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Conditions hydrogéologiques au-dessus
de réservoirs gaziers non conventionnels
Sous-bassin de Moncton
Sud du Nouveau-Brunswick
Lundi 7 mai 2018 François Huchet
2
Traduit et adapté de Howarth et al. (2011).
Contexte local & Objectifs
2
Fracturation hydraulique
& Forages directionnels
Accès aux unités
peu perméables
?
Deux champs gaziers :
McCully : gaz naturel
Elgin : condensats
Modifié de Hinds (2008).
Mise en production
des sites en 2003
Inquiétudes sanitaires
et environnementales
Moratoire appliqué
depuis juin 2015 au NB
Caractérisation
spécifiquedusite
Prolongation Suspension
Volet hydrogéologique au sein
d’un projet global de la CGC
Apport multidisciplinaire
Aquifère superficiel
 Caractériser l’hydrogéologie du territoire
Zone intermédiaire
Peu de données
 Déterminer les conditions d’écoulement
3
Caractéristiques du territoire d’étude
Deux bassins versants au S-E du N-B : 1 417 km2
 Climat de type continental humide
avec étés tempérés
 Tmoy ~ 6 ºC
 Pmoy ~ 1 100 mm
Données de la station de Sussex entre 1980 et 2017 issues du Gouvernement
du Canada (2018a), traitées et visualisées avec GWHAT (Gosselin et al., 2017).
Territoire rural + Surtout boisé + Vocation agricole
3
Accès à la ressource Puits résidentiels
Aquifère régional capté Roc fracturé
4
Contexte géologique
Sous-bassin de Moncton
 Membre d’Hiram Brook (grès fin)
 Membre de Frederick Brook (shale)
Unité particulière :
Groupe de Windsor (évaporite)
Peu perméable
Dépôts meubles
Tills (91 %)
Unités d’intérêt (> 2 km/surface) :
4
5
 Slug-tests Roc
(8 puits dont 1 externe)
Synthèse des travaux de terrain
Puits d’observation ouverts au roc :
6 forages destructifs (~50 m)
4 forages carottés (40-80 m)
1 forage carotté complémentaire (~130 m)
Essais de perméabilité :
Échantillonnages
(3 sites + 20 Guelph)
Suivi piézométrique
(9 puits dont 1 jaillissant)
 Guelph Dépôts
(20 sites – 60 essais)
5
6
Propriétés et épaisseur des dépôts superficiels
Tills :
Guelph Kmed = 8x10-6
m/s
Granulo. Sable grossier graveleux
Autres dépôts :
Granulo. Sable grossier très graveleux
Deux hydrofaciès perméables définis
Tills :
bmed = 2.13 m
Krigeage ordinaire :
1 030 puits avec stratigraphie
40 données synthétiques
BD provinciale + Puits de la
CGC
Dépôts :
b < 3.7 m en général
Roc affleurant sur 1.3 % du territoire
Recharge favorisée
Vulnérabilité potentiellement élevée
6
7
Fracturation :
Plans de litage + joints verticaux
Réseau interconnecté
Décroissance en profondeur
Contrôle l’écoulement
Conductivité hydraulique :
Roc superficiel (0-50 m)
Kmatrice < 1x10-9
m/s
Kaquifère = 1x10-5
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Rôle des fractures
Propriétés hydrauliques de l’aquifère au roc
7
8
Deux méthodes conventionnelles :
1. Hydrofaciès
Conditions de confinement
2. Fluctuations piézométriques
Subjectives (jugement professionnel)
3. Fonction de réponse barométrique (BRF)
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8
9
 Synthétiques 28 données « points hauts »
 Imposés 1 183 données « eau de surface »
Définition de la piézométrie de l’aquifère au roc
Trois types de points : BD provinciale + Puits de la CGC
Observation 1 390 données « eau souterraine » 2 601 données
Krigeage avec
dérive externe
Écoulement :
Contrôle de la topographie
 Roc superficiel (2 < pnappe < 13 m/sol)
 Drainage de la nappe par les rivières
9
10
