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Personne :
Coulon, Cécile

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Coulon

Prénom

Cécile

Affiliation

Université Laval. Département de géologie et de génie géologique

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ncf13701753

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Résultats de recherche

Voici les éléments 1 - 6 sur 6
  • PublicationAccès libre
    Portrait des ressources en eau souterraine des îles de la Madeleine : rapport scientifique
    (Université Laval Département de géologie et génie géologique, 2022-03-01) Lemieux, Jean-Michel; Germain, Alexandra; Tremblay, Yohann; Gatel, Laura; Arbour, Guillaume; Coulon, Cécile; Dupuis, J. Christian
    L’eau souterraine constitue l’unique source d’approvisionnement en eau potable des îles de la Madeleine. Elle est vulnérable à l’intrusion d’eau salée qui provient de la mer et aux nombreuses activités humaines qui peuvent avoir un impact sur la quantité ou la qualité de la ressource. Les changements climatiques pourraient aussi influer sur la disponibilité future de cette ressource. Une connaissance accrue sur l’eau souterraine et les aquifères qui la contiennent est nécessaire pour la mise en place de mesures de protection et de gestion durable de la ressource. La présente étude établit le Portrait des ressources en eau souterraine des îles de la Madeleine en recensant d’abord l’ensemble des connaissances existantes sur les eaux souterraines du territoire d’étude. Des données complémentaires de terrain ont ensuite été acquises. L’ensemble des informations récoltées ont enfin été intégrées et interprétées en format cartographique, principalement à l’aide d’une approche méthodologique basée sur la modélisation numérique des écoulements. Les aquifères au potentiel d’exploitation moyen à très élevé, composés principalement de grès, ont été identifiés. Ceux-ci contiennent la presque totalité de l’eau souterraine qui est actuellement exploitée et constituent la réserve principale en eau douce disponible pour les besoins futurs. Cette eau est de très bonne qualité et peut souvent être distribuée sans traitement particulier. Les aires d’alimentation de ces aquifères correspondent aux territoires qui devraient être ciblés par les mesures de protection et de gestion de la ressource. La consommation annuelle en eau douce est faible comparativement à la réalimentation annuelle des aquifères. Ainsi, la quantité d’eau contenue dans les aquifères suffit aux besoins en eau potable actuels. Les ressources en eau souterraine et les réseaux d'exploitation actuels semblent suffisants pour les besoins futurs de la municipalité selon les projections en 2050 de la hausse de la consommation et de la diminution du volume d’eau disponible causée par les changements climatiques.
  • PublicationAccès libre
    Portrait des ressources en eau souterraine des îles de la Madeleine : atlas hydrogéologique
    (Université Laval. Département de géologie et de génie géologique, 2022-06-01) Lemieux, Jean-Michel; Germain, Alexandra; Tremblay, Yohann; Gatel, Laura; Arbour, Guillaume; Coulon, Cécile; Dupuis, J. Christian
    L’eau souterraine constitue l’unique source d’approvisionnement en eau potable des îles de la Madeleine. Elle est vulnérable à l’intrusion d’eau salée qui provient de la mer et aux nombreuses activités humaines qui peuvent avoir un impact sur la quantité ou la qualité de la ressource. Les changements climatiques pourraient aussi influer sur la disponibilité future de cette ressource. Une connaissance accrue sur l’eau souterraine et les aquifères qui la contiennent est nécessaire pour la mise en place de mesures de protection et de gestion durable de la ressource. La présente étude établit le Portrait des ressources en eau souterraine des îles de la Madeleine en recensant d’abord l’ensemble des connaissances existantes sur les eaux souterraines du territoire d’étude. Des données complémentaires de terrain ont ensuite été acquises. L’ensemble des informations récoltées ont enfin été intégrées et interprétées en format cartographique, principalement à l’aide d’une approche méthodologique basée sur la modélisation numérique des écoulements. Les aquifères au potentiel d’exploitation moyen à très élevé, composés principalement de grès, ont été identifiés. Ceux-ci contiennent la presque totalité de l’eau souterraine qui est actuellement exploitée et constituent la réserve principale en eau douce disponible pour les besoins futurs. Cette eau est de très bonne qualité et peut souvent être distribuée sans traitement particulier. Les aires d’alimentation de ces aquifères correspondent aux territoires qui devraient être ciblés par les mesures de protection et de gestion de la ressource. La consommation annuelle en eau douce est faible comparativement à la réalimentation annuelle des aquifères. Ainsi, la quantité d’eau contenue dans les aquifères suffit aux besoins en eau potable actuels. Les ressources en eau souterraine et les réseaux d'exploitation actuels semblent suffisants pour les besoins futurs de la municipalité selon les projections en 2050 de la hausse de la consommation et de la diminution du volume d’eau disponible causée par les changements climatiques.
  • PublicationAccès libre
    Decision-support modeling in island aquifers using sharp-interface seawater intrusion models
