Les gîtes porphyriques archéens restent mal connus. On a considéré que leur rareté pouvait être due à des conditions particulières à l'Archéen ou à la profondeur du niveau d'érosion. Les minéralisations à Mo-Cu±Au de Tilly se situent dans la Sous-province de La Grande, faisant partie de la Province du Supérieur. Les minéralisations sont principalement encaissées par une intrusion polyphasée nommée le granitoïde de Tilly, dont la composition varie de tonalite à granodiorite. Cette intrusion a été datée à 2745,8 ± 0,8 Ma par la méthode U-Pb sur zircons. On observe aussi des minéralisations disséminées dans les roches porphyriques à quartz et feldspath ce qui semble indiquer que ces roches ont directement participé à leur genèse. L'âge U-Pb de 2740,3 ± 0,8 Ma obtenu pour un dyke de porphyre est interprété comme étant l'âge d'au moins une partie de la minéralisation. Cet âge présente une bonne correspondance avec les datations de la molybdénite par la méthode Re-Os. La mise en place de la minéralisation est suivie par un épisode de magmatisme tardif daté à 2710 + 4,3/-2,6 Ma. La géochimie démontre que les roches intrusives felsiques de la propriété forment une suite différenciée calco-alcaline. Les roches montrent un enrichissement en terre rares légères ainsi que des anomalies négatives en Nb, Ta et Ti et présentent donc les mêmes caractéristiques géochimiques que les granitoïdes mis en place dans un environnement d'arc magmatique au Phanérozoïque. La minéralisation de Tilly présente une association métallique à Mo-Cu±Au où la molybdénite est le sulfure dominant. On n'observe pas de fluorine dans les zones minéralisées. Les observations de terrain ont permis de distinguer différents styles de minéralisation : (1) les brèches hydrothermales; (2) les réseaux de veines/veinules de type stockwerk; (3) les minéralisations disséminées dans le granitoïde de Tilly; (4) les minéralisations associées aux roches porphyriques; (5) les veines de quartz-molybdénite isolées. Ces minéralisations sont de style comparable à celles observées dans les porphyres à molybdène de type « arc ». L'étude microscopique révèle que l'altération hydrothermale et la minéralisation ne forme qu'un seul et même évènement. La minéralisation se compose principalement de molybdénite, chalcopyrite, pyrite, sphalérite, bornite et de pyrrhotite. On distingue plusieurs assemblages minéralogiques qui lui sont associés : (1) les assemblages à séricite-muscovite-quartz qui représentent l'altération phylliteuse; (2) les assemblages à quartz-microcline-biotite ou biotite-quartz qui représentent l'altération potassique. Bien que ces assemblages minéralogiques soient typiques des gisements porphyriques, les altérations à Tilly se distinguent de celles généralement rencontrées dans ce type de gîte sur plusieurs points : (1) leur faible visibilité sur le terrain; (2) l'absence d'une zone d'altération phylliteuse bien développée; (3) l'absence de zonalité documentée des altérations; (4) le recoupement de l'altération phylliteuse par l'altération potassique; (5) l'absence de relations de recoupement de l'altération potassique par l'altération phylliteuse. Le système de Tilly est comparable aux porphyres phanérozoïques mis en place dans les arcs magmatiques en termes de : (1) géochimie des roches encaissantes; (2) styles de minéralisations et présence de roches intrusives à texture porphyrique; (3) association métallique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : porphyre, Archéen, molybdène, Baie-James, géochronologie

Ce travail de thèse présente des analyses isotopiques Lu-Hf par MC-ICP-MS combinées de zircons ignés et de roches totales d’une importante collection de granitoïdes archéens appartenant à la suite des Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite (TTG) afin d’apporter un regard nouveau sur la croissance de la croûte continentale et tout particulièrement dans le début de l’histoire de la Terre. Nos données indiquent un bon accord général entre les zircons ignés, mesurés par ablation-laser et par solution, avec leurs roche-hôtes. Nous démontrons que le rapport Lu/Hf intégré dans le temps de la source mantellique des TTG est près de la valeur chondritique et n’a pas significativement changée au cours des 4 derniers milliards d’années. Par conséquent, les continents se sont formés à partir d’un matériel primitif non fractionné extrait du manteau profond par l’intermédiaire de panaches qui après fusion partielle ont laissés un résidu appauvri dans le manteau supérieur. Les cristaux de zircon extraits des TTG ont des compositions isotopiques en Hf cohérentes au sein d’une même population alors que le système U-Pb, dans