L’héritage géologique du Quaternaire : archives sédimentaires et applications

Au cours des dernières années, d’importants glissements de terrain fortement rétrogressifs se sont produits dans les argiles sensibles mises en place dans l’ancienne Mer de Tyrrell, au SE de la baie d’Hudson et au NE de la baie James. Trois secteurs ont été particulièrement affectés par ces glissements de terrain (Grande rivière de la Baleine, Petite rivière de la Baleine et rivière Rupert) et leur proximité avec les communautés de Kuujjuarapik et Waskaganish soulève des inquiétudes quant aux risques qui y sont associés. Face à ces inquiétudes, il est donc impératif de mieux comprendre le contexte morphostratigraphique des glissements de terrain et des environnements sédimentaires dans lesquels ils se développent. L’analyse de modèles numériques de terrain (MNT) à haute résolution, dérivés de données LiDAR récemment acquises, a permis une cartographie systématique des dépôts de surface afin de délimiter les différentes unités morphosédimentaires et la répartition des dépôts argileux dans les secteurs à l’étude. De récents travaux de validation sur le terrain ont permis de préciser la nature et les caractéristiques de ces corps sédimentaires ainsi que de collecter des informations préliminaires sur leur stratigraphie et leur architecture. Ce projet de cartographie de dépôts de surface offre aussi une occasion unique de : 1) retracer l’histoire et la dynamique de la déglaciation dans l’est des baies de James et d’Hudson, en permettant de préciser la chronologie et le mode de mise en place des corps sédimentaires aujourd’hui susceptibles d’être remobilisés par des mouvements de masse; et 2) raffiner les modèles de relèvement glacio-isostatique pour la région grâce à l’élaboration d’une courbe d’émersion à l’aide de la méthode de datation par les nucléides cosmogéniques. Ces données sont essentielles pour mieux comprendre l’évolution du paysage et identifier les causes des glissements de terrain fortement rétrogressifs dans les argiles sensibles de l’ancienne mer de Tyrrell, aujourd’hui soumises à un taux très rapide de chute de niveau de base.

Les grandes glaciations du Quaternaire ont façonné la majeure partie du nord de la péninsule d’Ungava, y déposant une couverture sédimentaire d’épaisseur variable qui limite par endroits l’accès au socle rocheux. La prospection glaciosédimentaire s’avère un outil essentiel pour caractériser le potentiel minéral de certains secteurs de la région du Nunavik, déjà reconnue pour son potentiel nickélifère. Cette présentation aborde la géologie du Quaternaire d’une zone située au sud de Salluit et de la baie Déception qui couvre 15 feuillets SNRC 1/50 000, soit une superficie d’un peu plus de 11 000 km².

La cartographie des formations superficielles à l’échelle 1/50 000, ainsi que l’échantillonnage des sédiments d’origine glaciaire (till) et fluvioglaciaire (esker), ont été réalisés lors de trois campagnes de terrain menées durant les étés 2021, 2022 et 2023.

La zone d’étude se trouve dans la Province du Churchill, au sein de l’Orogène de l’Ungava, qui regroupe quatre domaines lithotectoniques : Nord, Sud (formant la Ceinture de Cape Smith), Kovik et Narsajuaq.

Les dépôts de surface sont majoritairement constitués de till, par endroits remaniés par les eaux de fonte. Des formations fluvioglaciaires (eskers sablo-graveleux) et des épandages proglaciaires recouvrent localement les sédiments glaciaires. Le socle rocheux, peu exposé, est souvent gélifracté et comprend des felsenmeers matures sur les monts Puvirnituq.

La déglaciation rapide des zones côtières et des grandes vallées du nord de la péninsule d’Ungava a coïncidé avec une incursion marine dans la vallée de la rivière Foucault et des lacs Françoys-Malherbe et Watts. Le retrait glaciaire a aussi formé des lacs proglaciaires dans les vallées obstruées par la glace (Watts, Déception, Foucault, Gatin, Vanasse, Derville et Puvirnituq). Plus d’une centaine de mesures d’élévation réalisées à l’aide d’un GPS différentiel ont permis de préciser le schéma régional de déglaciation.

