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Étude spatiotemporelle de la qualité de l'eau souterraine sur l'aire d'alimentation d'un captage municipal en milieu agricole

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2010
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L’élaboration de stratégies efficaces de protection des captages d’eau souterraine adaptées à un milieu rural nécessite une bonne compréhension des liens entre la qualité de l’eau captée et les activités agricoles menées à proximité de ces captages. Il est toutefois difficile d’évaluer l’impact de modifications de pratiques agricoles ou les résultats de la gestion du territoire sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal. Afin d’apporter des éléments de réponse face à ce constat, une investigation a été réalisée sur l’aire d’alimentation d’un captage municipal d’eau potable en territoire agricole au Québec (Pont-Rouge), faisant appel à des mesures de terrain et des simulations numériques. L’étude a porté principalement sur les ions nitrates et les bactéries indicatrices de contamination fécale, principaux indicateurs de pollution de l’eau souterraine en zone agricole. Une série de 38 piézomètres ont été installés sur l’aire d’alimentation dans le but de mesurer des paramètres physico-chimiques et bactériologiques de la qualité de l’eau. Parallèlement à ce suivi de terrain, un modèle déterministe d’écoulement de l’eau souterraine et de transport des nitrates en aquifère granulaire à nappe libre a été élaboré dans le but d’évaluer l’applicabilité du modèle pour la prédiction des teneurs en nitrates au captage municipal. Le calage du modèle comprend une analyse de sensibilité des principaux paramètres et variables du modèle, une étape d’ajustement à des résultats de terrain pour une période déterminée, ainsi qu’une validation du modèle. Suite au calage du modèle, la simulation de divers scénarios a permis de prévoir les effets de changements des pratiques agricoles et de mieux comprendre les teneurs en nitrates mesurées par le passé au captage de la ville. Les résultats d’analyses physico-chimiques démontrent l’impact significatif des activités agricoles sur la qualité de l’eau souterraine, particulièrement les teneurs en nitrates. Les résultats d’analyses microbiologiques montrent pour leur part la forte variabilité des mesures de bactéries indicatrices de contamination fécale au sein de l’aquifère étudié. Enfin, les résultats de modélisation numérique et des scénarios suggèrent que le modèle est adapté pour la simulation des teneurs en nitrates au captage municipal, et qu’une meilleure gestion des pratiques agricoles peut améliorer significativement la qualité de l’eau au captage.
A sound scientific basis for decision-making about land management and groundwater protection includes a proper understanding of the relationships between agricultural activities and the quality of pumped water at a municipal well. There is a need to assess both nitrate and bacterial contamination in a capture area, and to ensure that regulations through protection areas are adapted to prevent risks to consumer health. For this purpose, field monitoring and numerical simulations were performed on the actual case of a municipal well in an agricultural area in the province of Québec (Canada). A number of 38 piezometers were installed within the capture area in order to monitor physico-chemical and bacteriological parameters in groundwater. At the same time, a three-dimensional Water flow and Nitrate transport Global Model (WNGM) in unconfined aquifer was developed in order to simulate nitrate concentrations in the aquifer and in the municipal well, in relation with agricultural practice. Model calibration was performed using water level and nitrate concentration measured in the aquifer. The simulations of several scenarios provided a better understanding of past trends of nitrate concentrations in the municipal well, as well as predictions of nitrate concentrations in the municipal well assuming different land management practices within the capture area. The results of physico-chemical monitoring demonstrate the impact of agricultural activities on groundwater quality, particularly on nitrate levels. The results of bacteriological monitoring show a significant variability of bacteria content in groundwater. Finally, the results of the numerical simulation demonstrate that modelling is able to provide valid and useful prediction of nitrate levels in the municipal well, and that better agricultural practice can improve significantly groundwater quality at the well.
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thèse de doctorat