les mêmes grains, est souvent perturbé résultant ainsi en l’obtention de valeurs d’εHf initial erronées. Ce problème est endémique aux cristaux de zircon détritiques archéens et en accord avec des résultats expérimentaux sur la mobilité préférentielle de l’Hf en fonction de celle de l’U et du Pb au sein du zircon. Nous suggérons que ce problème biaise l’enregistrement détritique archéen en faveur de valeurs d’εHf initial négatives qui contrastent avec les valeurs obtenues pour les TTG mais peuvent être expliquées par l’utilisation d’âges 207Pb/206Pb non-magmatiques. Si l’on considère les cristaux de zircon de Jack Hills au vu de ces résultats, la source des continents serait restée inchangée depuis 4,3 Ga. / This PhD thesis presents combined whole-rock and single zircon MC-ICP-MS Lu-Hf isotope data for a large collection of Archean granitoids belonging to typical Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite (TTG) suites. The data were collected in an attempt to shed new light on early crustal growth. Our data display overall good agreement between Hf isotope compositions of igneous zircons, measured by both laser-ablation and solution chemistry, and their host-rocks. It is shown that the time-integrated Lu/Hf of the mantle source of TTGs is near-chronditic and has not significantly changed over the last 4 Gy. Continents therefore most likely grew from nearly primordial unfractionated material extracted from the deep mantle via rising plumes that left a depleted melt residue in the upper mantle. Zircons extracted from the analyzed TTGs have Hf isotopic compositions broadly consistent within populations, whereas the U-Pb system in the same grains is often disturbed, causing spurious initial εHf values. This problem is endemic to the Archean detrital zircon record and consistent with experimental results bearing on the relative retentivity of Hf vs. U and Pb in zircon. We argue that this behavior biases the Archean zircon record towards negative εHf values, which are at odds with the present TTG data set but can be explained by zircons having non-magmatic 207Pb/206Pb ages. If the Hadean Jack Hills zircons are considered in light of these results, the mantle source of continents has remained unchanged for the last 4.3 Gy.

Héritées de l’atmosphère primitive, des anomalies dans les abondances relatives des isotopes du soufre (32S, 33S, 34S et 36S) sont enregistrées dans les sédiments terrestres d’il y a plus de 2,5 milliards d’années (i.e. archéens). Nous évaluons ici la robustesse des isotopes du soufre à tracer le recyclage précoce de croûte océanique et de sédiments, transférés dans le manteau profond ou stockés dans le manteau lithosphérique depuis la mise en place de la subduction. En Sibérie, le manteau lithosphérique a été naturellement échantillonné par l’éruption de la kimberlite d’Udachnaya-Est. Extrêmement bien préservée, riche en Na, K, Cl, S et contenant des reliques de croûte océanique Archéenne, cette kimberlite nous permet de tester : (1) l’hypothèse du recyclage de soufre atmosphérique Archéen dans le manteau lithosphérique et/ou la source de cette kimberlite ; (2) la cohérences entre les méthodes in situ (SIMS dans les minéraux de sulfure) et bulk (extraction chimique du soufre et spectrométrie de masse à source gazeuse) pour les mesures multi-isotopiques du soufre. Nos résultats, complétés par des mesures isotopiques en Rb-Sr, Sm-Nd et plomb (204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb), montrent que : (1) les sulfates de la kimberlite et des nodules composés de chlorure-carbonate ont une origine magmatique profonde, non-contaminée par les sédiments encaissants, suggérant la présence de domaines oxydés et riches en sulfates dans le manteau ; (2) les mesures isotopiques du soufre par méthode bulk sont cohérentes avec les populations de sulfures observées in situ ; (3) les sulfures des kimberlites salées sont appauvris en 34S par rapport à la valeur chondritique et enregistrent de faibles anomalies isotopiques en soufre ; (4) les péridotites déformées contiennent d’autres sulfures appauvris en 34S, qui eux préservent des anomalies en 33S et 36S héritées de la surface archéenne, malgré un équilibrage isotopique du chronomètre U-Pb lors de l’éruption de la kimberlite / Inherited from the early atmosphere, anomalies in the relative abundances of sulfur isotopes (32S, 33S, 34S and 36S) are recorded in sediments older than 2.5 billion year (i.e. Archean). Here we test the robustness of sulfur isotopes to trace the early recycling of oceanic crust and sediments that may have been transferred to the deep mantle or stored in the lithospheric mantle since