utilisation de traceurs hydrogéochimiques et isotopiques. Cette étude est basée sur des travaux antérieurs de la zone d'étude qui ont mis en évidence les besoins des communautés et permis de définir l'hydrostratigraphie régionale. Ensuite, pour répondre aux besoins de caractérisation régionale, une revue de littérature d'autres études régionales a été faite pour faire ressortir les paramètres à caractériser. Finalement, l'étude est appuyée par des outils et des méthodes de traitement de données reconnues pour caractériser les paramètres d'intérêt. Suite à cette revue de littérature, il a été convenu que le projet devait être traité à l'aide d'une approche combinant des traceurs géochimiques et isotopiques. Une base de données regroupant diverses sources a été créée dans le cadre de ce projet pour cibler les processus hydrogéologiques majeurs. Le traitement des données est ensuite appuyé sur la définition des contextes hydrogéologiques pour mettre en valeur les principales variations géologiques et de présenter la continuité des résultats dans l'espace. Pour pouvoir répondre pleinement aux besoins de l'étude, une campagne d'échantillonnage supplémentaire a été réalisée à l'été 2018. La revue méthodologique a ensuite dicté les bases des méthodologies d'échantillonnage et d'analyse en laboratoire. Les données ont ensuite été traitées pour permettre une évaluation de la qualité des résultats. Un indice de fiabilité a été mis au point dans le cadre du projet pour faire ressortir les principales causes d'erreurs possibles pour le projet et pour utiliser les données de qualité par la suite pour les interprétations. À la suite de ces revues théoriques, ce travail de recherche a permis de mettre au point un modèle conceptuel à partir d'un ensemble de 61 échantillons qui inclut les ions majeurs et les isotopes de la mélécule d'eau (�18O, �2H, 3 et du carbone (�13C-DIC et 14C-DIC). La géochimie et les isotopes stables et radiogéniques ont permis de localiser les principales zones de recharge moderne et de mettre en évidence la recharge récente allant jusqu'à 60 m de profondeur dans l'aquifère principal de sable et gravier (AFB2) non confiné. La géochimie et le 14C-DIC ont aussi révélé l'existence de voies d'écoulement profondes contenant des eaux souterraines âgées qui ont été rechargées dans les conditions climatiques des dernières périodes glaciaires. L'échange cationique s'est avéré être le principal processus d'évolution géochimique, combiné au mélange entre les voies d'écoulement modernes et anciennes. Toutes ces informations ont révélé une évolution géochimique distincte entre la partie nord du sous-bassin versant et la partie sud. Le patron d'écoulement du secteur nord de la zone d'étude présente un mélange d'eau douce moderne et d'une eau minéralisée ancienne. Au sud, l'écoulement se divise en deux régimes d'écoulement, l'un est moderne et peu profond et l'autre est profond, confiné et fortement minéralisé. Ces conclusions permettent de remettre en perspective les options de gestion de l'eau, car une migration d'un approvisionnement en eau de surface vers un approvisionnement en eau souterraine ne semble pas être une option garantie pour certaines zones du sous-bassin.

Abstract

Recent drought occurrences have increased the water needs of the Innisfil Creek watershed in Ontario, Canada. Local authorities are now forced to restrain the use of surface water, affecting the agricultural activities of the area. A switch from surface water to groundwater for drinking supplies is one of the studied options to react to these surface water constraints. However, the lack of understanding of the groundwater dynamics does not guarantee the sustainability of this option. Therefore, a conceptual model of the area is needed to help identify the key processes of the hydrogeological system and facilitate water management. The project is based on the use of geochemical and isotopic methods to identify the main hydrogeological processes of the study area. A geochemical and isotopic database has been built from past surveys to cover the whole watershed area. The data treatment was then made through the use of ydrogeological contexts association. This methods allows the identification the aquifers particularities and to understand the flow sequence. The conceptual model created in this research project is based on 61 groundwater samples. The geochemical and isotopic database contains major ions, �18O, �2H, 3H, �13C-DIC and 14CDICs. Isotopic interpretation of radiogenic and stable isotopes has allowed the identification of the main recharge areas. The signature of this modern water input has been observed up to 60 m deep in the main unconfined aquifer. Hydrogeochemistry and radiogenic isotopes were used to identify an deep flow path with water from the past glacial era. Cation exchange has also been proven to be the main geochemical process to be observed along a flow path. This investigation indicated a distinct geochemical evolution between the northern part of the watershed and the southern one. The northern flow path output geochemical is a mixing between fresh modern water and a mineralized old water from glacial events over 20 000 years old. The southern flow path divided a fresh shallow and a deep, confined and highly mineralized flow paths. This shallow flow path is influenced by a local recharge and its impact is noticed along the flow path on a layer of over 50 m sediments. Its deep component is a part of a larger regional flow with a decreasing mineralisation caused by noticeable input of modern water along its flow.