The Hoidas Lake Rare Earth Element (REE) Deposit is one of several REE showings which are spatially associated with a regional-scale fault system that cuts through the Rae Province in northern Saskatchewan. The showings occur along the Hoidas-Nisikkatch fault, believed to be a subsidiary of the Black Bay Fault, and consist of multiple REE-enriched veins. Surface outcrops and drilling have delineated a vein system, called the JAK zone, which extends for over 1 km along strike, with the system remaining open both along strike and down dip. The majority of the REE are hosted by fluorapatite and allanite-(Ce), although there are also minor amounts of monazite, bastnaesite and chevkinite which can contain significant concentrations of REE. The veins are dominantly LREE-enriched, specifically La, Ce, and Nd.<p> The mineralization at Hoidas Lake is complex, with the chemical and mineralogical compositions changing with each vein generation. The earliest veins consist of REE-bearing allanite and chevkinite which occur in association with clinopyroxene, titanite, and hyalophane. The allanite-rich veins are followed by veins dominated by red or green apatite, both of which are typically brecciated. Finally, there is a late apatite which crosscuts all previous vein generations. Each of the distinct apatite generations shows discrete chemical variations, particularly in their light rare earth element content, with the total rare earth oxide content ranging from approximately 1.5% in the oldest apatite to as much as 5% in the green apatite.<p> The majority of the apatite and allanite crystals are strongly zoned, reflecting the chemical changes in the mineralizing system through time and, particularly in the earliest vein generations, there are signs of hydrothermal alteration. The early apatite generations typically show the development of monazite inclusions which suggests interaction with hydrothermal fluids, as do the REE-poor rims and bastnaesite alteration observed in the majority of the allanites.<p> The veins are fault controlled and are interpreted to be late magmatic- hydrothermal in origin, with the fluid derived from a magmatic source at depth. Although the exact source of the fluids remains uncertain, the high concentration of REE, as well as Sr and Ba, and a relative depletion in high field strength elements suggests that the mineralization may be related to either an alkali or carbonatitic source.

The Hoidas Lake Rare Earth Element (REE) Deposit is one of several REE showings which are spatially associated with a regional-scale fault system that cuts through the Rae Province in northern Saskatchewan. The showings occur along the Hoidas-Nisikkatch fault, believed to be a subsidiary of the Black Bay Fault, and consist of multiple REE-enriched veins. Surface outcrops and drilling have delineated a vein system, called the JAK zone, which extends for over 1 km along strike, with the system remaining open both along strike and down dip. The majority of the REE are hosted by fluorapatite and allanite-(Ce), although there are also minor amounts of monazite, bastnaesite and chevkinite which can contain significant concentrations of REE. The veins are dominantly LREE-enriched, specifically La, Ce, and Nd.<p> The mineralization at Hoidas Lake is complex, with the chemical and mineralogical compositions changing with each vein generation. The earliest veins consist of REE-bearing allanite and chevkinite which occur in association with clinopyroxene, titanite, and hyalophane. The allanite-rich veins are followed by veins dominated by red or green apatite, both of which are typically brecciated. Finally, there is a late apatite which crosscuts all previous vein generations. Each of the distinct apatite generations shows discrete chemical variations, particularly in their light rare earth element content, with the total rare earth oxide content ranging from approximately 1.5% in the oldest apatite to as much as 5% in the green apatite.<p> The majority of the apatite and allanite crystals are strongly zoned, reflecting the chemical changes in the mineralizing system through time and, particularly in the earliest vein generations, there are signs of hydrothermal alteration. The early apatite generations typically show the development of monazite inclusions which suggests interaction with hydrothermal fluids, as do the REE-poor rims and bastnaesite alteration observed in the majority of the allanites.<p> The veins are fault controlled and are interpreted to be late magmatic- hydrothermal in origin, with the fluid derived from a magmatic source at depth. Although the exact source of the fluids remains uncertain, the high concentration of REE, as well as Sr and Ba, and a relative depletion in high field strength elements suggests that the mineralization may be related to either an alkali or carbonatitic source.