the onset of subduction. In Siberia, the lithospheric mantle has been naturally sampled by the Udachnaya-East kimberlite while it was erupting. Because it is extremely well preserved, rich in Na, K, Cl, S and contains remnants of oceanic crust recycled during the Archean, this kimberlite enables us to test : (1) the hypothesis of an early recycling of Archean atmospheric sulfur in the lithospheric mantle and/or the deeper source of the kimberlite; (2) the coherence between in situ (SIMS in sulfide minerals) and bulk methods (chemical extraction of sulfur from powdered rocks, followed by gas source mass-spectrometry) for measuring multiple sulfur isotopes. Our results, combined with measurements of Rb-Sr, Sm-Nd and lead (204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb) isotopes, show that: (1) sulfates from the Udachnaya-East kimberlite and its nodules composed of chloride-carbonate have a deep, magmatic origin, uncontaminated by host sediments, suggesting the presence of sulfate-rich, oxidized domains in the mantle; (2) measurements of sulfur isotopes by bulk methods are consistent with the sulfide populations observed in situ; (3) sulfides from salty kimberlites are depleted in 34S with respect to the chondritic value and record small anomalies in sulfur isotopes ; (4) sheared peridotites contain another population of sulfides that are depleted in 34S and preserve 33S and 36S anomalies inherited from the Archean surface, despite resetting of the U-Pb chronometer during kimberlite eruption

Des cristaux de pyroxène zonés, avec un cœur de pigeonite et une bordure d'augite, cristallisent dans les komatiites et les basaltes lunaires. Pour comprendre leurs conditions de cristallisation, nous avons opté pour une double approche, expérimentale et analytique. Nos expériences réalisées dans le système CMAS reproduisent les cristaux de pyroxène avec des compositions chimiques et des textures comparables à celles observées dans les roches naturelles. L'étude analytique a été entreprise sur une série d'échantillons de komatiite archéenne et de basaltes lunaires. Nos résultats montrent que les textures et compositions chimiques du pyroxène dans ces komatiites sont la conséquence de conditions de cristallisation variées au sein d'une même coulée, et d'une coulée à l'autre. Les résultats de cette étude analytique couplés à un travail de modélisation, ainsi qu'une étude comparative de la géochimie de l'ensemble des komatiites mondialement recensées, arrivent à la conclusion que l'eau n'est pas nécessaire à la genèse d'une komatiite.

Le but de cette thèse est de caractériser l'évoiution tectono-métamorphique d'un segment de croûte continentale drchéenne (> 2.5 Ga). L'objet étudié est le craton de Oharwar (Inde du Sud) qui présente, du Nord vers le Sud, une transition continue de niveaux structuraux de plus en plus profonds. Cette région n'est affectée par aucune déformation post-archéenne. Nous montrons que les champs de déformation mis en évidence résultent de l'interférence entre le développement d'instabilités gravitaires diapiriques et un raccourcissement régional. Toutes les structures d'échelle crustale résultantes (diapirs et décrochements) sont générées au cours d'un seul et même événement que nous avons daté aux environs de 2.5 Ga. Elles sont contemporaines (i) d'un épisode de formation de croûte continentale juvénile (batholite du Closepet), (ii) d'un métamorphisme régional parfois intense (migmatisation, granulitisation). La cartographie des champs de déformation nous permet d'infirmer la présence de structures chevauchantes ou d'un empilement caractéristique des zones de collision continentale modernes. L'étude pétrographique révèle que seules certaines zones diapiriques dont la * subsidence a été la plus rapide ont enregistré une évolution prograde avec une augmentation de pression de 3 à 7-8 kbar. De plus, ces régions montlent une hétérogénéité dans la composition de la phase fluide qui semble être associée à une différence de perméabilité induite par la nature et l'orientatiôn des textures des roches métamorphiques. En conclusion, la croûte continentale archéenne du craton de Dharwar ne montre pas de structure tectonique susceptible d'avoir généré un épaississement crusta: important. Sa déformation est due principalement à des forces de volume (diapirisme) et, dans une moindre mesure, à des forces de surface (décrochements). Le développement d'instabilités gravitaires diapiriques, parce qu'il affecte des volumes de croûte considérables et qu'il ne peut être rapporté à aucune évidence structurale d'épaississement crustal, constitue une particularité de la tectonique de l'Archéen.