Le secteur présente peu de formes de terrain fuselées. Toutefois, un inventaire exhaustif des marques d’érosion glaciaire et des eskers a permis de mieux définir la dynamique glaciaire de la région.

Des secteurs d’intérêts mettant en évidence différents contextes métallogéniques (Ni-Cu-Co [EGP], VMS, aurifère, et Li-ETR) ont été identifiés à la suite de l’analyse et de l’interprétation des résultats d’échantillonnage géochimiques et des concentrés de minéraux lourds.

Le retrait de la calotte glaciaire laurentidienne à travers l’est de l’Ontario et le SW du Québec a mené à la formation du Lac glaciaire Barlow dans le bassin supérieur de la rivière des Outaouais. Le Lac Barlow s’est étendu vers le nord et a fini par se joindre au Lac glaciaire Ojibway, formant un système lacustre qui a ensuite fusionné avec le Lac glaciaire Agassiz vers la fin de la déglaciation. Bien que le Lac Barlow constitue un élément central pour reconstituer les dernières phases de la déglaciation, son histoire et sa connexion avec le lac Ojibway demeurent mal définies. Pour en améliorer la compréhension, une cartographie détaillée des rivages soulevés et d’autres indicateurs des niveaux lacustres a été réalisée dans le bassin de Barlow à l’aide de modèles numériques de terrain dérivés du LiDAR.

Les niveaux lacustres du Lac Barlow ont été reconstruits à partir de 22 330 points d’élévation de rivages et de paléosurfaces en tenant compte du rebond postglaciaire. Les rivages situés à haute et moyenne altitude révèlent une baisse progressive de la surface du lac, culminant à un niveau bien défini d’altitude intermédiaire qui marque une période significative de stabilité. La nouvelle séquence de rivages montre une forte continuité avec celle rapportée pour le bassin du Lac Ojibway au nord, ce qui indique que ces lacs formaient un seul plan d’eau pendant une grande partie de l’épisode glaciolacustre.

Ces résultats contrastent avec les modèles antérieurs qui proposaient plusieurs phases lacustres contrôlées par une série de seuils rocheux le long de la partie supérieure de la rivière des Outaouais. Au contraire, l’analyse des points d’élévations corrigés pour l’enfoncement glacio-isostatique suggère que, lors des premiers stades glaciolacustres, les eaux étaient probablement endiguées par la moraine du lac McConnell et/ou par les dépôts glaciofluviaux. L’émergence d’un seuil rocheux dans la partie médiane du bassin, près d’Angliers, a marqué la fin de l’épisode Barlow-Ojibway et le début de la phase stable du Lac glaciaire Ojibway. Cette configuration lacustre a pris fin brutalement vers 8,22 ka à la suite du drainage final du lac.

Après cet abaissement, les lacs Barlow et Ojibway ont évolué indépendamment jusqu’à leur disparition, laissant derrière eux de petits lacs postglaciaires dans des bassins isolés. Ces résultats permettent de raffiner les reconstitutions paléogéographiques et fournissent des données clés pour modéliser les volumes d’eau de fonte nécessaires à l’évaluation de l’impact des décharges d’eau douce sur la circulation océanique et le climat.

