La modélisation mathématique est indispensable à la compréhension et à la gestion des eaux souterraines et à la réhabilitation environnementale. TechnoRem a développé une solide expertise dans ce domaine.
La modélisation numérique est un outil utilisé pour synthétiser et représenter à l’aide de formules mathématiques les données mesurées sur le terrain. À l’aide d’un modèle développé, il est possible de générer des simulations prédictives pour estimer l’impact d’une modification apportée au système étudié. Un modèle d’écoulement des eaux souterraines peut être développé pour : simuler l’écoulement des eaux souterraines en régime permanent et/ou transitoire, pour délimiter les aires d’alimentation et les aires de protection des puits de pompage, pour optimiser la gestion, la protection et l’exploitation de la ressource en eau souterraine, pour évaluer les impacts sur les usagers (puits privés, puits agricoles, etc.) et l’environnement (milieux humides, cours d’eau, etc.) de l’implantation d’une industrie captant des grandes quantités d’eau souterraine (carrière, mine, puits, etc.) ainsi que pour aider les industries à déterminer les volumes d’eau à gérer dans le cas de fosse d’exploitation (minières, carrières) et les mesures à mettre en place pour limiter les impacts de ces pompages sur les usagers et les milieux environnants. TechnoRem dispose de plusieurs logiciels de modélisation pour simuler l’écoulement des eaux souterraines, entre autres MODFLOW, FEFLOW, FRAC3DVS.
TechnoRem a réalisé plusieurs projets dans le cadre du Programme National d'Approvisionnement en Eau d’Agriculture et Agroalimentaire Canada qui visait à assister les producteurs dans le développement et la gestion de leur ressource en eau à long terme. Les objectifs des projets étaient d'améliorer l'état des connaissances sur les eaux souterraines par le biais d'études sur la qualité de l'eau et les volumes disponibles afin d'assurer une ressource suffisante pour les besoins agricoles tout en respectant les besoins des autres utilisateurs et l'environnement. Les études ont été conduites dans plus de 50 municipalités à travers les régions rurales du Québec.
Les travaux réalisés ont inclus la réalisation de plusieurs modèles mathématiques 3D d'écoulement de l'eau souterraine régionaux à l'aide du logiciel FEFLOW sur un territoire combiné de près de 3 500 Km2. Ces modèles prenaient en compte les interactions entre les dépôts de surface et le roc ainsi que les liens hydrauliques existant entre les aquifères et les cours d’eau. Des simulations prédictives prenant en compte les changements climatiques ont par la suite été réalisées afin d'aider les gestionnaires à maintenir l’état des ressources actuelles pour les générations à venir. Les différentes simulations ont permis d'établir le bilan hydrique des différents sites, de quantifier les liens hydrauliques entre les nappes et les cours d’eau, de délimiter les aires d’alimentation des puits de pompage, de délimiter l'étendue de l'impact des prélèvements agricoles et municipaux sur la ressource eau souterraine ainsi que d’estimer l’impact potentiel des changements climatiques sur les prélèvements agricoles dans le futur.
Face à une augmentation démographique et/ou à la diminution significative de la capacité spécifique de leur puits de pompage, plusieurs municipalités désirent entreprendre des travaux de recherche en eau potable afin de combler leur besoins existants et futurs. Les codes numériques MODFLOW, MODPATH, FEFLOW ont été utilisés pour développer des modèles d’écoulement des eaux souterraines et pour établir les périmètres de protection des puits municipaux. Les modèles stratigraphiques comprenaient les formations granulaires et/ou les formations rocheuses ainsi que les milieux humides présents à la surface (rivières, plan d’eau, tourbières, etc.). Les différentes simulations ont permis d'établir le bilan hydrique des sites, l'étendue de l'impact du pompage des puits municipaux, d’estimer l’impact du prélèvement à long terme sur la ressource eau souterraine et d’établir les aires d’alimentation et les aires de protection des puits.