Les roches archeennes des cantons de Lamarck et de Guettard se rattachent à la ceinture de roches vertes de Chibougamau-Matagami, dans l'Abitibi (Québec) . La séquence archéenne de notre terrain est formée de deux unités principales : L'unité l : un ensemble de matériaux volcanoplutoniques à dominante basique-intermédiaire se rattache peut- être à la formation de Blondeau ou à la formation de Gilman. L'unité II : formée surtout de roches sédimentaires et volcanoclastiques , se rattache peut- être à la formation de Stella-Hauy. Nous avons plus particulièrement étudié les caractères pétrographiques et géochimiques des matériaux constituant l' unité 1 . Ce sont essentiellement des laves basaltiques, des dolérites en filons ou en dykeswarm, des filons-couches lités de gabbro, quelques lentilles de tufs (s.l.) interméàiaires ou rhyo-dacitiques. Les caractères pétrographiques et les conditions de gisement des matériaux basiques sont varles , mais les comportements géochimiques paraissent homogènes et sont comparables à ceux des tholéites des rides média-océaniques actuelles, ou éventuellement aux tholéites des arcs insulaires.

Le gîte MOP-II est situé à 5 kilomètres au nord-ouest de la ville de Chibougamau, dans la Sous-Province de l'Abitibi. Cette dernière est comprise dans la province du Supérieur. Ce gîte est encaissé à l'intérieur d'une intrusion porphyrique à phénocristaux de quartz et de feldspath de composition tonalitique. Cette intrusion s'est mise en place entre les basaltes de la Formation de Gilman et les roches ultramafiques du Filon-couche de Roberge. La forte altération hydrothermale en silice, séricite, chlorite et carbonates oblitère les caractéristiques primaires du porphyre et rend difficile l'identification du contact entre la tonalite et les faciès volcaniques felsiques adjacents. D'autres lithologies sont obervées comme: des brèches, des gabbros et des roches fragmentaires très déformées (tuf à lapilli intermédiaire?). L'étude pétrographique a permis d'identifier sept unités à l'intérieur du porphyre. L'unité QFP frais représente la tonalite fraîche. À l'intérieur du QFP silicifié, les feldpaths sont visibles et les veinules minéralisées ne sont pas plissées. À l'intérieur du QFP silicifié et séricitisé, les phénocristaux de felspath sont complètement séricitisés et les veinules minéralisées sont légèrement plissées. Le QFP chloritisé contient de la chlorite en veinules, une forte proportion de calcite, et les veinules de molybdénite observées à l'intérieur de cette unité sont fortement plissées. Une mylonite à quartz et séricite dont les textures primaires du porphyre sont complètement oblitérées par une forte quantité de séricite verte tardive est observée. Les veinules minéralisées contenues à l'intérieur de cette unité sont complètement transposées dans le sens de la schistosité principale. Deux familles de dykes felsiques fortement altérées en séricite, albite et dolomite ferrifère sont identifiées soient: les dykes blancs et les dykes roses. L'étude minéralogique a permis d'identifier sept types de minéralisations aurifères et cuprifères: 1) les veinules à Qtz-Py-Cp-Sr associées à la séricite verte de deuxième génération, 2) les veinules à Qtz-Chl-Py-Cp, 3) les veines décimétriques à Py-Cp±Bi, 4) les disséminations à Py-Cp associées aux faciès fortement silicifiés 5) les disséminations à Py-Cp observées à l'intérieur des faciès fortement chloritisés 6) les veines de quartz 7) les brèches à fragments de porphyre minéralisé et à fragments de veines de quartz minéralisées. Une zonalité des différents faciès d'altération et de minéralisation a clairement été définie. Le coeur du gîte est altéré en séricite et silice (altération phyllique). Les principales enveloppes aurifères se situent au coeur. La périphérie du gîte est altérée en chlorite et carbonates (altération propylitique) et contient le principal de la minéralisation en cuivre et molybdène. À l'extérieur des enveloppes minéralisées, un halo pyriteux stérile est observé. Le gîte MOP-II est interprété comme un porphyre à or-cuivre-molybdène déformé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Porphyre, Or, Cuivre, Abitibi, Archéen, Chibougamau.