Estimation du taux de recharge de l’aquifère au roc
Trois méthodes utilisées car difficile à quantifier :
1. Séparation des hydrogrammes de rivières Débit de base à l’exutoire
2. Modèle d’infiltration quasi-2D HELP Recharge nette distribuée
3. Bilans combinés avec GWHAT Recharge nette locale
1. Séparation des hydrogrammes de rivières Débit de base à l’exutoire
Principe :
Deux composantes au débit total de la rivière
Ruissellement de surface
Apport souterrain
2. Modèle d’infiltration quasi-2D HELP Recharge nette distribuée
Principe :
Composantes du bilan en eau de surface
Bassin divisé en mailles de 150 m
Développé par Schroeder et al (1994)
Besoins :
Modèle conceptuel de sol
Multiples paramètres d’entrée
3. Bilans combinés avec GWHAT Recharge nette locale
Principe :
Bilan en eau de surface
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Hydrogramme synthétique
Bonne cohérence dans les résultats :
1. HELP Filtre de Chapman
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Recharge relativement bien estimée
Débit de base 371 mm/an
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10
11
Vulnérabilité intrinsèque de l’aquifère au roc
Deux méthodes utilisées :
Indice DRASTIC Méthode conventionnelle paramétrique
Résultats cohérents Hausse du niveau de confiance
 Temps de transfert advectif vertical vers la nappe (DAT)
Secteurs sensibles :
Risque mineur (boisé)
 Vigilance sur les plateformes de certains forages gaziers
11
12
Développement du modèle numérique d’écoulement
Modèle conceptuel :
8.5 x 1.5 km
Décroissance de fracturation en profondeur
Conditions limites :
Groupe de Windsor Imperméable
Taux de recharge 300 mm/an
Propriétés hydrauliques :
Après calage
Bonne cohérence avec les données de terrain / littérature
12
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Système d’écoulement
Modèle FLONET développé par Molson et Frind (2014) :
Systèmes d’écoulement locaux dans la partie sommitale du roc
Ecoulement actif dans le roc fracturé superficiel (0-100 m)
Composante profonde et lente (v < 0.1 m/an)
13
14
Temps de résidence des eaux souterraines
Modèle TR2 développé par Molson et Frind (2014) :
Temps de résidence courts dans le roc superficiel (< 5 000 ans)
Renouvellement important par les eaux de recharge
Composante intermédiaire et profonde
Eaux plus évoluées possibles dans la zone de résurgence de la rivière
14
15
Récapitulatif
Couverture sédimentaire
Les tills grossiers perméables (K ~ 8.10-6
m/s) recouvrent la majeure partie du
territoire (91 %) sur une épaisseur moyenne de l’ordre de 3 m.
Roc fracturé
Le roc superficiel (0-100 m) est relativement perméable (K ~ 10-5
m/s)
traduisant une fracturation importante qui décroit en profondeur.
Piézométrie
L’écoulement de l’eau souterraine est contrôlé par la topographie et les rivières
agissent comme exutoires de la nappe.
Recharge
La recharge est surtout contrôlée par les propriétés et l’épaisseur des dépôts
meubles et avoisine les 300 mm/an.
Écoulement
La plupart de l’écoulement se concentre dans le roc superficiel en lien avec le
réseau de fractures interconnectées. La composante profonde est insignifiante.
Dans les puits, les eaux sont peu évoluées (< 5 000 ans) car renouvelées par
la recharge (présence de tritium).
Vulnérabilité de surface
La vulnérabilité peut-être importante mais la plupart des zones sensibles sont
au droit de secteurs forestiers, exceptés certains puits gaziers.