La Moraine d’Harricana constitue l’une des plus imposantes formes glaciaires d’Amérique du Nord. Ce vaste complexe fluvioglaciaire s’étend sur plus de 1000 km selon un axe nord-sud, depuis la localité de Témiscaming (46,7° N) jusqu’au sud de la baie James (52° N). Bien qu’elle soit généralement interprétée comme le produit de la scission de la marge méridionale de l’Inlandsis laurentidien en deux fronts distincts, plusieurs observations sédimentologiques et géomorphologiques suggèrent une genèse plus complexe. Des âges radiocarbone (¹⁴C) minimaux vers ~11 ka cal BP permettent de dater la marge glaciaire à l’extrémité sud de la moraine, mais la chronologie des segments médian et septentrional demeure mal définie. Pour mieux comprendre cette dynamique, une cartographie systématique des formes de terrain a été réalisée dans quatre secteurs clés à partir de modèles numériques de terrain tirés du LiDAR, combiné à des travaux de terrain, des analyses de la pétrographie des clastes et des mesures sédimentologiques. Dix-neuf blocs, répartis sur huit sites couvrant un transect de 400 km, ont également été datés par isotopes cosmogéniques (¹⁰Be). Les résultats de ces travaux révèlent une superposition de plusieurs processus de mise en place le long de trois segments principaux. Les clastes montrent une composition homogène sur la majeure partie du tracé, sauf au nord où la présence de carbonates paléozoïques et de wackes protérozoïques de la Formation d’Omarolluk témoigne d’une contribution associée à la (aux) réavancée(s) glaciaire(s) de Cochrane, en provenance du NNW. Dans le segment sud, au Témiscaming, la cartographie révèle de nombreuses formes allongées indiquant une mise en place en lien avec un écoulement dominant et uniforme vers le SE. Dans la portion centrale, aux abords de la Moraine de Roulier et de Val-d’Or, les éléments géomorphologiques reflètent une mise en place en position interlobaire entre les fronts des dômes de la baie d’Hudson et du Québec-Labrador. Les âges ¹⁰Be préliminaires permettent de préciser la chronologie de la moraine et apportent des contraintes sur le taux de retrait glaciaire régional. Ensemble, ces résultats offrent un éclairage renouvelé sur l’influence des fronts glaciaires dans la genèse de ce système fluvioglaciaire, ainsi que sur la variabilité de la dynamique glaciaire lors des dernières étapes de la déglaciation.

L’érosion interne dans les sols granulaires est causée par des mécanismes tels que la suffossion, l’érosion de contact et le soutirage. Ces mécanismes entraînent l’arrachement et le transport de particules hors de leur milieu d’origine sous l’effet de l’écoulement de l’eau souterraine. Près de Trois-Rivières, un cas d’érosion interne s’est manifesté par la formation, en l’espace de quelques mois, d’un ravin associé à des affaissements circulaires affectant la surface du sol autour du ruisseau Bellemare, un affluent de la rivière Saint-Maurice.

Les dépôts quaternaires de cette zone ont été étudiés selon une approche multidisciplinaire combinant la géomorphologie, la stratigraphie, l’hydrogéologie, la géotechnique et la géophysique. Ces dépôts épais se composent d’une succession de formations glaciaires et non glaciaires composées d’unités lithologiques aux propriétés granulométriques, physiques et hydrauliques contrastées. L’analyse granulométrique révèle que certaines formations sont particulièrement sujettes aux mécanismes d’érosion interne, notamment la suffossion et l’érosion de contact.

L’analyse hydrogéologique suggère une activation diachronique de ces mécanismes qui ont conduit, dans un premier temps, à la formation des dépressions circulaires, puis à celle du ravin. Sur la rive droite du ruisseau Bellemare, les dépressions seraient apparues précocement, lorsque les unités sensibles à l’érosion interne se sont retrouvées sous le niveau de la nappe phréatique. Sur l’autre rive, le ravin s’est récemment développé lorsque les conditions propices à l’activation de l’érosion interne ont été réunies; notamment un relèvement du niveau de la nappe au-dessus des unités vulnérables.

Ce ravinement a été facilité par une érosion régressive qui a fragilisé les versants du ruisseau. L’érosion interne demeure peu étudiée au Québec à cause de sa complexité et de la nécessité d’une approche intégrée.