    (2022) Coulon, Cécile; Lemieux, Jean-Michel; Pryet, Alexandre
    Les modèles hydrogéologiques permettent de décrire la réponse des systèmes aquifères soumis à différents forçages naturels et anthropiques, et peuvent donc être utilisés pour évaluer les éventuels effets néfastes associés à différentes stratégies de gestion de l'eau souterraine. Les variables simulées par les modèles sont intrinsèquement incertaines, et des analyses telles que l'estimation des paramètres, l'analyse quantitative des incertitudes et l'optimisation de gestion sous incertitude sont essentielles pour fournir des informations quantitatives robustes pour appuyer la prise de décision des gestionnaires de l'eau souterraine. Cependant, ces analyses sont rarement effectuées dans les modèles d'écoulement d'eau souterraine simulant l'intrusion saline, à cause des temps de calculs très longs des modèles simulant le transport advectif-dispersif. L'objectif de cette recherche était de fournir des cadres méthodologiques pour la mise en place de ces analyses dans les modèles opérationnels régionaux simulant l'intrusion saline. Des méthodologies reproductibles ont ainsi été développées pour l'estimation des paramètres, l'analyse quantitative des incertitudes et l'optimisation des pompages sous incertitude à l'aide de modèles d'intrusion saline dits à « interface abrupte », qui ne simulent pas explicitement les phénomènes de dispersion hydrodynamique. Des approches déterministes puis stochastiques ont été développées, prenant en compte l'incertitude dans les paramètres du modèle, l'incertitude dans les observations utilisées pour contraindre l'estimation des paramètres, et finalement l'incertitude climatique. Des méthodes ont été développées pour extraire des observations de charge d'eau douce équivalente et d'interface eau douce-eau salée de différents types de puits et de la géophysique, et pour estimer leurs incertitudes. Une analyse a posteriori a déterminé quels types d'observations étaient essentiels pour réduire les incertitudes prédictives du modèle, pour guider de futures collectes de données dans les aquifères insulaires ou côtiers. Une méthodologie a également été développée pour optimiser les pompages dans une lentille d'eau douce insulaire avec un modèle à interface abrupte, en corrigeant l'interface par une solution analytique pour estimer de manière simplifiée la dispersion d'eau salée liée au pompage. Toutes les méthodologies développées ont utilisé des logiciels d'écoulement de l'eau souterraine (MODLOW-SWI2) et des outils d'aide à la décision (PEST_HP, PEST++, PyEMU) libres et facilement accessibles. Ces méthodes ont été intégralement développées sous la forme de scripts Python pour faciliter leur reprise dans d'autres projets de modélisation hydrogéologique. Les résultats démontrent les avantages liés à la mise en place d'outils d'aide à la décision dans les modèles numériques d'écoulement de l'eau souterraine. L'optimisation des pompages sous incertitude permet d'obtenir le débit de pompage maximal en fonction du risque de salinisation (à comparer à la demande en eau); cette approche permet aux gestionnaires de l'eau souterraine de choisir le scénario souhaité en fonction de leur degré de tolérance au risque. L'estimation des paramètres permet de réduire les incertitudes prédictives du modèle, ce qui influence directement les débits de pompage optimaux. La prise en compte de l'incertitude climatique augmente l'incertitude prédictive du modèle et réduit les débits de pompages optimaux pour les gestionnaires ayant une attitude conservatrice face au risque. Cette recherche était motivée par des problématiques concrètes de gestion de l'eau souterraine aux Iles de la Madeleine (Québec, Canada), et les méthodologies mises en place pourraient être utilisées pour appuyer la prise de décision des gestionnaires de l'eau souterraine dans d'autres milieux côtiers ou insulaires.
  • PublicationAccès libre
    A framework for parameter estimation using sharp-interface seawater intrusion models
    (Elsevier, 2021-05-31) Coulon, Cécile; Pryet, Alexandre; Lemieux, Jean-Michel; Dupuis, J. Christian; Yrro, Ble Jean Fidele; Bouchedda, Abderrezak; Gloaguen, Erwan; Comte, Jean-Christophe; Banton, Olivier
    Sharp-interface seawater intrusion models present shorter run times than variable density codes, which makes them practical for regional, decision-support groundwater modeling. Although parameter estimation and uncertainty analyses are essential steps for model-based decision making, their implementation in seawater intrusion models has remained limited. Few guidelines are available and it is unclear which observations should be used, what processing they require and what weighting strategy should be used. A framework has been developed for parameter estimation using a regional sharp-interface decision-support model applied to a real-world example in the Magdalen Islands (Quebec, Canada). This framework included the assimilation of head observations collected from shallow wells, deep open wells and pumping wells, as well as freshwater-seawater interface observations derived from deep open wells, TDEM (time-domain electromagnetic) and ERT (electrical resistivity tomography) geophysical surveys. A model was developed using MODFLOW-SWI2 in which fast model run times allowed the estimation of numerous parameters, including a heterogeneous hydraulic conductivity field with pilot points. Following parameter estimation with PEST, the uncertainty of several model forecasts, i.e. the volume of freshwater and the interface elevation near municipal pumping wells, was examined with the first-order second moment (FOSM) approach and a data worth analysis was carried out. While the observations presented a low signal-to-noise ratio, parameter estimation was effective to reduce the uncertainty of model forecasts. Interface observations, and particularly geophysical observations, were most useful to reduce predictive uncertainties. Head and interface observations from deep open wells were biased and could not be suitably reproduced by the model. The framework developed here is relatively straightforward and could be implemented more systematically. The study also provides recommendations to guide future data collection strategies in coastal aquifers.
  • PublicationAccès libre
    Pumping optimization under uncertainty in an island freshwater lens using a sharp-interface seawater intrusion model
    (Washington : American Geophysical Union, 2022-07-11) Coulon, Cécile; Lemieux, Jean-Michel; Young, Nathan Lee; Molson, John W. H.; Pryet, Alexandre; Bayer, Peter
    Pumping optimization under uncertainty is a powerful approach for the management of groundwater resources, and its implementation would be valuable in island aquifers where freshwater lenses are affected by seawater intrusion. Sharp-interface numerical models are especially well suited for the task as they offer fast simulation times, but to date they have not been used because of a lack of guidelines and due to the specific challenges associated with this approach. This study presents a methodology for pumping optimization under uncertainty for island freshwater lenses using a sharp-interface model (MODFLOW-SWI2) and demonstrates it for a real case (Magdalen Islands, Quebec, Canada). The total pumping in a well field was maximized while avoiding well salinization due to upconing. To do so, the sharp interface simulated below the pumping wells was corrected successively for cell-to-well upconing and for dispersion. Pumping optimization under uncertainty was then conducted using PESTPP-OPT, considering parameter and observation uncertainty, and was repeated for 23 reliability levels to illustrate a large range of risk-averse, tolerant and neutral stances. The maximum pumping was obtained as a function of risk of well salinization. This approach enabled quantification of the tradeoffs between pumping and risk, allocation of pumping amongst wells, and an examination of the ability of the well field to meet the water demand while maintaining an acceptable level of risk. Ultimately, this framework allows groundwater managers to select the final pumping scenario themselves, depending on their attitude toward risk.
  • PublicationAccès libre
    An ensemble-based approach for pumping optimization in an island aquifer considering parameter, observation and climate uncertainty
    (Copernicus GmbH, 2024-01-18) Coulon, Cécile; White, Jeremy T.; Pryet, Alexandre; Gatel, Laura; Lemieux, Jean-Michel
    In coastal zones, a major objective of groundwater management is often to determine sustainable pumping rates which avoid well salinization. Understanding how model and climate uncertainties affect optimal management solutions is essential for providing groundwater managers with information about salinization risk and is facilitated by the use of optimization under uncertainty (OUU) methods. However, guidelines are missing for the widespread implementation of OUU in real-world coastal aquifers and for the incorporation of climate uncertainty into OUU approaches. An ensemble based OUU approach was developed considering parameter, observation and climate uncertainty and was implemented in a real-world island aquifer in the Magdalen Islands (Québec, Canada). A sharp-interface seawater intrusion model was developed using MODFLOW-SWI2 and a prior parameter ensemble was generated containing multiple equally plausible realizations. Ensemble-based history matching was conducted using an iterative ensemble smoother which yielded a posterior parameter ensemble conveying both parameter and observation uncertainty. Sea level and recharge ensembles were generated for the year 2050 and were then used to generate a predictive parameter ensemble conveying parameter, observation and climate uncertainty. Multi-objective OUU was then conducted, aiming to both maximize pumping rates and minimize the probability of well salinization. As a result, the optimal trade-off between pumping and the probability of salinization was quantified considering parameter, historical observation and future climate uncertainty simultaneously. The multi-objective, ensemble-based OUU led to optimal pumping rates that were very different from a previous deterministic OUU and close to the current and projected water demand for risk-averse stances. Incorporating climate uncertainty into the OUU was also critical since it reduced the maximum allowable pumping rates for users with a risk averse stance. The workflow used tools adapted to very high dimensional, nonlinear models and optimization problems to facilitate its implementation in a wide range of real-world settings.