15
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Congrès de l'ACFAS 2018 - Hydrogéologie - INRS/CGC

  • 1. 1 Conditions hydrogéologiques au-dessus de réservoirs gaziers non conventionnels Sous-bassin de Moncton Sud du Nouveau-Brunswick Lundi 7 mai 2018 François Huchet
  • 2. 2 Traduit et adapté de Howarth et al. (2011). Contexte local & Objectifs 2 Fracturation hydraulique & Forages directionnels Accès aux unités peu perméables ? Deux champs gaziers : McCully : gaz naturel Elgin : condensats Modifié de Hinds (2008). Mise en production des sites en 2003 Inquiétudes sanitaires et environnementales Moratoire appliqué depuis juin 2015 au NB Caractérisation spécifiquedusite Prolongation Suspension Volet hydrogéologique au sein d’un projet global de la CGC Apport multidisciplinaire Aquifère superficiel  Caractériser l’hydrogéologie du territoire Zone intermédiaire Peu de données  Déterminer les conditions d’écoulement
  • 3. 3 Caractéristiques du territoire d’étude Deux bassins versants au S-E du N-B : 1 417 km2  Climat de type continental humide avec étés tempérés  Tmoy ~ 6 ºC  Pmoy ~ 1 100 mm Données de la station de Sussex entre 1980 et 2017 issues du Gouvernement du Canada (2018a), traitées et visualisées avec GWHAT (Gosselin et al., 2017). Territoire rural + Surtout boisé + Vocation agricole 3 Accès à la ressource Puits résidentiels Aquifère régional capté Roc fracturé
  • 4. 4 Contexte géologique Sous-bassin de Moncton  Membre d’Hiram Brook (grès fin)  Membre de Frederick Brook (shale) Unité particulière : Groupe de Windsor (évaporite) Peu perméable Dépôts meubles Tills (91 %) Unités d’intérêt (> 2 km/surface) : 4
  • 5. 5  Slug-tests Roc (8 puits dont 1 externe) Synthèse des travaux de terrain Puits d’observation ouverts au roc : 6 forages destructifs (~50 m) 4 forages carottés (40-80 m) 1 forage carotté complémentaire (~130 m) Essais de perméabilité : Échantillonnages (3 sites + 20 Guelph) Suivi piézométrique (9 puits dont 1 jaillissant)  Guelph Dépôts (20 sites – 60 essais) 5
  • 6. 6 Propriétés et épaisseur des dépôts superficiels Tills : Guelph Kmed = 8x10-6 m/s Granulo. Sable grossier graveleux Autres dépôts : Granulo. Sable grossier très graveleux Deux hydrofaciès perméables définis Tills : bmed = 2.13 m Krigeage ordinaire : 1 030 puits avec stratigraphie 40 données synthétiques BD provinciale + Puits de la CGC Dépôts : b < 3.7 m en général Roc affleurant sur 1.3 % du territoire Recharge favorisée Vulnérabilité potentiellement élevée 6
  • 7. 7 Fracturation : Plans de litage + joints verticaux Réseau interconnecté Décroissance en profondeur Contrôle l’écoulement Conductivité hydraulique : Roc superficiel (0-50 m) Kmatrice < 1x10-9 m/s Kaquifère = 1x10-5 m/s Rôle des fractures Propriétés hydrauliques de l’aquifère au roc 7
  • 8. 8 Deux méthodes conventionnelles : 1. Hydrofaciès Conditions de confinement 2. Fluctuations piézométriques Subjectives (jugement professionnel) 3. Fonction de réponse barométrique (BRF) Puits à nappe libre 8
  • 9. 9  Synthétiques 28 données « points hauts »  Imposés 1 183 données « eau de surface » Définition de la piézométrie de l’aquifère au roc Trois types de points : BD provinciale + Puits de la CGC Observation 1 390 données « eau souterraine » 2 601 données Krigeage avec dérive externe Écoulement : Contrôle de la topographie  Roc superficiel (2 < pnappe < 13 m/sol)  Drainage de la nappe par les rivières 9
  • 10. 10 Estimation du taux de recharge de l’aquifère au roc Trois méthodes utilisées car difficile à quantifier : 1. Séparation des hydrogrammes de rivières Débit de base à l’exutoire 2. Modèle d’infiltration quasi-2D HELP Recharge nette distribuée 3. Bilans combinés avec GWHAT Recharge nette locale 1. Séparation des hydrogrammes de rivières Débit de base à l’exutoire Principe : Deux composantes au débit total de la rivière Ruissellement de surface Apport souterrain 2. Modèle d’infiltration quasi-2D HELP Recharge nette distribuée Principe : Composantes du bilan en eau de surface Bassin divisé en mailles de 150 m Développé par Schroeder et al (1994) Besoins : Modèle conceptuel de sol Multiples paramètres d’entrée 3. Bilans combinés avec GWHAT Recharge nette locale Principe : Bilan en eau de surface Bilan eau en eau d’un aquifère libre Développé par Gosselin (2016) Hydrogramme synthétique Bonne cohérence dans les résultats : 1. HELP Filtre de Chapman 2. HELP GWHAT Recharge relativement bien estimée Débit de base 371 mm/an HELP 305 mm/an GWHAT (8 puits) 284-538 mm/an 10
  • 11. 11 Vulnérabilité intrinsèque de l’aquifère au roc Deux méthodes utilisées : Indice DRASTIC Méthode conventionnelle paramétrique Résultats cohérents Hausse du niveau de confiance  Temps de transfert advectif vertical vers la nappe (DAT) Secteurs sensibles : Risque mineur (boisé)  Vigilance sur les plateformes de certains forages gaziers 11
  • 12. 12 Développement du modèle numérique d’écoulement Modèle conceptuel : 8.5 x 1.5 km Décroissance de fracturation en profondeur Conditions limites : Groupe de Windsor Imperméable Taux de recharge 300 mm/an Propriétés hydrauliques : Après calage Bonne cohérence avec les données de terrain / littérature 12
  • 13. 13 Système d’écoulement Modèle FLONET développé par Molson et Frind (2014) : Systèmes d’écoulement locaux dans la partie sommitale du roc Ecoulement actif dans le roc fracturé superficiel (0-100 m) Composante profonde et lente (v < 0.1 m/an) 13
  • 14. 14 Temps de résidence des eaux souterraines Modèle TR2 développé par Molson et Frind (2014) : Temps de résidence courts dans le roc superficiel (< 5 000 ans) Renouvellement important par les eaux de recharge Composante intermédiaire et profonde Eaux plus évoluées possibles dans la zone de résurgence de la rivière 14
  • 15. 15 Récapitulatif Couverture sédimentaire Les tills grossiers perméables (K ~ 8.10-6 m/s) recouvrent la majeure partie du territoire (91 %) sur une épaisseur moyenne de l’ordre de 3 m. Roc fracturé Le roc superficiel (0-100 m) est relativement perméable (K ~ 10-5 m/s) traduisant une fracturation importante qui décroit en profondeur. Piézométrie L’écoulement de l’eau souterraine est contrôlé par la topographie et les rivières agissent comme exutoires de la nappe. Recharge La recharge est surtout contrôlée par les propriétés et l’épaisseur des dépôts meubles et avoisine les 300 mm/an. Écoulement La plupart de l’écoulement se concentre dans le roc superficiel en lien avec le réseau de fractures interconnectées. La composante profonde est insignifiante. Dans les puits, les eaux sont peu évoluées (< 5 000 ans) car renouvelées par la recharge (présence de tritium). Vulnérabilité de surface La vulnérabilité peut-être importante mais la plupart des zones sensibles sont au droit de secteurs forestiers, exceptés certains puits gaziers. 15

Notes de l'éditeur

  1. Réservoirs peu accessibles (profonds, peu perméables) Inquiétudes : fuites (HC, fluides fracturation, saumures) vers aquifères Nécessaire de faire une étude spécifique sur chaque site car hétérogénéité Objectif : supporter la province dans sa prise de décision face au fracking Travail multidisciplinaire : apport de compétences Evaluer les liens potentiels entre activités profondes des unités cibles et les aquifères superficiels via la zone intermédiaire peu caractérisée Zone intermédiaire peu de données
  2. 96% au roc B med (puits) = 38 m
  3. Groupe de Windsor (anhydrite) Présente en continue au-dessus du réservoir de McCully
  4. Obtenir des information sur l’hydraulique de l’aquifère et des dépôts de couverture
  5. Tills : dépôt majoritaire 5 unités caractérisées : 49 % du territoire Hétérogène localement mais homogène globalement Recharge : Contrôle le transfert des apports verticaux vers l’aquifère rocheux sous-jacent Vulnérabilité : Assure une certaine couverture face aux potentielles contaminations de surface
  6. K influencée par les fractures Rivière draine la nappe Rivière = Exutoire
  7. HF : captive si HF1 &amp;gt; 5 m (PACES) HF : captive si HF1 &amp;gt; 1 m (restrictives) BRF : réponse classique libre des puits / méthode plus objectif / basée sur l’allure graphique
  8. Mauvaise distribution Pts imposés &amp;lt; 46 % des données Pts synthétiques &amp;lt; 28 % des données Validation croisée + Surface erreur niveau de nappe &amp;gt; sol + Coupe Définir les directions d’écoulement Évaluer les facteurs contrôlant les niveaux piézométriques
  9. Opérations de maintenance (épanchements de surface)
  10. Comprendre le système d’écoulement à l’échelle du bassin
  11. TR2 : transport advectif-dispersif