Une cimenterie a mandaté TechnoRem pour la réalisation d’une étude hydrogéologique ayant comme objectifs : d’évaluer les impacts potentiels de l’assèchement de la fosse sur les utilisateurs de la ressource en eau souterraine ainsi que sur les milieux humides présents sur le territoire limitrophe, de déterminer le potentiel aquifère de la formation rocheuse afin de subvenir aux besoins en eau de l’usine, tant en termes de quantité que de qualité ainsi que de documenter l’impact potentiel de la migration des eaux salines sous l’effet du pompage intensif à l’intérieur de la carrière. Le modèle d’écoulement en 3D a intégré la géologie et les conditions hydrogéologiques particulières du site (synclinal, fort dénivelé, présence d’eau saline, liens hydrauliques, réponses rapides aux évènements pluvieux, etc.) à l’aide du logiciel FEFLOW.
Le modèle a été calibré à l’aide de plusieurs paramètres dont les niveaux piézométriques, les débits mesurés dans les cours d’eau parcourant le site à l’étude, les concentrations salines mesurées dans les puits, etc. Le modèle a par la suite été validé en régime transitoire en représentant les essais de pompage de longue durée (60 jours) réalisés pour les besoins de l’étude. Une fois le modèle calibré, des simulations prédictives ont été effectuées en régime transitoire pour représenter les différentes phases d’exploitation de la mine et l’impact de ces dernières sur les usagers situés à proximité et les milieux environnants. Les résultats des différentes simulations ont permis d'établir le bilan hydrique du site, de délimiter les aires d’alimentation des puits de captage de l’usine, d’estimer l'étendue de l'impact du pompage des eaux souterraines dans la fosse d’exploitation, de quantifier l’impact de ce pompage sur les résidents voisins et sur les milieux humides, de préciser la migration des eaux salines dans l’aquifère, d’estimer les volumes d’eau souterraine et de ruissellement pour maintenir la fosse d’exploitation à sec.
Dans le cas des modèles visant le transport des contaminants et multiphases, ils sont développés pour aider les ingénieurs dans la conception et l’optimisation de système de confinement et de récupération des contaminants dissous dans le cadre de projets de restauration environnementale, pour compléter une analyse de risque dans le cadre d’évaluation environnementale des impacts potentiels sur les récepteurs et les usagers des eaux souterraines, pour évaluer l’atténuation naturelle des contaminants , pour évaluer les impacts d’un site contaminé (site d’enfouissement, site contaminés aux hydrocarbures, sites contaminés par des métaux, etc.) sur l’aquifère, l’environnement et les utilisateurs de la ressource eau souterraine ainsi que pour évaluer l’intrusion d’eau salée dans les aquifères côtiers. Les logiciels de modélisation pour simuler l’écoulement du transport de contaminant dissous et multiphases utilisés par TechnoRem sont : Modpath, MT3D, RT3D, PHT3D, FEFLOW, FRAC3DVS, UTChem.
Dans le cadre d’un suivi environnemental de la qualité des eaux souterraines aux prises avec une contamination en solvants chlorés (COV), des travaux de caractérisation complémentaire ont été réalisés en vue de compléter et de mettre à jour le portrait environnemental du site et d’établir les meilleures options de réhabilitation du terrain.
Les travaux de modélisation mathématique ont été réalisés avec le code MODFLOW pour simuler l'écoulement des eaux souterraines dans les dépôts granulaires et le roc. De la même manière, les codes MT3D et RT3D ont été utilisés pour simuler le transport et l'atténuation des BTEX et la chaîne de dégradation du PCE en produit fils (TCE, DCE et CV). À partir de ce modèle d'écoulement et du transport des contaminants, des simulations ont été réalisées pour différents scénarios de confinement (barrière hydraulique, confinement de surface) et ainsi aider à la détermination des paramètres de conception. Le modèle d’écoulement a été capable de reproduire l’écoulement des eaux souterraines pour différents événements piézométriques et d'établir le bilan hydrique du site.
Il a aussi été capable de représenter les essais de pompage réalisés dans les différentes unités hydrogéologiques représentées. Le modèle de transport a été capable de reproduire la chaîne de dégradation du PCE et l’atténuation des BTEX. Ces résultats ont été utilisés pour déterminer le scénario optimal pour la restauration environnementale du site.
