Stratigraphie et processus sédimentaires dans le chenal de navigation du Port de Montréal

RÉSUMÉ: Une connaissance appropriée de la géologie entourant un port maritime international est requise pour assurer la sécurité du transport et des opérations de dragage. Un projet a été mis en place pour caractériser les sédiments, leur composition, les processus sédimentaires et la stratigraphie le long de la voie navigable du Port de Montréal. Une base de données géoréférencée a tout d'abord été développée à partir d'archives géotechniques. Elle intègre des milliers de descriptions de forages enregistrées depuis 1830. Une expédition a ensuite été réalisée à bord du navire scientifique F.J. Saucier. 148 km de profils acoustiques de sous-surface (3,5 kHz) et 27 carottes courtes de sédiments ont été acquis. L'analyse des données pluriannuelles de la bathymétrie multifaisceaux fournis par le Service hydrographique du Canada révèle une érosion moyenne de 2,7 cm/an dans la voie navigable depuis les 12 dernières années. L'étude des dunes subaquatiques et des autres formes dénote un apport limité en sédiments. Cependant, la zone située entre le quai Jacques-Cartier et la fin des Îles de Boucherville est sujette à l'accumulation (jusqu'à 14 cm/an) et doit donc être surveillée. Les données sismiques combinées aux descriptions de forages et aux carottes sédimentaires indiquent l'affleurement du roc (Shale d'Utica) dans cette zone sensible. Le roc plonge ensuite devant l'Île Ste-Thérèse et les sédiments sus-jacents quaternaires apparaissent. Une sous-unité non laminée des argiles de la mer de Champlain affleure jusqu'au seuil de l'Île-aux-Prunes. Les carottes sédimentaires en aval de ce point sont clairement laminées et constituent une seconde sous-unité des argiles de la mer de Champlain. Tous les échantillons analysés en laboratoire présentent des caractéristiques similaires et typiques des argiles de la mer de Champlain. La distribution granulométrique est dominée par l'argile et le silt, avec des proportions variables de sable, de gravier et de cailloux. Les carottes dominées par des sédiments grossiers proviennent de champs de dunes et de zones d'érosion où les forts courants (~ 1 m/s) ont récemment transporté ces sédiments. Les teneurs en carbone total (0,5% à 2,3%) et en eau (36,0 ± 5,9%) des argiles sont normales pour un environnement marin. De plus, la datation au 14C d'une coquille de pélécypode indique un âge de 11 640 cal BP et l'absence de 210Pb en excès corrobore la tendance à l'érosion de la voie navigable. -- Mot(s) clé(s) en français : Forage, stratigraphie, sismique, sédiments, port, Montréal, bathymétrie multifaisceaux, chenal de navigation, mer de Champlain. -- ABSTRACT: A good understanding of the stratigraphy and the sedimentary processes are required to ensure the security of maritime transport and dredging operations around an international port. A research project was thus established to characterize the sediments, their composition and stratigraphy, and the sedimentary processes acting in the Port of Montreal and its waterway. A geodatabase was firstly developed from the geotechnical archives of the Port of Montreal and its partners. It integrates thousands of borehole descriptions recorded since 1830 AD. A sampling mission was then realised on board the scientific vessel F.J. Saucier. It resulted in the acquisition of 148 km of acoustic subbottom profiles (3.5 kHz) and 27 short sediment cores. The analysis of multiannual bathymetric multibeam echosounding data provided by the Canadian Hydrographic Service shows that a mean erosion trend of 2.7 cm/yr is occurring in the waterway since the last 12 years. The shapes and migration rates of subaqueous dunes and other submarine features also denote a low-supply sediment model. However, the area between the Jacques-Cartier wharf and the end of the Boucherville's Island is subject to accumulation (up to 14 cm/yr) and needs to be closely monitored. The seismic data combined to the ArcGIS borehole descriptions and the short sedimentary cores indicate outcropping of the bedrock (Shale of Utica) in this sensible area. The bedrock then plunges in front of the Ste-Thérèse Island and the Quaternary overlying sediments outcrop with an unlaminated subunit of the Champlain Sea Clays until a threshold in front of the Île-aux-Prunes. Downstream this point, the short sediment cores are clearly laminated, and constitute a second subunit of the Champlain Sea Clays. The laboratory analyses point to similar characteristics of all the sediment samples and confirm the presence of the Champlain Sea Clays. The granulometric distribution is dominated by clay and silt, with variable proportions of sand, gravel and pebble. The rare cores dominated by coarse sediments were sampled in dune fields and areas clearly in erosion, where coarse sediments have recently been transported by the strong bottom currents (~1 m/s). The carbon and water content of the clays are normal for a marine environment (i.e. total carbon of 0.5 % to 2.3 % and water content of 36.0 ±5.9 %). In addition, the 14C radiocarbon age obtained from a marine pelecypod shell indicates an age of 11 640 cal BP and the absence of 210Pb in excess is concordant with the erosion trend of the waterway. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Boreholes, stratigraphy, sediments, seismic, port, Montreal, ArcGIS, multibeam bathymetry, navigation channel, Champlain Sea