Le gisement de Beattie est situé dans la ceinture de roches vertes de l'Abitibi, à proximité de la faille Porcupine-Destor, et est associé à une syénite porphyrique. Les corps minéralisés ont une ressource totale inférée de 2,77Moz contenu dans 56,2Mt de minerai à 1,53g/t d'or. Dans le gisement de Beattie, deux styles de minéralisation sont présents, à contrôle lithologique et à contrôle structural. La minéralisation à contrôle lithologique est limitée exclusivement à la syénite altérée en carbonates de fer. Cette minéralisation représente du minerai à basse teneur mais fort tonnage, dans lequel l'or est porté par la pyrite arsénifère et l'arsénopyrite. L'or est « invisible »; il se présente sous la forme de solution-solide dans le cœur poreux et riche en arsenic des pyrites. La minéralisation à contrôle structural est présente uniquement dans des zones de cisaillement adjacentes et incluses dans la syénite. Le minerai est à haute teneur dans des zones de brèches silicifiées à caractère hydraulique et tectonique, dans des veines de quartz cherteux, dans des veines polymétalliques intensément silicifiées, et dans des dykes de syénite trachytique très altérée. L'or y est visible sous forme d'éléctrum dans les microfractures des pyrites bréchifiées. Les deux styles de minéralisation et les altérations font partie d'une évolution paragénetique commune dans un environnement magmatique-hydrothermal. Des phases initiales oxydantes ont évolué en conditions réduites à la faveur de fluides magmatiques et externes riches en CO2. Ce changement d'état d'oxydation a entraîné la précipitation des sulfures et la cristallisation de l'or « invisible » dans la pyrite arsénifère et l'arsénopyrite. Une phase d'altération ultérieure, dominée par des fluides hydrothermaux riches en silice, a pour résultat la bréchification des sulfures et leur redistribution dans des corridors siliceux, ainsi que la remobilisation de l'or dans les microfractures des pyrites bréchifiées. Les compositions calculées de δ18O et δD sur les veines de quartz associées à cet évènement tardif sont respectivement 7.67%o et -66%o, indiquant une dominance des fluides magmatiques avec une probable composante métamorphique. Cet évènement syn-métamorphique (transition D2-D3) est associé à un fort enrichissement en Hg, Te, Mo, Ag, Sb, As, et Se. Le style de cristallisation de l'or dans le gisement de Beattie est une conséquence de la dominance des régimes en systèmes ouverts, tant au niveau de l'incorporation dans le magma de l'arsenic qui contrôle la précipitation de l'or « invisible », que de la circulation tardive de fluides hydrothermaux riches en silice qui sont à l'origine de la remobilisation de l'or. Le gisement de Beattie partage des affinités avec des gisements associés aux intrusions (Intrusion Related Gold Deposit), des gisements épithermaux à tendance neutre à intermédiaire, et des gisements de type mésothermaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gisement d'or, porphyre Archéen, or invisible, remobilisation de l'or

Ce travail de thèse présente des analyses isotopiques Lu-Hf par MC-ICP-MS combinées de zircons ignés et de roches totales d'une importante collection de granitoïdes archéens appartenant à la suite des Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite (TTG) afin d'apporter un regard nouveau sur la croissance de la croûte continentale et tout particulièrement dans le début de l'histoire de la Terre. Nos données indiquent un bon accord général entre les zircons ignés, mesurés par ablation-laser et par solution, avec leurs roche-hôtes. Nous démontrons que le rapport Lu/Hf intégré dans le temps de la source mantellique des TTG est près de la valeur chondritique et n'a pas significativement changée au cours des 4 derniers milliards d'années. Par conséquent, les continents se