Analyse spatiale pour l’hydrogéologie en milieu boréal québécois : bilan hydrologique et gestion du territoire

Spatial analysis for the hydrogeology in quebec boreal watersheds : hydrological mass balance and land management.

• Auteur / Autrice : Simon Nadeau
• Direction : Didier Graillot, Eric Rosa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie de l'Environnement
• Date : Soutenance le 08/11/2021
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels
• Jury : Président / Présidente : Annie Desrochers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Rosa, Annie Desrochers, Jean-Jacques Delannoy, Ian D. Clark, Valérie Laforest, Vincent Cloutier, Frédéric Paran
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Delannoy, Ian D. Clark

Mots clés

Mots clés contrôlés

Québec (Canada)

Sols -- Aménagement

Bilan hydrologique

Hydrogéologie

Mots clés libres

Réserves et écoulements de l’eau souterraine

Potentiel aquifère

Bilans géochimiques

Potentiel occurrence d’écosystème dépendant de l’eau souterraine

SIG

Groundwater flow

Aquifer potential

Geochemical mass balance

Potential occurrence of groundwater dependent ecosystems

GIS-based approaches

Résumé

Cette étude se concentre sur l'utilisation d'approches SIG, réalisées sur de vastes territoires reculés où les données préexistantes sont rares et limitées, pour acquérir de nouvelles connaissances sur les réserves et les flux de l’eau souterraine. Des informations nécessaires pour maintenir l’approvisionnement en eau potable des communautés locales et assurer la préservation des écosystèmes dépendant de l’eau souterraine malgré les changements anticipés. La zone d'étude couvre 185 000 km2 englobant de vastes bassins versants boréaux du bassin de la Baie-James (Canada). Une analyse spatiale multicritères (AMC) basée sur des données géologiques et hydrogéologiques a été couplée à des calculs géométriques afin d'évaluer le volume des aquifères granulaires peu profonds et d'identifier les zones où la protection des eaux souterraines doit être prioritaire. Des données satellitaires et des modèles spatiaux combinés à des données in situ, telles que des mesures de débit et la composition géochimique de l’eau (isotopes stables [δ2H-δ18O] et conductivité électrique), ont ensuite été utilisés pour calculer le bilan hydrologique terrestre et estimer les composantes du cycle de l'eau. Enfin, un nouvel indice basé sur la stabilité de l'indice de sécheresse Température-Végétation, calculé à partir de 290 images du satellite Landsat 8, a révélé l'emplacement de potentiels occurrence d’écosystèmes dépendant des eaux souterraines (POEDES).

Quantifying the water resources stored in shallow aquifers and their hydrological exchanges with surface waters is critical to better evaluate the sensitivity of groundwater resources and groundwater dependent ecosystems (GDEs) deriving from climate change and human impacts. The evaluation of water resources is still challenging in vast and remote areas, where pre-existing data are sparse and limited. This study focuses on the use of large-scale GIS-based approaches to produce new insights into shallow groundwater resources. The study area covers 185,000 km2 encompassing vast boreal watersheds of the James Bay basin (Canada). A spatial multi-criteria analysis (MCA) based on geological and hydrogeological data was coupled with geometric calculations in order to evaluate the volume of shallow granular aquifers and to identify areas where groundwater protection should be prioritized. Satellite data and spatial models combined with in situ data, such as discharge and geochemical data (stable isotopes [δ2H-δ18O] and electrical conductivity of water), were then used to calculate terrestrial water budget and estimate water cycle components. Finally, a new index based on the stability of the Temperature-Vegetation dryness index, calculated from 290 images of the satellite Landsat 8, revealed location of potential groundwater dependent ecosystem (PDGE).