Le site a été utilisé pour l’élimination d’une matière dangereuse se formant à la surface de l’aluminium en fusion appelé ÉDÉ (Écumes des Écumes). Des études environnementales réalisées sur le site ont clairement démontré certaines déficiences dans l’étanchéité des 12 cellules constituant les dépôts, de sorte que les résidus ÉDÉ baignent dans l’eau souterraine et la contamine du même coup (azote ammoniacal, fluorures, chlorures, métaux). Une analyse géostatistique des principaux paramètres (topographie, conductivité hydraulique, puissance des unités stratigraphiques, charge hydraulique, concentrations des contaminants) a été faite pour aider à développer le modèle conceptuel de l’écoulement et du comportement évolutif des contaminants. Des modèles d'écoulement des eaux souterraines et des eaux de surface fait à l'aide du code numérique MODFLOW et des modèles du transport des contaminants ont été développés par l'utilisation des logiciels MT3D et RT3D. Ils ont ensuite servi pour la réalisation de simulation de différents scénarios de confinement (écrans d'étanchéité, barrière hydraulique, confinement de surface) et la détermination des paramètres de conception.
Le modèle d’écoulement a été capable de reproduire l’écoulement des eaux souterraines et d'établir le bilan hydrique du site et de démontrer le lien hydraulique entre la nappe d’eau souterraine contaminée et les fossés de drainage ceinturant le dépôt. Le modèle de transport a permis de reproduire les concentrations des différents contaminants mesurés sur le site et d’estimer l’évolution de ces derniers si aucune mesure n’était prise dans les prochaines années. Les modèles ont ensuite servi pour la réalisation de simulation de différents scénarios de confinement (écrans d'étanchéité, barrière hydraulique, confinement de surface) et la détermination des paramètres de conception.
Suite à une réhabilitation partielle des eaux souterraines affectées par l'acétone à une usine de textile, l’évaluation des processus d'atténuation naturelle de l'acétone comportant une analyse des processus de biodégradation naturelle ainsi que la simulation de l'atténuation naturelle par la mise en place de cartouches de peroxydes de magnésium pour augmenter les processus intrinsèques de biodégradation.
En premier lieu, l'analyse des processus de biodégradation naturelle (respiration, dénitrification, réduction du fer et du sulfate, méthanogénèse) a été réalisée. Des travaux de modélisation mathématique ont été effectués avec le code MODFLOW pour simuler l'écoulement des eaux souterraines dans les dépôts granulaires. De la même manière, le code MT3D a été utilisé pour simuler le transport et les processus d’atténuation naturelle de l’acétone et pour quantifier les risques toxicologiques associés.
Le modèle d’écoulement a été capable de reproduire l’écoulement des eaux souterraines et d'établir le bilan hydrique du site. Le modèle de transport a permis de reproduire les processus d’atténuation de l’acétone mesurés sur le site. Il a aussi été en mesure de démontrer que ces processus étaient suffisants pour résorber l’acétone dissous dans les eaux souterraine et ne nécessitaient pas l’ajout de technologies plus agressives et plus couteuses pour rencontrer les objectifs de réhabilitation.
Dans le cadre d'une étude d'avant-projet pour l'exploitation d'une mine de chromium, TechnoRem a été mandatée pour la réalisation d'une étude par modélisation numérique de l'écoulement des eaux souterraines et l'estimation des taux de pompage pour l'extraction des eaux d'exhaure d'une mine à ciel ouvert d'environ 500 mètres de profondeur et d'une dimension de 2 200 mètres de longueur par 800 mètres de largeur. Le code numérique FEFLOW a été employé. Le modèle stratigraphique comprenait les formations granulaires et rocheuses ainsi que les milieux humides présents à la surface.
Des simulations en régime permanent ont en premier lieu été réalisées pour établir les conditions d’écoulement en condition statique de la nappe souterraine. Des simulations en régime transitoire ont par la suite été réalisées pour représenter les différentes phases d’exploitation de la mine. Les résultats des différentes simulations ont permis d'établir le bilan hydrique du site, l'étendue de l'impact de l'assèchement de la fosse par pompage sur l'environnement, la contribution importante de structures sédimentaires dans l'apport d'eau dans la fosse, d'estimer les volumes annuels à pomper pendant la durée de vie de la mine et d'établir l'approche d'ingénierie optimale du pompage à mettre en place pour le maintien de la fosse à sec.
