Multi-Scale Investigation of Bank Filtration : Investigating the Province Wide Occurrence of Bank Filtration and Methods to Characterize Recharge

Les investigations des sites de filtration sur berge (FSB) au Québec se font depuis quelques années seulement, et le nombre de sites au Québec qui utilisent la filtration sur berge n'est pas connu. Dans les systèmes de filtration sur berge, les eaux de surface passent à travers les berges d'un lac ou d'une rivière vers un ou plusieurs puits de pompage grâce au gradient hydraulique naturel ou induit par pompage. Leur qualité est ainsi généralement améliorée comparé aux eaux de surface. Grâce à une abondance d'eau de surface dans la province, il est probable qu'un grand nombre de puits font de la filtration sur berge, c'est-à-dire qu'ils pompent un mélange d'eau souterraine et de surface. La réglementation au Québec encadre bien le développement et le suivi des sites d'eau souterraine et d'eau de surface, toutefois, ces sites hybrides ne sont pas spécifiquement discutés. D'autre part, certains paramètres clés dans la capacité d'atténuation des contaminants tels que le taux de mélange de l'eau infiltrée avec l'eau souterraine régionale et le temps de résidence de l'eau de surface au sein des berges sont difficiles à quantifier avec les méthodes actuelles du génie. Il est donc important i) de mieux caractériser l'occurrence de la filtration sur berge dans la province pour permettre d'évaluer la nécessité du développement de règlements propres à ces sites et ii) de développer des approches novatrices permettant de caractériser les écoulements aux sites de FSB. La première partie de cette étude vise à proposer une première évaluation de la distribution spatiale des sites de FSB et de la population alimentée par ces sites. Pour ce faire, une structure SIG a été utilisée afin notamment de calculer la distance entre ceux-ci et les plans d'eau en proximité. Un regard plus rapproché sur certains bassins versant a ensuite permis d'améliorer la compréhension des interprétations en prenant en compte le type d'aquifère et certains autres facteurs régionaux. Une des trois régions investiguées a démontré un potentiel élevé de FSB (Laurentides), une deuxième nécessiterait des informations supplémentaires pour améliorer le niveau de confiance dans les interprétations (Nicolet), et dans une troisième région (Vaudreuil-Soulanges) il a été démontré que l'utilisation de la FSB est peu-probable. À partir de cette approche, il a été démontré que près de 1 million de québécois sont alimentés en eau potable à partir de puits municipaux situés à moins de 500 m d'un plan d'eau de surface, et que plus d'un demi-million d'habitants ont une probabilité élevée d'être alimentés par des puits de FSB. La deuxième partie de cette étude s'est concentrée sur l'utilisation du 222Rn comme chronomètre naturel in-situ des temps de résidence de l'eau de surface infiltrée au travers des berges. Plus précisément, l'objectif était d'encadrer les conditions nécessaires à l'obtention de résultats les plus représentatifs possibles. Tandis que les études existantes s'étaient centrées sur une seule ligne d'écoulement en régime permanent, cette étude a visé à investiguer l'utilisation du 222Rn pour déterminer les temps de résidence sur un site avec plusieurs puits et des conditions hydrauliques transitoires. La proximité des puits et l'estimation hydrodynamique des temps de résidence (2 à 7 jours) faisait du site à l'étude un candidat favorable pour l'utilisation du 222Rn comme traceur de temps. Des mesures de radon ont été faites pendant 1.5 ans et les temps de résidence ont été calculés pour chacun des échantillons en utilisant divers pôles de mélanges et valeurs à l'équilibre du 222Rn. Il a été déterminé que la proportion d'eau souterraine a un impact important sur les temps de résidence calculés. Ceci était particulièrement évident lorsque les proportions d'eau souterraine étaient faibles (<50%) et les temps de résidence calculés étaient typiquement courts (<5 jours). Aussi, la présence de stratification des traceurs dans l'aquifère complique les calculs de temps de résidence puisque certaines portions d'eau qui sont à l'équilibre avec le substrat ne sont pas visible avec cette approche. Malgré que cette méthode soit considéré bien développée par certains auteurs, des travaux sont encore requis pour établir les conditions exactes sur un site qui permette de produire des calculs de temps de résidence fiables. Des pôles stables, un niveau de confiance élevé dans la représentativité des mesures, et la présence de mélange binaire simple sont tous nécessaires pour que la méthode soit fiable. Cette étude sensibilise à l'utilisation généralisée de la filtration sur berge pour l'approvisionnement de nombreuses municipalités au Québec. Elle met en évidence la nécessité de coupler divers outils de caractérisation. Ses résultats permettent des études plus ciblées basées sur les recommandations de ce manuscrit. Des études à l'échelle régionale utilisant des traceurs environnementaux pourraient aider à évaluer plus précisément l'occurrence de la filtration sur berge non seulement dans la province, mais aussi à une plus grande échelle au Canada et dans d'autres pays.