sont formés à partir d'un matériel primitif non fractionné extrait du manteau profond par l'intermédiaire de panaches qui après fusion partielle ont laissés un résidu appauvri dans le manteau supérieur. Les cristaux de zircon extraits des TTG ont des compositions isotopiques en Hf cohérentes au sein d'une même population alors que le système U-Pb, dans les mêmes grains, est souvent perturbé résultant ainsi en l'obtention de valeurs d'εHf initial erronées. Ce problème est endémique aux cristaux de zircon détritiques archéens et en accord avec des résultats expérimentaux sur la mobilité préférentielle de l'Hf en fonction de celle de l'U et du Pb au sein du zircon. Nous suggérons que ce problème biaise l'enregistrement détritique archéen en faveur de valeurs d'εHf initial négatives qui contrastent avec les valeurs obtenues pour les TTG mais peuvent être expliquées par l'utilisation d'âges 207Pb/206Pb non-magmatiques. Si l'on considère les cristaux de zircon de Jack Hills au vu de ces résultats, la source des continents serait restée inchangée depuis 4,3 Ga.

L’éon Archéen est marqué par un phénomène majeur dans l’histoire de la terre :la stabilisation de du manteau lithosphérique continental. Bien que le rôle réel de cette stabilisation en tant qu’acteur dans la géodynamique archéenne ne soit pas encore parfaitement établi, elle a joué un rôle important, par la suite, dans le développement et la préservation de la croûte continentale stabilisée sous la forme de cratons. L’isolement de cette lithosphère par rapport à l’asthénosphère convective a dû également avoir une incidence importante sur l’évolution du manteau et sur son régime thermique. Comprendre les processus qui ont formé et modifié le manteau lithosphérique sub-cratonique à l’Archéen est donc essentiel pour appréhender l’évolution géodynamique du globe terrestre. L’origine et l’histoire de ce manteau lithosphérique restent encore très controversées car bien qu’il ait été épargné depuis deux milliards d’années de toute tectonique active, les roches qui le constituent ont subi des rééquilibrages chimiques et/ou modaux suite à un ou plusieurs événements métasomatiques. Ce travail s’inscrit en grande partie dans cette problématique avec une étude détaillée des équilibres existant entre les différentes phases minéralogiques des péridotites inclues dans les kimberlites de Thaba Putsoa et de Letseng-la-Terrae (Lesotho). L’étude de ces équilibres minéralogiques nous permet de déterminer les phases qui résultent (ou ont été modifiées) d’un phénomène métasomatique, et inversement d’en apprendre sur la nature de celui-ci. Le traitement des données pétrographiques, géochimiques et thermodynamiques a établi que la partie du manteau lithosphérique archéen échantillonnée à Letseng et de Thaba Putsoa ne peut pas être considérée comme homogène et à l’équilibre. On démontre qu’au moins deux épisodes de métasomatisme aux caractéristiques chimiques distinctes ont affecté successivement ces roches. Bien que trois grandes familles de péridotites ont été décrites, l’hypothèse d’un protolithe commun de type harzburgite subcalcique a été proposée pour l’ensemble de la lithosphère archéenne profonde. Ceci implique que tous les clinopyroxènes présents dans ces péridotites soient d'origine secondaire. La question de la validité des modèles thermodynamiques reposant sur le principe d’un équilibre du clinopyroxène avec les autres minéraux se pose dès lors. Cela nous a conduits dans la seconde partie de la thèse à commencer le développement d’un nouvel outil thermodynamique se basant sur une phase minérale plus stable comme l’orthopyroxène. Pour ce faire, un nouveau protocole d'inversion a été proposé permettant la détermination d'un modèle de solution fiable pour cette phase. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished