Caractérisation hydrogéologique et modélisation couplée du bassin versant de la rivière à la Raquette, Québec (Canada)

Situé à 50 km à l'ouest du centre-ville de Montréal, le bassin de la rivière à la Raquette couvre 133 km2 et est caractérisé par une topographie contrastée allant de la plaine agricole aux reliefs du mont Rigaud et de la butte de Sainte-Marthe. La ressource en eau souterraine dans cette région est grandement sollicitée, notamment en raison de l'augmentation de la population au cours des dernières années et parce que la majorité de celle-ci s'alimente en eau souterraine. Ces tendances sont susceptibles d'avoir une incidence sur l'hydrologie de l'ensemble du bassin versant. L'objectif général de ce projet de recherche est de comprendre et simuler les écoulements souterrains et superficiels sur le bassin versant de la rivière à la Raquette. Les objectifs spécifiques sont 1) de caractériser l'hydrologie du bassin versant de la rivière à la Raquette en mettant l'emphase sur les interactions entre l'eau de surface et l'eau souterraine, 2) de développer un modèle hydrostratigraphique 3D du bassin d'étude et 3) de développer un modèle hydrologique couplé, permettant de simuler les interactions entre l'eau de surface et l'eau souterraine. Pour la période hors-gel (1er avril au 31 octobre) de 2013 et 2014, le débit total en rivière a été de 380 mm et de 557 mm, respectivement. Pour la période hors-gel de 2013, le débit de base a été évalué à 167 mm (44%) avec le filtre d'Eckhardt et à 109 mm (29%) avec l'analyse de fréquence. En 2014, ces valeurs s'élèvent plutôt à 207 mm (37%) et 120 mm (22%). En tenant compte des valeurs calculées par la méthode d'Eckhardt, la contribution de l'eau souterraine en rivière est supérieure pour le bassin de la rivière à la Raquette que pour d'autres bassins du Québec méridional. En période d'étiage, les mesures longitudinales des débits ont permis de constater que le segment de rivière dans vallée de Sainte-Marthe est caractérisé par des flux d'eau souterraine évalués à 0.022 m3/s/km. Selon la carte piézométrique de l'aquifère fracturé, la vallée de Sainte-Marthe se situe à la ligne de partage entre deux régimes d'écoulement souterrains. Les écoulements en amont du bassin sont dirigés vers le SE selon un gradient de 0.003 m/m tandis que ceux en aval sont dirigés vers le nord et alimentent la rivière des Outaouais selon un gradient de 0.004 m/m. Un modèle géologique conceptuel 3D du bassin a été développé et cinq coupes topo-géologiques ont été présentées. Le modèle Mike SHE du bassin de la rivière à la Raquette a été discrétisé horizontalement en cellules de 100 m x 100 m et verticalement en dix couches numériques d'épaisseurs variables. Les processus d'écoulement en zone saturée et de ruissellement de surface ont été couplés avec le module d'écoulement en rivière (Mike 11). Le modèle a été calé sur les données enregistrées à trois stations hydrométriques en rivière, à piézomètres instrumentés, ainsi qu'avec 154 relevés de niveaux d'eau dans des puits résidentiels. Les charges hydrauliques ont été adéquatement calées (erreur moyenne quadratique de 8.77 m) de même que les écoulements en rivière (coefficient de Nash-Sutcliffe de 0.62 à 0.75). Dans la plaine au nord du mont Rigaud, les niveaux piézométriques varient en fonction du type de condition limite utilisé pour la rivière des Outaouais. La simplification algébrique des processus d'évapotranspiration et d'infiltration est susceptible d'avoir engendré la sous-estimation des débits de crue. Le modèle couplé parvient à simuler les apports d'eau souterraine dans la vallée de Sainte-Marthe. En période d'étiage, les débits simulés sont près du double de ceux mesurés, notamment en raison des charges qui sont surestimées au nord du mont Rigaud. Les débits de base simulés sont plus faibles que ceux calculés avec le filtre d'Eckhardt, mais supérieurs aux débits mesurés en période d'étiage au cours des étés 2013 et 2014.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : interaction aquifère-rivière, modélisation couplée, Mike SHE, Rivière à la Raquette, Québec (Canada