This thesis presents the results of an experimental study of the solubility of Au in reduced sulphur-bearing vapours at elevated temperature and pressure, as well as the PVTx properties of H2O-H2S gas mixtures. The solubility of gold was measured in pure H2S gas and H2O-H2S gas mixtures. Results of the experiments demonstrate that the fugacity of gold increases with the fugacity of H2S, and that reactions involving the formation of volatile sulphide species control the solubility of gold in the gas phase. The results obtained for pure H2S gas indicate that solvation of sulphide gold species by molecules of H2S significantly increases the dissolution of gold, whereas the experiments with H2O-H2S vapour mixtures showed that this dissolution is further enhanced by hydration of the gold sulphide. The reactions of formation of solvated and hydrated gaseous complexes AuS(H2S)n and AuS(H2O)m are interpreted to control the solubility of gold in H2O-H2S gas mixtures. Equilibrium constants and the solvation or hydration numbers (n or m) for these reactions were determined by minimizing the errors between the results for an optimized solvation/hydration model and the experimental data. The fugacity of H2S and H2O required for the model calculation were determined from the experimentally determined PVTx properties of the H2O-H2S fluid mixtures; the latter were modeled using cubic equations of state with composition- and density-dependent mixing rules and adjusted binary interactions parameters.Under the experimental conditions of this study, i.e., temperatures from 300 to 400 °C, pressures up to 265 bar, and hydrogen fugacity constrained by the reaction H2+S=H2S, the solubility of gold in reduced sulphur-bearing vapour is relatively high (up to 1 ppb), and the results obtained provide strong evidence that H2S plays an important role in the vapour transport of gold. As most natural hydrothermal vapours are water rich (>90% H2O), gold will be transported in the vapour dominantly as an hydrated gold sulphide, provided that there is sufficient reduced sulphur (H2S) in the vapour for complexation. The stoichiometry and stability of the gold complexes determined in this study represent an important contribution to our knowledge of the chemical properties of volatile metal species and permit accurate modeling of vapour-related processes involved in the mobilization, transport and deposition of gold in magmatic hydrothermal systems, notably those of epithermal environments. / Cette thèse présente les résultats d'une étude expérimentale sur la solubilité de l'or dans des vapeurs contenant du souffre à l'état réduit à haute pression et température, ainsi que les propriétés PVTx de mélanges gazeux de H2O-H2S. La solubilité de l'or a été mesurée dans du H2S gazeux pur et dans des mélanges gazeux de H2O-H2S. Les résultats de cette expérience démontrent que la fugacité de l'or augmente avec la fugacité de H2S, et que les réactions qui mènent à la production d'espèces volatiles de souffre contrôlent la solubilité de l'or dans la phase gazeuse. Les résultats obtenus pour le gaz de sulfure d'hydrogène à l'état pur indiquent que la solvatisation des espèces de sulfure d'or par les molécules de sulfure d'hydrogène augmente de façon significative la dissolution de l'or, alors que les résultats issus des expériences utilisant des mélanges gazeux de H2O et de H2S montrent que cette dissolution est davantage augmentée par l'hydratation du sulfure d'or. Nous proposons que les réactions de formation de solvates et hydratée complexes gazeux AuS(H2S)n et AuS(H2O)m contrôlent la solubilité de l'or dans des mélanges de H2O-H2S. Les constantes d'équilibre ainsi que le degré de solvatisation ou d'hydratation (n ou m) pour ces réactions furent déterminés par minimisation de l'erreur entre les résultats obtenus d'un modèle de solvatation/hydratation optimisé et les données expérimentales. Les fugacités de H2S et de H2O requises pour les calculs du dit modèle furent établies en utilisant les propriétés de PVTx expérimentalement déterminées pour les mélanges fluides de H2O-H2S; ces dernières furent modélisées en utilisant des équations d'état cubiques avec des lois de mélange sur la dépendance de composition et densité, ainsi que des paramètres sur les interactions binaires spécialement ajustées.Dans les conditions de cette étude, c'est- à -dire à 300-400 °C et à des pressions jusqu'à 265 bars, la fugacité de l'hydrogène étant contrainte par la réaction chimique H2+S=H2S, la solubilité de l'or dans des vapeurs de soufre à l'état réduit est relativement élevée (jusqu'à 1 ppb), et les résultats démontrent que le sulfure d'hydrogène joue un rôle important dans le transport de l'or par la vapeur. La plupart des vapeurs hydrothermales dans la nature sont riches en eau (>90% H2O), donc l'or sera transporté par la vapeur sous la forme de sulfure d'or hydraté si il y a assez de sulfure d'hydrogène à l'état réduit pour qu'il y ait complexation. La stœchiométrie et la stabilité des complexes d'or déterminés dans cette étude représentent une contribution essentielle à la caractérisation des propriétés chimiques sur les espèces métalliques volatiles et permettent une modélisation précise des processus à l'état vapeur et inhérents à la mobilisation, le transport et le dépôt de l'or dans des systèmes hydrothermaux magmatiques, en particulier les environnements épithermaux.

Identification of sulfur sources in an ore-forming system is important as it provides a greater understanding of how a mineral deposit forms and how best to explore for that particular type of deposit. It can also aid in the understanding of the ocean and atmosphere chemistry at the time of formation. Mass independent sulfur isotope fractionation in the Archean atmosphere provides a fingerprint for identifying non-magmatic sources of sulfur. This makes sulfur multiple isotope measurements a powerful tool for deconvolving ore-forming processes in the Archean. This thesis presents three applications of multiple sulfur isotope analysis for investigation of ore forming processes in the Archean. The first study evaluates proposed models for formation of volcanogenic massive sulfide (VMS) deposits during the Neo- and Mesoarchean, which demand little to no contribution of seawater sulfate to the ore-forming system. This is in contrast to Phanerozoic VMS systems where evidence for a seawater sulfate component is clear. We re-evaluate these models in the context of the ~2.7 Ga Noranda Camp of the Abitibi subprovince, Québec, using a combination of multiple sulfur isotope and trace element data. Sulfide samples analysed for this study have Δ33S values between -0.59 and -0.03 ‰. We interpret these negative values to reflect a sulfur component that originated in the seawater sulfate reservoir. Incorporation of this component appears to have increased during the collapse and subsequent evolution of the Noranda caldera. Higher concentrations of Se in samples with Δ33S values close to 0 ‰, and higher Fe/(Fe + Zn) values in sphalerite, are indicative of higher temperatures of formation.The second study is an investigation of sulfur sources that contributed to the formation of Cu- and Au-rich VMS deposits of the ~2.7 Ga Doyon-Bouquet-LaRonde (DBL) mining camp, also within the Abitibi subprovince. This subgroup of deposits has previously been interpreted as having a significant magmatic-hydrothermal source of ore fluids and metals. Multiple sulfur isotope analysis of deposits within the DBL mining camp, with the exception of one minor lens, indicates a very clear igneous-magmatic affinity (Δ33SV-CDT = 0.14 to +0.04 ‰), with little to no contribution from any surficial source of sulfur. In contrast, sulfide that formed at or very near the paleo-seafloor exhibits a distinct component of sulfur from the seawater sulfate reservoir (Δ33SV-CDT = 1.43 to 0.34 ‰). This study highlights the isotopic difference between the Noranda VMS deposits and those of the DBL. In addition, a lack of variation in Δ33S values between ore lenses which exhibit aluminous alteration and those that do not calls into question the characteristics with which to identify those VMS deposits that required dominant contribution of magmatic fluids.The final study examines sulfur sources within the Platreef, the main PGE bearing horizon of the Northern Limb of the Bushveld Igneous Complex (BIC), South Africa. The Platreef has a high percentage of sulfides relative to the analogous Merensky Reef in the eastern and western limbs of the BIC. It is in direct contact with underlying Neoarchean to Paleoproterozoic sediments, which are potential local sources of sulfur. However, Δ33S analysis of the Platreef sulfides identifies heterogeneous crustal sulfur contribution to the system both prior to and post-emplacement throughout the length of the Platreef.This thesis clearly demonstrates that multiple sulfur isotope analysis is a powerful tool for the identification of sulfur sources in ore forming processes of the Archean, and those involving Archean rocks, and can be applied to a range of problems and deposit types. It also highlights important issues for future consideration, including the role of seawater sulfate in the formation of Archean VMS deposits, and the characteristics of the parent magma of the BIC. / L'identification des sources de soufre dans la minéralisation est importante car elle permet de comprendre les processus et de définir la meilleure méthode d'exploration. Elle peut aussi aider à la compréhension de la chimie des océans et de l'atmosphère lors de sa formation. Le fractionnement indépendant de la masse des isotopes du soufre dans l'atmosphère de l'Archéen fournit une emprunte unique permettant d'identifier les sources de soufre non magmatiques. La nature chimique conservatrice des signatures du Δ33S en fait un outil puissant pour la déconvolution des processus minéralisateurs Archéen.Cette thèse présente trois applications de l'analyse multiple des isotopes du soufre dans l'investigation des processus de minéralisation à l'Archéen. La première étude teste les modèles de formation des sulfures massifs volcanogènes (SMV) Néo- et Mésoarchéen récemment proposés ne requérant peu ou pas d'apport de sulfate marin par rapport aux systèmes SMV du Phanérozoïque et contemporains où le sulfate marin joue un rôle important. Ces modèles sont réévalués en utilisant le camp de Noranda (~2.7 Ga), sous-province de l'Abitibi, et en combinant l'utilisation de données provenant de l'analyse des isotopes du soufre et des éléments traces.Les sulfures analysés pour cette étude ont des valeurs de δ34SV-CDT entre -14.90 et +2.49 ‰, et des valeurs de Δ33SV-CDT entre -0.59 et -0.03 ‰. Selon notre interprétation, les valeurs négatives de Δ33S sont dues à l'incorporation de soufre provenant de l'eau de mer. La proportion de soufre marin aurait augmenté durant l'affaissement et l'évolution subséquente de la caldera de Noranda. Des concentrations plus élevées de Se combinées à des valeurs près de 0 ‰ et d'un haut ratio Fe/(Fe + Zn) dans les sphalérites indiquent une température de formation élevée.La deuxième étude est une investigation des sources de soufre ayant contribuées à la formation des SMV riches en Cu et en Au du camp minier Doyon-Bousquet-LaRonde (DBL; ~2.7 Ga), aussi dans la sous-province de l'Abitibi. Une source magmatique-hydrothermale de fluides minéralisateurs importante était l'interprétation donnée pour ce sous-groupe. À l'exception d'une lentille mineure, l'analyse isotopique multiple des dépôts du camp minier DBL indiquent clairement une affinité ignée-magmatique (Δ33SV-CDT = 0.14 to +0.04 ‰), avec peu ou pas de contribution de soufre provenant de la surface. Par contre, les sulfures formés sur le plancher océanique ou près de celui-ci exhibe une contribution distinctive des sulfates marins (Δ33SV-CDT = 1.43 to 0.34 ‰). D'un autre côté, l'absence de variation des valeurs du Δ33S entre des lentilles minéralisées avec une altération alumineuse et celles ne démontrant pas cette altération remet en question les l'identification des dépôts de type SMV ayant une contribution importante ou dominante de fluides magmatiques. La dernière étude examine les sources de soufre du Platreef – horizon riche en éléments du groupe platine (EGP) du flanc nord du Complexe Igné Bushveld (CIB) en Afrique du Sud. Le Platreef contient un haut pourcentage de sulfures par rapport au dépôt analogue Merensky Reef des flancs est et ouest du CIB. Il est en contact direct avec les sédiments Néoarchéens à Paléoprotérozoïques qui sont une source potentielle de soufre locale. D'un autre côté, les analyses du Δ33S des sulfures du Platreef permettent d'identifier une contribution de soufre hétérogène provenant de la croûte terrestre, avant et après la mise en place du gisement.Cette étude démontre clairement que l'analyse multiple des isotopes du soufre est un outil puissant dans l'identification des sources de soufre des processus minéralisateurs de l'Archéen, ainsi que ceux impliquant des roches archéennes, et cette approche peut être appliquée à un éventail de problèmes et types de dépôt. Aussi, elle soulève des questions importantes sur le rôle du sulfate marin dans la formation des dépôts SMV de l'Archéen et les caractéristiques du magma du CIB.

The interaction between microorganisms and the calcite mineral surface in aqueous solutions, under earth surface conditions, was the focus of this study. More specifically, we investigated if bacterial attachment and metabolism increase the dissolution rates of calcite crystals and alter their surfaces in solution. A natural microbial consortium, rather than model organisms, was used in the experiments. Weathered samples from the Trenton carbonates were collected on the flanks of Mount Royal in Montréal (Québec, Canada). The associated bacteria were identified using molecular biology DNA fingerprinting techniques. This information was used to determine the nutrient requirements of suitable growth media. Samples contained typical soil dwelling organisms from the phylum Actinobacteria, gram-positive heterotrophs. Bacteria were combined with cleaved Iceland Spar calcite rhombohedra in a low-ionic strength (10−2 M) NaCl solution at ambient pCO2 , 25°C and 1 atm pressure. The effect of solution chemistry (e.g. the presence of phosphate) on the calcite dissolution kinetics was also investigated. The dissolution rates in the presence of bacteria, did not vary significantly from abiotic conditions, but decreased notably in the presence of phosphate. / Cette étude porte sur les interactions entre des micro-organismes et la surface de la calcite en solution aqueuse sous des conditions équivalentes à celles de la surface de la terre. Plus précisément, nous avons étudié si l'attachement des bactéries et leur métabolisme augmentent la vitesse de dissolution des cristaux de calcite et altérent leur surface en solution. Des communautés microbiennes naturelles ont été privilégiées à des organismes types pour les expériences. Des échantillons altérés provenant de carbonates de Trenton ont été récoltés sur les flancs du Mont Royal à Montréal (Québec, Canada). Les bactéries associées ont été identifiées par des techniques de biologie moléculaire utilisant leurs empreintes génétiques d'ADN. Ces informations ont servi à déterminer les besoins en nutriments des milieux de croissance. Les échantillons contenaient des organismes typiques de sols, hétérotrophes, à gram positif, du phylum Actinobacteria. Les bactéries ont été combinées avec des rhombohèdres clivés de calcite provenant de spaths d'Islande dans une solution de NaCl de faible force ionique (10−2 M) à pCO2 ambiante, 25°C et 1 atm de pression. L'effet de la composition chimique de la solution sur la cinétique de dissolution des calcites (en particulier, la présence de phosphates) a également été étudié. Les vitesses de dissolution augmentent en présence de bactéries ne varient pas de façon significative aux échantillons exposés aux conditions abiotiques. En revanche, la présence de phosphate das le milieu de culture masque l'effet des bactéries sur la vitesse de dissolution.