Metamictization and complex chemistry are major obstacles to the crystal chemical characterization of natural allanites. To overcome these problems, allanites, Ca(REE)Fe²+Al₂Si₃O₁₂(OH), where REE = La, La-Ce, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb and Y have been synthesized hydrothermally from unbuffered and buffered oxide mixes at 500 to 650°C, 5.5 kbar (550 MPa), and 700 to 725°C, 4 kbar (400 MPa). Although allanite is readily synthesized, high yields are obtained only for allanite-(LREE) compositions, and end"member composition is obtained only for allanite-(La). Er and Yb ions are too small to substitute at the A(2) site in allanite, but a small amount can substitute at the VI~coordinated M(3) site. Fe²+ in the M(3) site favors LREE substitution, which supports the contention that allanite is Ce'selective. / Ph. D.

In the Mojave Pegmatite district, located in northwestern AZ, numerous pegmatites intrude syn- to post-collisional Paleoproterozoic granitic rocks. The slightly older Cerbat plutons are associated with the suturing of the Mojave and Yavapai terranes whereas Aquarius granites were emplaced during the Yavapai Orogeny as the sutured terranes docked with North America. A detailed study of 5 pegmatites shows that they are zoned with composite cores and contain REE minerals characteristic of NYF pegmatites. However, they exhibit characteristics atypical for NYF pegmatites including F depletion, white microcline, an absence of columbite and, in the Rare Metals pegmatite, have muscovite and beryl. With the exception of the Kingman pegmatite, they exhibit normal LREE-HREE distributions. The Kingman pegmatite is extremely LREE enriched, HREE depleted and exhibits an unusual Nd enrichment which, in some cases, is sufficiently high that allanite is Nd dominant, thus a new mineral species, allanite-Nd.

La compréhension de la stabilité et des relations de phases des minéraux de terres rares est devenue indispensable dans des domaines aussi variés que le stockage des déchets nucléaires, la datation du métamorphisme ou encore la géochimie des terres rares. L'évaluation de la stabilité de ces minéraux sur une gamme de températures inférieures à 500 °C a été au centre de ce travail. Pour cela, nous avons combiné des études analogiques et expérimentales, et l'acquisition de propriétés calorimétriques. Les occurrences naturelles ont été étudiées dans des roches métamorphiques dites de "basses températures". Les échantillons ont été collectés dans des schistes noirs du moyen pays himalayen et dans les métapélites du Rif (Maroc). Les minéraux, ont été identifiés à l'échelle micrométrique par une pétrologie fine combinant microscopie à balayage et microsonde électronique. Si dans des conditions de « très basse température » (T < 300 °C), les terres rares sont principalement incorporées dans des phases détritiques ou authigènes comme la florencite, la monazite apparaît pour des températures aussi faibles que 350 °C dans les échantillons rifains et himalayens. Avec l'augmentation du métamorphisme, les monazites réagissent pour former une épidote de terres rares, l'allanite. Les âges U-Th-Pb de la monazite, obtenus par microsonde ionique, démontrent que celle-ci peut cristalliser pour des conditions bien inférieures à celles qui sont admises communément et qu'elle présente un bon potentiel comme géochronomètre du métamorphisme de bas degré. Les propriétés thermodynamiques ont été acquises pour les minéraux suivants : les pôles fuorés et hydroxylés de l'apatite silicatée au lanthane ou britholite, Ca2La3(SiO4)3(OH,F), la monazite, LaPO4, et l'épidote-Mg lanthanée ou dissakisite CaLaMgAl2(SiO4)3(OH). Les enthalpies de formation ont été obtenues par calorimétrie de dissolution à 973 K (Bochum , Allemagne). La chaleur spécifique (Cp) de la monazite à basses températures [20-300 K] et pression atmosphérique a été mesurée par calorimétrie adiabatique (LPC, Orsay). Les chaleurs spécifiques entre 143 et 723 K ont été déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (Perkin Elmer 7, Kiel, Allemagne). Ces données ont été introduites dans la base de données de Berman (1988), afin de calculer les équilibres entre minéraux de terres rares dans le système chimique La2O3-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-P2O5-H2O. Les résultats calorimétriques nous ont permis également d'étudier la solubilité des minéraux proposés comme matrice de confinement des actinides mineurs : l'apatite silicatée de terres rares et la monazite. Les diagrammes de solubilité calculés montrent que ces deux minéraux sont très peu solubles pour certaines conditions de pH. Pour valider ces résultats, la résistance de ces minéraux a été évaluée dans un dispositif expérimental en présence de réactifs simulant le champ proche du concept de stockage (argiles, ciment). La faible solubilité de ces phases nous a poussé à choisir un dispositif expérimental sous gradient thermique (320 – 400 °C) afin d'obtenir des taux de réaction compatibles avec des durées d'expériences raisonnables. Apres deux à huit mois, les deux minéraux de terres rares sont toujours présents et ont peu réagi, ce qui est cohérent avec leur grande stabilité thermochimique et naturelle. En comparaison, ces deux minéraux sont bien plus résistants que le phosphate di-phosphate de thorium, Th4(PO4)4P2O7, proposé également pour le conditionnement des radionucléides. Cette étude montre que la monazite peut cristalliser à des températures inférieures à 350 °C. La florencite apparaît comme un bon candidat d'altération des minéraux de terres rares en conditions supergènes. Aux conditions de HP-BT, la monazite et la florencite réagissent pour former de l'allanite. La monazite présente d'excellentes qualités de matrice d'actinides en terme de durabilité chimique. La stabilité des apatites silicatées est favorisée par les conditions attendues en contexte d'enfouissement.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / La Province de Grenville présente un grand potentiel prospectif pour le groupe des éléments de terres rares (ETR). Dans la région de La Tuque, les minéralisations en ETR se divisent en deux catégories : les minéralisations associées à des intrusions alcalines et les minéralisations associées à des pegmatites granitiques. Les mécanismes de formation et la source des magmas de ces pegmatites enrichies en ETR sont toutefois peu compris. Cette étude porte sur l'indice Blanchette-1, qui consiste en un dyke de pegmatite granitique riche en ETR (> 2,7 wt.%) et encaissé dans des paragneiss migmatitisés du Complexe de Wabash. La minéralisation en ETR se concentre principalement au sein d'une zone métrique riche en allanite (> 20 vol.%). Ce projet vise à déterminer la source du magma et l'âge de mise en place de cette pegmatite pour mieux caractériser cet évènement minéralisateur et sa relation avec l'évolution géodynamique de la Province de Grenville. Les zircons de quatre échantillons ont été datés (U-Pb par LA-ICP-MS) en combinaison avec la détermination de leurs signatures isotopiques en hafnium et de leurs compositions en éléments traces: la Syénite de Toad, l'intrusion alcaline la plus proche du dyke de Blanchette-1 (981,6 ± 5,6 Ma), le dyke de pegmatite de Blanchette-1 (1060,8 ± 7,0 Ma), et deux injections granitiques (1057,9 ± 8,3 et 1075,1 ± 3,8 Ma). Les âges montrent que les minéralisations en ETR associées aux syénites et aux pegmatites sont deux évènements distincts. Les analyses isotopiques d'Hf permettent d'estimer un âge modèle de ~1400 Ma pour les injections granitiques et la pegmatite de Blanchette-1. Cet âge est cohérent avec la fusion partielle des gneiss granitiques de la Suite plutonique de Vermillon. Pourtant, une étude précédente dans le Grenville central attribue la formation de pegmatites riche en ETR à la fusion de roches métasédimentaires. Puisque la fusion de roches métasédimentaires ou ignées peuvent entrainer la formation de pegmatites enrichies en ETR au sein du Grenville central, la nature de la source n'est pas le facteur clef favorisant cet enrichissement. / The Grenville Province has great prospective potential for the rare earth element (REE) group. In the La Tuque area, REE mineralization can be divided into two categories: mineralization associated with alkaline intrusions and mineralization associated with granitic pegmatites. However, the formation mechanisms and the source of the magmas of these REE-enriched pegmatites remain poorly understood. This study focuses on the Blanchette-1 showing, which consists of a REE-rich (> 2.7 wt.%) pegmatite granitic dyke hosted in migmatitic paragneiss of the Wabash Complex. The REE mineralization is mainly concentrated within an allanite-rich metric zone. This project aims to determine the magma source and crystallization age of this pegmatite to better characterize this mineralizing event and its place in the geodynamic evolution of the Grenville Province. Zircons from four samples were dated in combination with the determination of their hafnium isotopic signatures and trace element compositions: the Toad Syenite, the nearest alkaline intrusion to Blanchette-1 (981.6 ± 5,6 Ma), the Blanchette-1 pegmatite dyke (1060.8 ± 7,0 Ma), and two granitic injections (1057.9 ± 8,3 et 1075,1 ± 3.8 Ma). The ages show that REE mineralization associated with alkaline intrusions and pegmatites are two distinct events. The Hf isotope analyses allow us to estimate a model age of ~1400 Ma for the granitic injections and the Blanchette-1 pegmatite. This age is consistent with the partial melting of granitic gneisses of the Vermilion Plutonic Suite. However, a previous study in the central Grenville attributed the formation of REE-rich pegmatites to the melting of metasedimentary rocks. Since the melting of metasedimentary or igneous rocks can lead to the formation of REE-enriched pegmatites in the central Grenville, the nature of the source is not the key factor that favors this enrichment.

Un des enjeux majeurs en Sciences de la Terre est la compréhension des mécanismes de déformation de la lithosphère continentale dans des zones de convergence. Le plateau Tibétain constitue un laboratoire naturel idéal pour l'étude des processus crustaux profonds actifs dans ces contextes, du fait de sa superficie et de son altitude remarquables. Le soulèvement et l'épaississement de la croûte Tibétaine ont été classiquement attribués aux effets de la collision Inde-Asie Tertiaire. Cependant, cette interprétation a été récemment mise en question par une série d’observations géologiques et géophysiques non concordantes, à différents endroits du plateau.L'objectif de cette thèse est de quantifier l’importance de l’héritage géologique dans la déformation à long-terme et à court-terme d’une chaîne active, en déchiffrant les différentes étapes de la structuration des Longmen Shan, la bordure la plus énigmatique du plateau Tibétain. Dans la chaîne des Longmen Shan la croûte Tibétaine est très épaissie (>60 km) et l'activité tectonique est localisée le long des failles d’échelle lithosphérique, comme démontré par les séismes de Wenchuan 2008 (Mw 7.9) et de Lushan 2013 (Mw 6.6). Un fort gradient topographique est présent, bien que les taux de convergence mesurés par GPS soient très faibles (<3 mm/an). Ces caractéristiques ne sont pas explicables par un modèle unique de déformation crustale, ce qui suggère une forte contribution de l'héritage géologique acquis avant la collision Inde-Asie dans la structure actuelle de la chaîne.Une étude pétro-chronologique qui combine des observations microstructurales avec la cartographie chimique des minéraux majeurs et accessoires, la modélisation thermodynamique et la datation in-situ par méthode 40Ar/39Ar et U-Pb/Th sur mica et allanite a été appliquée aux roches métamorphique à l’affleurement de chaque côté des faille majeures. L’analyse haute résolution montre que les minéraux métamorphiques dans la matrice des sédiments à grenat provenant des unités internes de la chaîne préservent dans leur composition le témoignage de différentes étapes du métamorphisme. Ceci s’explique par un rééquilibrage chimique incomplet en raison de la variabilité des fluides disponibles au cours du métamorphisme. Les différentes étapes du métamorphisme sont aussi enregistrées dans le signal 40Ar/39Ar des micas et dans la composition des minéraux accessoires.La compréhension des processus pétrologiques à petite échelle a été intégrée aux observations de terrain afin de quantifier l’épaississement de la croûte Tibétaine au Mésozoïque (> 30 km) et de mettre en évidence un saut métamorphique >150°C à travers les failles majeures, hérité de la tectonique Mésozoïque. Si les unités internes de la chaîne ont été fortement déformées, découplées du socle cristallin et métamorphisées à T ~580-600°C (P ~11 kbar), les unités externes apparaissent moins déformées et épaissies (T< 400°C, P< 5 kbar). Une exhumation partielle du socle depuis c. 20 km de profondeur a été également documentée à 120-140 Ma et reliée à un évènement tectonique méconnu auparavant.Cette thèse a ainsi permis de quantifier la durée et les conditions qui caractérisent les différentes étapes de la maturation de la chaîne: les unités internes atteignent la relaxation thermique 40 Ma après le début de la propagation du prisme orogénique. Le socle est réactivé 40 Ma plus tard, lorsqu’il atteint des conditions thermiques proches de celles de sa couverture sédimentaire. L’héritage géologique Mésozoïque contrôle fortement l’état thermique et rhéologique de la croûte supérieure au moment de la réactivation Cénozoïque ainsi que la structure actuelle de la chaîne.L’étude petro-chronologique de différents segments de la chaîne a aussi mis en évidence une segmentation métamorphique héritée du Mésozoïque qui correspond à la segmentation actuelle des failles. Ceci suggère que des structures héritées pourraient en partie contrôler la localisation des séismes récents. / One of the major challenges in Earth Sciences is understanding how the continental lithosphere deforms in convergent settings, according to which timescales. For its elevation and extension the Tibetan plateau is an ideal natural laboratory for the study of deep crustal processes in active convergent settings. The rise and thickening of the Tibetan plateau has generally been related to the only collision between the Eurasian and Indian plates during the Cenozoic. However, this interpretation has been recently put into question by apparently contrasting geophysical and geological features observed at different locations on the plateau.The aim of this PhD is to quantify the importance of the geological inheritance in the long-term and short-term deformation of an active thrust belt, focusing on the Longmen Shan orogen, the most enigmatic border of the Tibetan plateau. In the Longmen Shan (eastern Tibet) the Tibetan crust is over thickened (>60 km), the tectonic activity is localized along lithospheric faults -as demonstrated by the occurrence of the Mw 7.9 Wenchuan (2008) and Mw 6.6 Lushan (2013) earthquakes- and a high topography survives despite low convergence rates measured by GPS (<3 mm/yr). These observations are hardly reconcilable in a unique model of crustal deformation, suggesting a contribution of the geological inheritance from the geological history preceding the India-Asia collision.A petro-chronological approach that combines microstructural observations, compositional mapping of major and accessory mineral phases, thermodynamic modelling, in-situ 40Ar/39Ar dating, Ar diffusion modelling and in-situ U/Pb-Th allanite dating was applied to metamorphic rocks on each side of the major faults that strike parallel to the belt. This high-resolution study shows that in garnet-bearing rocks of the internal units of the belt matrix minerals record different stages of the metamorphic path in their composition. This is due to an incomplete chemical re-equilibration explained by a variable fluid availability during metamorphism. Different stages of metamorphism and fluid-assisted reactions sequences are also recorded in the 40Ar/39Ar signal of micas and in the composition and textures of the accessory phases.The understanding of petrological processes at the small scale was combined with field observations to quantify the Mesozoic thickness of the Tibetan crust at > 30 km and to unravel a metamorphic jump of greater than 150°C across the major faults, inherited from the Mesozoic tectonics. While internal units of the belt were strongly deformed, decoupled from the basement and metamorphosed at T ~ 580-600°C (P ~11 kbar), external units were less deformed and experienced lower temperatures conditions (T < 400°C, P < 5 kbar). The partial exhumation of the crystalline basement from c. 20 km depth along the major fault (in both internal and external units) occurred at c. 120-140 Ma during a previously poorly documented tectonic event.The multi-method approach applied on a wide geographical area and on a large time interval enabled to quantify the rates and conditions of the different stages of the maturation of the belt; internal units reached the thermal relaxation at ~600°C 40 Ma after the beginning of the propagation of the orogenic load. The basement was re-activated 40 Ma later, at similar thermal conditions than its sedimentary cover. The Mesozoic geological inheritance is therefore a key element in the present structure of the belt and strongly controlled the rheological and structural state of the upper crust at the moment of the Cenozoic re-activation.The petro-chronological study of different segments of the belt showed an along-strike metamorphic segmentation of the Longmen Shan inherited from the Mesozoic. This segmentation corresponds to the present fault segmentation, underlying the potential role of inherited structure in controlling the geographic distribution of the recent earthquakes.