Major, trace and rare earth elements (REE), along with Nd isotopes and U-Pb ages, were determined for Archean greenstone belts (2.88-2.72 Ga) and Paleoproterozoic mafic dyke swarms (2.51-2.00 Ga) of the Northeastern Superior Province (NESP) of Canada in order to gain insights on the nature of mafic magmas across the Precambrian. Geographically separate, but coeval (2.78 Ga), greenstone assemblages with distinctive Fe-tholeiites occur across a large surface area of the NESP. This geographic separation, along with the numerous inheritance ages of greenstone lithologies that replicate those of older volcanic-plutonic assemblages, are consistent with these belts being the remnants of an extensive autochthonous mafic volcanic cover sequence. An increase of Th/Nb ratios in light REE-enriched basalts reflects a change in the nature of coeval crustal contaminants, from tonalite-trondhjemite prior to 2.75 Ga, to granite-granodiorite afterwards. The isotopically-enriched character of these magmas after 2.75 Ga implies more extensive contamination by a felsic crust affected by regional partial melting, succeeding the amalgamation of the Hudson Bay (TDM 4.3-3.1 Ga) and Rivière Arnaud (TDM < 3.1 Ga) terranes. Paleoproterozoic mafic dyke swarms follow the stabilization of the Archean crust. The magmas of most dykes are sourced in fertile lherzolite at ~1.5 GPa, but others are either sourced from deep (~5 GPa) lherzolite or pyroxenite, Fe-rich mantle, or harzburgite. The presence of all dyke types within the older Hudson Bay Terrane reflects the heterogeneous nature of its lithospheric mantle. All contain a crustal component in the form of an increase in La/Yb with Zr/Nb ratios, and negative eNd values. In contrast, voluminous 2.2 Ga dykes of the Rivière Arnaud Terrane display an increase in La/Yb with a decrease in Zr/Nb ratios, and positive eNd values indicative of an alkaline mantle component similar to that of Pa / Les éléments majeurs, traces et du groupe des terres rares (ÉTR), ainsi que les isotopes du Nd et des âges U-Pb, ont été déterminés pour les ceintures de roches vertes archéennes (2.88-2.72 Ga) et pour les essaims de dykes mafiques paléoprotérozoïques (2.51-2.00 Ga) du nord-est de la Province du Supérieur (NEPS) du Canada, afin de définir la nature des magmas mafiques au Précambrien. Dans les ceintures de roches vertes archéennes, des assemblages géographiquement séparés, mais contemporains (2.78 Ga) et contenant des tholéiites ferrifères distinctives, sont reconnus sur une large portion du NEPS. Cette séparation géographique, ainsi que les nombreux âges hérités qui répliquent ceux des assemblages volcano-plutoniques anciens, suggèrent que ces ceintures représentent les lambeaux d'une séquence volcanique mafique autochtone ayant couvert une grande surface. Une augmentation des rapports Th/Nb des basaltes enrichis en ÉTR légers reflète un changement de la nature de leurs contaminants crustaux, de tonalite-trondhjémite avant 2.75 Ga, à granite-granodiorite ensuite. L'enrichissement isotopique de ces magmas après 2.75 Ga implique une contamination plus importante par une croûte felsique affectée par une fusion partielle régionale, résultant de la collision des terranes de la Baie d'Hudson (TDM 4.3-3.1 Ga) et de la Rivière Arnaud (TDM < 3.1 Ga).Les essaims de dykes mafiques paléoprotérozoïques succèdent à la stabilisation de la croûte archéenne. Les magmas de la plupart de ces dykes prennent leur source dans un manteau lherzolitique à ~1.5 GPa, mais d'autres proviennent soit d'un manteau lherzolitique ou pyroxenitique plus profond (~5 GPa), d'un manteau riche en Fe, ou d'un manteau harzburgitique. La présence de tous ces dykes dans le Terrane de la Baie d'Hudson reflète la nature hétérogène du manteau lithosphérique. Tous contiennent un composant crustal

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.