La stratigraphie et la sédimentologie des dépôts quaternaires ont une grande influence sur l’écoulement de l’eau souterraine dans les aquifères de ces milieux. La description et la détermination des unités, lithofaciès ou hydrofaciès, deviennent donc importantes dans les travaux de terrain lors de l’étude et de la caractérisation d’un aquifère dans ces milieux. Diverses classifications utilisées dans le domaine de l’eau souterraine ont été étudiées pour suggérer des modifications et même une nouvelle classification dans le cas des hydrofaciès. La construction de modèles conceptuels 3D d’aquifères constitue un défi important surtout dans les dépôts quaternaires qui présentent une structure interne complexe. La complexité des agencements hydrostratigraphiques nécessite souvent un certain niveau de simplification stratigraphique et structurale pour incorporer ceux-ci dans des modèles 3D numériques d’écoulement souterrain. Les effets de simplifications hydrostratigraphiques, utilisant la conductivité hydraulique équivalente, sur la précision des modèles numériques d’écoulement souterrain 3D sont évalués à partir d’un exemple. Pour construire le modèle détaillé de l’aquifère du bassin versant de la rivière Mistouk (Saguenay-Lac-Saint-Jean, Québec), des données existantes ainsi que de nouvelles données ont été utilisées. Les résultats des simulations numériques d’écoulement à partir du logiciel Feflow pour les différents modèles simplifiés montrent qu’il est possible, avec limitations, de simplifier un modèle hydrostratigraphique 3D. Le degré de justesse des modèles dépend du degré de simplification adopté, mais les résultats suggèrent que la variabilité des résultats obtenus reste modérée. La méthodologie de simplification hydrostratigraphique pour la réalisation de modèles numériques d’écoulement pourra être adoptée pour la simulation des écoulements souterrains dans d’autres contextes d’aquifères de dépôts et devrait ainsi être utile pour les modélisateurs.

Le secteur de la mine Marbridge se situe dans la moitié sud de la Sous-province de l’Abitibi, soit plus précisément à la base du Groupe de Malartic, dans un assemblage de roches volcaniques mafiques et ultramafiques. La mine Marbridge, associée à des komatiites, a été en exploitation de 1962 à 1968 et a été opérée, à cette époque par deux compagnies, soient Falconbridge Nickel Mines Ltd et Marchant Mining Company Ltd. Ils ont extrait au total, de 4 lentilles minéralisées, plus de 700 000 tonnes de minerai à 2,28 % Ni et 0,17 % Cu. L’environnement géologique du secteur de la mine Marbridge peut être divisé en 3 blocs distincts. Les blocs SO et NE sont caractérisés par des assemblages de roches ultramafiques-mafiques d’affinité tholéiitique. Le bloc central comprend des volcanites felsiques d’affinité calco-alcaline et un assemblage de roches volcaniques mafiquesultramafiques d’affinité transitionnelle à calco-alcaline. On y retrouve également une unité volcanosédimentaire d’affinité transitionnelle à calco-alcaline. À l’intérieur de cette unité, une sous-unité fragmentaire, interprétée comme un tuf à lapillis et à blocs, a été identifiée. Ces assemblages sont parsemés et recoupés d’intrusions gabbroïques à tonalitiques sous forme de dykes. Les blocs SO et NE présentent un degré de déformation moindre tandis que le bloc central correspond à une zone de déformation majeure qui se caractérise par des linéations d’étirement très fortement développées et qui plongent modérément vers l’est. Ce bloc présente les évidences de deux phases de déformation ductile (D1 et D2). La schistosité principale, Sp, est de direction générale NO-SE, mais est reprise par des plis P2. Un clivage de crénulation, S2, de plan axial est localement reconnu et sa direction est E-O. Le métamorphisme atteint le faciès des amphibolites. La lentille minéralisée no 1, d’épaisseur métrique et de direction NO-SE est composée de pyrrhotite, de pentlandite, de pyrite et d’un peu de chalcopyrite. Elle est encaissée dans une unité basaltique et elle montre des relations angulaires avec la direction des fabriques Sp et des couches d’orientation N-S. Ces éléments soutiennent l’hypothèse d’une remobilisation tardi- à post-D2 de la lentille no 1. Les polarités observées et interprétées sur le terrain pour la séquence de la mine Marbridge permettent de proposer plusieurs scénarios dont deux qui ont des incidences sur la source du soufre pour la formation des lentilles minéralisées et donc du vecteur d’exploration. Dans l’hypothèse d’une séquence à polarité sud-ouest, l’unité volcanoclastique sédimentaire située au nord des lentilles minéralisées pourrait représenter la source du soufre. Mais dans l’hypothèse d’une séquence à polarité NE, l’unité de volcanites felsiques riches en pyrrhotite/pyrite pourrait alors agir comme source du soufre. Cette dernière interprétation est compatible avec les polarités observées et permettrait de soutenir l’hypothèse d’un enrichissement en sulfures associé à un système volcanogène de type SMV qui aurait par la suite été recouvert par une séquence volcanique komatiitique.

Studying subaqueous volcanic centres is still a costly and logistically complicated endeavor. The study of exposed ancient sequences on land eliminates these obstacles and edifices are often eroded in such a manner that a cross-section through the edifice is visible. Vertically-dipping Archean strata allow for the study of synvolcanic structures and the internal architecture of subaqueous volcanic complexes. The Abitibi greenstone belt in Canada, and specifically the Blake River Group, hosts numerous subaqueous volcanic centres including the Blake River Megacaldera complex (BRMCC). Three caldera structures are found within the BRMCC: the host Misema Caldera and the nested and overlapping New Senator and Noranda Calderas. Of particular interest is the southeastern sector of the New Senator Caldera (SNSC) and its proximal association to the 54 Mt Horne Au-rich volcanogenic massive sulfide (VMS) deposit. Detailed mapping of intrusive and volcanic facies, along with site-specific geochemical and geochronological analysis at selected outcrop localities throughout the SNSC allow for the identification of individual eruptive and intrusive events. These events dominantly produced effusive mafic lavas and intrusions with intermittent felsic deposits. With the use of structural data and the geometry of synvolcanic dykes, volcanic and intrusive facies are grouped into “internal” and “external” blocks. These blocks compose a volcanic complex known as the Rouyn-Pelletier Caldera Complex (RPCC). This study predominantly constrains the Pelletier, Senator and Glenwood blocks but also defines boundaries and facies of the Chadbourne, Horne and Stadacona blocks and places the Horne deposit within the architecture of the RPCC. Voluminous mafic lavas and intrusions of the Pelletier block represent the terminal stages of seamount construction and compose the first caldera floor. Following emplacement of these facies, a trapdoor collapse event allows for the emplacement of mafic ponded lavas that compose the majority of the Senator block. Piecemeal-type faulting follows this event and permits the extrusion and intrusion of facies of the Glenwood block, dominated by the Glenwood Felsic Flow Complex. These deposits form yet another caldera floor as the complex continues to build and shallow. Shallowing of the edifice permits a shift to more explosive activity that is one of the waning phases of caldera development and represented by volcanic facies of the Horne deposit. L’étude des centres volcaniques sous-marins est un processus couteux qui présente de nombreux défis au niveau technologique et qui ne permet que d’observer la portion superficielle des édifices volcaniques. Toutefois, l’étude des séquences volcaniques anciennes et cratonisées permet une analyse de la structure interne des édifices, ceci étant du au basculement et à l’érosion des strates volcaniques. Les séquences archéennes de pendage abrupt sont des exemples permettant l’analyse de l’organisation et de l’architecture interne d’anciens édifices volcaniques sous-marins. La ceinture de roches vertes archéennes de l’Abitibi au Canada et plus spécifiquement, le Groupe de Blake River, contient plusieurs centres volcaniques sous-marins interprétés comme faisant partie de complexes de calderas. Le complexe de mégacaldera du Blake River (BRMCC) comprend trois calderas distinctes, la grande caldera de Misema sur laquelle se superpose les calderas imbriquées de New Senator et de Noranda. L’interêt de cette étude porte plus particulièrement sur la portion sud-est de la caldera de New Senator (SNSC) à cause de son association avec le gisement de sulfures massifs volcanogènes aurifère de Horne (54 Mt). Une cartographie détaillée des faciès volcaniques et des intrusions a été réalisée sur des affleurements clés de la SNSC. Des analyses lithogochimiques et des déterminations géochronologiques ont également été réalisées afin de caractériser les événements effusifs et intrusifs. L’empilement volcanique résulte de l’effusion massive de lave mafique avec des intercalations de dépôts felsiques. À l’aide des données structurales et de l’organisation des dykes synvolcaniques, les faciès volcaniques et intrusifs ont été regroupés selon différents blocs dits « interne » et « externe ». Ces blocs font partie d’un complexe volcanique défini comme étant le « Complexe volcanique de Rouyn-Pelletier (CVRP)». Cette étude met l’emphase plus particulièrement sur les blocs de Pelletier et de Glenwood mais permet aussi de définir les limites et les faciès des blocs de Chadbourne, Horne et de Stadacona et situe le gisement de Horne au sein de l’architecture du CVRP. Les coulées volumineuses de lave mafique et les intrusions au sein du bloc Pelletier représente le stage terminal de la construction d’un mont sous-marin composant le plancher de la caldera. Un effondrement de type « trapdoor » a permis la mise en place de lacs de lave sous-marin qui caractérisent le bloc Senator. Par la suite, les mouvements de failles ont fragmenté le milieu (peacemeal faults) ce qui a permis la mise en place des facies constituant le bloc Glenwood dominé par le Complexe felsique de Glenwood. Ces dépôts ont alors formé le plancher d’une autre caldera au fur et à mesure que le complexe s’est édifié. L’émergence de l’édifice a engendré une transition vers un volcanisme plus explosif représentant la phase terminale de l’évolution de la caldera et qui s’exprime par les facies associés au gisement de la mine Horne.

Ce projet, financé à 100% par SOQUEM Inc., avait pour but de déterminer les facteurs de contrôles sur la formation d’une minéralisation aurifère au sein d’un pluton (Stock de Boyvinet) et de développer un modèle métallogénique pour le secteur du Lac Shortt, à Desmaraisville en Abitibi. Dans un premier temps, une lecture exhaustive de la littérature a permis de préciser les caractéristiques propres à certains modèles métallogéniques basées sur des relations de terrain et d’analyses fines en laboratoire. Ces caractéristiques ont été testées et ont permis de développer un modèle métallogénique pour générer des cibles d’exploration tant à l’échelle locale que régionale. Le Stock de Boyvinet, dans la région du Lac Shortt (SOQUEM Inc.- MDN), renferme une minéralisation aurifère à faible teneur associée à des veinules de quartz et des zones d’altération hydrothermale. Ce stock a longtemps été considéré comme une syénite. Toutefois, une étude minéralogique de l’intrusion a donné lieu à une réinterprétation de la nature de l’intrusion, car composée de feldspaths (albite; ±40%), d’amphiboles (hornblende; ±10%) sous forme de phénocristaux avec en phases interstitielles des feldspaths potassiques à texture perthitique, du quartz, des carbonates (±10%) des minéraux opaques ainsi que de la titanite (±5%). Certaines phases mineures comme l’épidote, le quartz, la chlorite, les carbonates, la pyrite, ilménite, hématite et magnétite (±1-5%) sont également observées. Cette minéralogie est définie comme un résultat de l’altération hydrothermale d’un pluton à priori de composition monzodioritique/monzonitique. Les caractéristiques géochimiques indiquent une affinité calco-alcaline avec une anomalie négative en Nb et Ta, et un fractionnement LaN/YbN = 22. Les roches environnantes sont chimiquement comparables, permettant d’interpréter une source d’origine similaire. Les altérations hydrothermales s’expriment par des assemblages aux proportions variables d’albite, hématite, carbonates, silice, chlorite, pyrite et magnétite. Les zones altérées (n=25) sont caractérisées par des gains forts en Si, Na, K et Ca ainsi que des pertes en FeO. Les enrichissements en or sont en lien avec les zones d’altération, mais les assemblages minéralogiques sont variables, incluant: albite-hématite-pyrite et carbonates-silice-chlorite-pyrite. Les pyrites (n=53) ont été analysées par LA-ICP-MS au LabMater (UQAC). Des zonalités sont identifiées entre les coeurs poreux et les bordures recristallisées. Les assemblages métalliques Bi-Te-Cu-Ag-Sb sont typiquement d’origine magmatique et associés aux coeurs alors que les bordures à As-Ni-Co-Se sont caractéristiques des fluides métamorphiques. Des valeurs aurifères moyennes de 3,81 ppm, jusqu’à un maximum de 95,5 ppm dans les coeurs, par rapport à 0,32 ppm (maximum analysé de 1,32 ppm) dans les bordures permettent de proposer une relation directe entre les pyrites formées à partir des fluides magmatiques et la minéralisation aurifère. Des grains d’or libre se retrouvent également dans des fractures tardives de la pyrite. Les inclusions fluides ont été analysées (n=24) par spectrométrie de masse à sonde-solide au LAMEQ (UQAC). Les fluides hydrothermaux ont été étudiés en fonction de deux groupes: minéralisés (n=14) et stériles (n=10). Cette subdivision été définie selon les altérations hydrothermales et la présence de pyrite en proportion importante (≥2%). Malgré cette distinction, les fluides sont de compositions similaires, composés majoritairement de H2O (50 - 100%; moy. 84,5%) et CO2 (<50%; moy. 12,6%) avec, pour certains, des proportions plus élevées de H2 (<2,1%; moy. 0,44%), de N2 (<5,7%; moy. 2,1%) et de C2H6 (<3,1%; moy. 0,43%). Cette signature est typique des fluides d’origine métamorphique et constituent les derniers fluides enregistrés par les veines. Deux processus minéralisateurs superposés sont proposés : magmatique et métamorphique. Une fénitisation primaire de l’encaissant, induite par des fluides magmatiques alcalins régionaux, est responsable d’un enrichissement aurifère et de l’altération en albite-hématite-pyrite précoce. La présence de plusieurs intrusions alcalines tardives dans la région et de la carbonatite du Lac Shortt, supporte cette interprétation. Une minéralisation orogénique est superposée sur la fénitisation, avec localement le développement de veinules de quartz-carbonates-pyrite et la surimposition des bordures de pyrites primaires.

Le corridor de déformation du Lac Dufresne (CDLD) est localisé à la frontière de la Province de Supérieur et de la Province de Grenville, dans la partie orientale de la zone volcanique nord de la Sous-province d’Abitibi. Il est spatialement associé à une bande de volcanites mafiques bordée de part et d’autre d’intrusions felsiques calco-alcalines. Une multitude de dykes felsiques sont associés à une structure bréchique présentant des valeurs anomales en or dont l’indice Lac Dufresne. Le ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles et l’Université du Québec à Chicoutimi ont initié ce projet de recherche dans le but d’établir l’histoire géologique, structurale et métallogénique du CDLD. La méthode classique jumelant la cartographie détaillée, l’observation macroscopique et microscopique d’échantillons et l’interprétation d’analyses géochimiques a été employée pour : 1) déterminer la signature structurale du CDLD et son influence sur la minéralisation; 2) établir les relations entre les dykes felsiques du CDLD et les plutons avoisinants et 3) déterminer les événements de minéralisation dans un cadre chronologique, en référence avec les événements plutoniques et tectoniques. Trois événements de déformation ont été documentés lors de cette étude. Le premier événement est associé à la formation de la schistosité principale EO qui est de plan axial aux plis régionaux. Le deuxième événement est responsable du clivage secondaire NE qui est de plan axial à des plis asymétrique en Z. Dans la région, le dernier événement est en général associé à la déformation grenvillienne. Par contre, l’étude structurale du CDLD a démontré une différence de relation entre le Cs et la Sp. Cette nouvelle observation permet de supposer que la réorientation de la Sp est associée à un épisode de déformation archéen et non pas grenvillien. Un lien syngénétique a été fait entre de nombreux dykes felsiques observés dans le secteur du lac Dufresne et le pluton de La Dauversière. L’hypothèse d’un lien entre le magmatisme du pluton de La Dauversière et la minéralisation aurifère du Lac Dufresne n’est pas démontrée dans cette étude mais demeure possible. L’étude détaillée de la brèche minéralisée a permis de diviser en cinq étapes sa genèse. Sa compréhension a permis d’établir le cadre chronologique de la minéralisation de l’indice Lac Dufresne et permet d’établir des guides pour l’exploration au sein de la zone tectonique du Front de Grenville.

The Voisey’s Bay Ni-sulfide deposit is the 6th largest magmatic Ni-sulfide camp in the world. The intrusion hosting the mineralization was emplaced in the suture zone between the Archean Nain and Paleoproterozoic Churchill province in Labrador, Canada at 1.3 Ga. This study documents the host minerals of chalcophile and platinum-group elements (PGE) in the massive sulfide of the Ovoid ore body. The aims of the project were: a) to examine the behavior of the elements during crystallization and slow cooling of a sulfide liquid. Voisey’s Bay was emplaced at a greater depth than most deposits and is coarser grained, thus exsolution may have occurred to a greater extent than in other deposits; b) to add to the data base on chalcophile and platinum-group element contents of base-metal sulfides (BMS) from magmatic sulfide deposits in order to use these as an exploration tool. Twenty-one samples of different mineralization styles were selected from the Ovoid ore body covering the range in mineralogy and textures (disseminated sulfide, breccia sulfide, matrix sulfide and massive sulfides). Two different mineral assemblages present in massive sulfides; one consists of dominantly pyrrhotite, troilite and pentlandite with minor magnetite, chalcopyrite, galena and sphalerite. The other assemblage consists of cubanite, magnetite with minor chalcopyrite, pyrrhotite, pentlandite and galena. Both assemblages contain sobolevskite (PdBi), nickeline (NiAs) and altaite (PbTe). In addition the the cubanite rich ore also contains froodite (PdBi2), electrum (Ag,Au), hessite (Ag2Te) and native Bi. Recalculated to 100 % sulfides, the Ovoid ore body is depleted in PGE and richer in elements such as Bi, Pb, Cd, Te and Zn than most Ni-Cu-PGE sulfide deposits. The whole rock geochemistry indicates that breccia, matrix and Fe-rich assemblages have similar geochemical signatures, and their compositions are distinct from the Cu-rich assemblage. Iron-rich, breccia and matrix assemblages are richer in Re, Rh Os, Ir and Ru. The Cu-rich assemblage is enriched in Ag, As, Bi, Cd, Pb, Pd, Sb, Te, and Zn. The disseminated assemblage is the richest in almost all metals. The mass balance calculation shows that pyrrhotite and pentlandite host >70 % of the Ir, Rh and Re. Pentlandite also hosts significant amount of Ni, Co and >20 % of the Pd. Systematic differences in Pd concentrations are observed in textural distinct pentlandite varieties. Most Pd in the pentlandite is hosted in the coarse-granular pentlandite. Cubanite and ± chalcopyrite host significant amounts of Ag, Zn, Sn and Cd; however, they are depleted in PGE, Sb, As and Au. Sphalerite exsolutions host the remainder of the Zn, and a small amount of Cd. Galena hosts most of the Pb. Gold, Pd, Bi, Te, Pb, As and Ag also exsolve as electrum, platinum-group minerals (PGM), precious-metal minerals (PMM), arsenides, tellurides and native bismuth minerals. Crystal fractionation modelling of sulfides shows that the Fe-rich ore represents a monosulfide solid-solution (MSS) cumulate that started to crystallize together with magnetite at ~1050 °C. Based on plot of Cu versus Pd, the Cu-rich ore cannot represent the fractionated liquid as it does not contain sufficient Pd. Based on the Cu vs Pd plot, the Cu-rich ore could be the cumulate of the intermediate solid-solution (ISS). However plots of Cu vs Bi and Te vs Bi show that the ore is too rich in these elements for it to represent an ISS cumulate from the same liquid that formed the MSS cumulate. A second liquid or some other process is required to form the Cu-rich ore. The MSS exsolved to pyrrhotite, pentlandite and minor chalcopyrite, and ISS exsolved to cubanite, minor chalcopyrite, pentlandite and pyrrhotite at < 650 °C. When the temperature fell below 145 °C troilite exsolved from the pyrrhotite, and in the final stages, skeletal star shaped sphalerite, electrum and native bismuth laths exsolved. Petrology and geochemical data show that the sulfide liquid that formed the Ovoid ore body has undergone extensive fractionation, and cooled slowly forming coarse-grained minerals and exsolutions. However the mass balance calculations indicate that the BMS host similar amounts of PGE to other deposits thus exsolution processes do not appear to have sequestered more PGE in exsolutions than at other deposits. This work contributes to a new tool for the exploration of PGE-dominated deposits and Ni-Cu sulfide deposits, with a binary diagram (Rh vs Pd (in pentlandite)) by adding to an existing data base the values from the Voisey’s Bay deposit. Based on Rh and Pd compositions in pentlandite, this diagram is able to distinguish between PGE-dominated and Ni-Cu sulfide deposits. Voisey’s Bay is located within the Ni-Cu sulfide deposits field. Les gisements de sulfure de Ni de Voisey’s Bay représentent le 6ième camp de sulfure de Ni magmatique le plus important au monde. L’intrusion qui contient la minéralisation a été mise en place dans une zone de suture entre la province archéenne du Nain et la province paléoprotérozoique du Churchill, au Labrador, Canada, à 1.3 Ga. Cette étude documente l’hôte des éléments chalcophiles et des éléments du groupe du platine (EGP) dans les sulfures massifs de l’Ovoid. Les objectifs de ce projet sont: a) d’ajouter à la base de données sur les contenus en éléments chalcophiles et EGP des sulfures de métaux communs (SMC) des gisements de sulfure magmatique afin de pouvoir les utiliser comme outils d’exploration; b) d’examiner le comportement des éléments pendant la cristallisation et le refroidissement lent d’un liquide sulfuré. Voisey’s Bay a été mis en place à une profondeur plus important que la plupart des autres gisements et les grains de sulfures sont plus grossiers – ainsi, l’exsolution a pu avoir lieu sur une plus longue période que dans les autres gisements. Vingt-et-un échantillons de différents styles de minéralization ont été sélectionnés à partir du corps de l’Ovoid couvrant la gamme complète de minéralogie et de textures (sulfures disséminés, brèche de sulfures, sulfures matriciels et sulfures massifs). Les sulfures massifs ont deux assemblages différents: un qui est dominé par la pyrrhotite, la troilite, et la pentlandite, avec des proportions mineures de magnétite, chalcopyrite, et de galène; et un qui est dominé par la cubanite et la magnetite, avec des proportions mineures de chalcopyrite, pyrrhotite, pentlandite, et galène. Les deux assemblages contiennent aussi de la sobolevskite (PdBi), de la nickeline (NiAs), et de l’altaite (PbTe) et l’assemblage riche en cubanite contient aussi de la froodite (PdBi2), de l’electrum (Ag-Au), de l’hessite (Ag2Te) et du Bi natif. Recalculé à 100% sulfures, le corps de l’Ovoid est appauvri en EGP et est plus riche en elements tels que Bi, Pb, Cd, Te et Zn relativement à la plupart des gisements magmatiques à Ni-Cu-EGP. La géochimie roche totale indique que les brèches, les sulfures matriciels et l’assemblage de sulfures massifs riche en Fe ont des signatures géochimiques similaires, et leurs compositions sont distinctes des compositions de l’assemblage de sulfures massifs riche en Cu. L’assemblage riche en Fe, les brèches et les sulfures matriciels sont plus riches en Re, Rh, Os, Ir et Ru. L’assemblage riche en Cu est enrichi en Ag, As, Bi,Cd, Pb, Pd, Sb, Te, et Zn. Les sulfures disséminés sont plus riches en presque tous les métaux. Le calcul de bilan de masse montre que la pyrrhotite et la pentlandite contiennent >70 % de l’Ir, du Rh et du Re. La pentlandite contient aussi des concentrations significatives en Ni, en Co et >20% du Pd. Des differences systématiques en concentrations de Pd sont observées pour des variétés de pentlandite texturellement distinctes. La plupart du Pd dans la pentlandite est contenu dans la pentlandite à grain grossier. La cubanite ± chalcopyrite contient des concentrations significatives en Cu, Ag, Zn, Sn et Cd; cependant, la cubanite ± chalcopyrite est appauvri en EGP, Sb, As et Au. Les exsolutions de sphalérite contiennent le reste du Zn, et de faibles concentrations en Cd. La galena contient la plupart du Pb. L’or, le Pd, le Bi, le Te, une partie du Pb, l’As et l’Ag exsolvent aussi entant qu’électrum, minéraux du groupe du platine (MGP), minéraux de métaux précieux (MMP), arséniures, tellurures et Bi natif. La modélisation de la cristallisation fractionnée des sulfures montre que la minéralisation riche en Fe représente un cumulat de la solution solide monosulfurée (SSM) qui a commencé à cristalliser avec la magnetite à ~1050 °C. Basé sur le diagramme de Cu versus Pd, la minéralisation riche en Cu ne peut pas représenter le liquide fractionné car elle ne contient pas suffisemment de Pd. Basé sur le diagramme de Cu versus Pd, la minéralisation riche en Cu pourrait être un cumulat de la solution solide intermédiaire (SSI) qui a commencé à cristalliser à ~900 °C. Cependant, les diagrammes de Cu versus Bi et Te versus Bi montrent que cette minéralisation est trop riche en ces éléments pour représenter un cumulat de SSI qui aurait cristallisé à partir du même liquide initial qui a cristallisé le cumulat de SSM. Un deuxième liquide ou d’autres processus sont requis pour former la minéralisation riche en Cu. La SSM a exsolvé en pyrrhotite, pentlandite et des proportions mineures de chalcopyrite, et la SSI a exsolvé en cubanite et des proportions mineures de chalcopyrite, pentlandite et pyrrhotite à <650 °C. Les MGP, les MMP, et les arséniures, les tellurures et le Bi natif sont considérés d’avoir cristallisé à partir du liquide fractionné tardif à ~450 °C. Lorsque la temperature est tombée en dessous de 145 °C, la troilite a exsolvé à partir de la pyrrhotite, et lors des étapes finales, des étoiles de sphalérite, et des lamelles d’électrum et de Bi natif ont exsolvé. La pétrologie et les données géochimiques montrent que le liquide sulfuré qui a formé le corps de l’Ovoid a subit un fractionnement extensif, et a refroidit lentement, formant ainsi des minéraux à grains grossiers et des exsolutions. Cependant, les calculs de bilan de masse indiquent que lês SMC contiennent des concentrations en EGP similaires aux SMC des autres gisements. Ainsi, les processus d’exsolution ne semblent pas avoir séquestré plus d’EGP dans les exsolutions relativement aux autres gisements. Ce travail contribue à un nouvel outil pour l’exploration des gisements dominés par les EGP et des gisements de sulfures à Ni-Cu, avec un diagramme binaire (Rh versus Pd dans la pentlandite) en ajoutant à une base de données existante les valeurs de Voisey’s Bay. Basé sur les compositions de la pentlandite en Rh et Pd, ce diagramme est capable de faire la distinction entre les gisements dominés par les EGP et les gisements de sulfures à Ni-Cu. Voisey’s Bay se situe dans le domaine des gisements de sulfures à Ni-Cu.

La qualité d’un minerai de fer se mesure, entre autres, par sa pureté, donc par la très faible quantité de silice et de contaminants. Les minerais de fer les plus riches se raréfiant, il devient impératif d’exploiter de nouvelles zones minéralisées moins riches et présentant généralement de plus grandes teneurs en contaminants. Il devient donc important de mieux comprendre la nature, l’origine et la distribution des contaminants. Le gisement du Mont-Wright (Fermont, Québec) réputé pour son concentré de grande pureté, présente des zones davantage contaminées. Pouvoir exploiter ces zones ajouterait 249 millions de tonnes de minerais présentement considérés comme stérile. Cela représente environ 4 ans d’exploitation supplémentaire pour la mine (production d’environ 24 Mt de minerai/année). L’objectif du présent projet est d’établir la nature de la contamination, puis de prouver ou d’infirmer un lien entre le principal encaissant du minerai (amphibolite) avec cette contamination en titane, en aluminium et en phosphore. Plusieurs hypothèses ont été amenées, dont la contamination de la formation de fer par l’amphibolite par métamorphisme, métasomatisme, hydrothermalisme, diffusion etc. Les relations entre la minéralisation et les épontes (amphibolites) deviennent critiques. En premier lieu, la nature des contaminants a pu être établie grâce à la microscopie optique et à des cartes chimiques à la micro-XRF. Il en est ressorti une contamination en titane contenu dans des exsolutions ilménites/hématites et par des grains de rutile. Le phosphore est présent dans l’apatite et enfin, l’aluminium est retrouvé dans les argiles. En second lieu, la nature de l’amphibolite a pu être déterminée. Il existe en effet deux types d’amphibolite, soit le type I qui englobe la majorité des échantillons et le type II qui est composé de seulement quelques échantillons. Le type I contient du titane en quantité importante, ainsi que de l’aluminium et du phosphore. Le type II ne contient que très peu de titane et d’aluminium mais contient du graphite. Les deux types d’amphibolites ont une affinité avec les basaltes alcalins et leur différence s’explique par des altérations locales dues à la circulation de fluides hydrothermaux. En troisième lieu, il a été possible de corréler la contamination en titane de la formation de fer avec un type d’amphibolite. Les amphibolites de type II ayant des contacts plus altérés amènent une contamination plus importante que le type I. Cette contamination reste cependant à très petite échelle (quelques centimètres). Il s’agit principalement d’exsolutions ilménite-hématite ainsi que de grains de rutile. Il est possible de remarquer une corrélation positive entre la quantité d’apatite et la quantité d’ilménite. Enfin, la contamination en aluminium se retrouve surtout sous forme d’argile. Un gradient de contamination est mis en évidence grâce à la HHXRF et aux analyses des éléments traces des oxydes par LA-ICP-MS. La contamination s’explique par un lessivage du fer et de la silice créant un enrichissement relatif des contaminants mis en évidence par la perte de consolidation de plusieurs lithologies. Un calcul de bilan de masse démontre qu’avec un lessivage de 68 % d’un mélange 60-40 SiO2/Fe2O3 il est possible de générer les formations de fer contaminées à partir d’une formation de fer moyenne. Ce projet a démontré qu’une contamination des formations de fer est le résultat d’un lessivage du fer et de la silice liée aux amphibolites et est limitée principalement à la zone près des contacts avec les encaissants de la minéralisation.

Le but de ce projet, financé conjointement par NAP (North American Palladium Ltd.) et le LAMEQ (laboratoire de métallogénie expérimentale et quantitative), est de comprendre les processus à l’origine de la minéralisation aurifère du gisement Vezza. Pour ce faire, une combinaison d’études sur les carottes de forages (description et échantillonnage), dans les exploitations minières souterraines (cartographies des galeries et mesures structurales), sur le terrain (mesures structurales) et en laboratoires (microscopie, analyses de roches totales, analyses LA-ICP-MS sur les oxydes et sulfures et analyses des inclusions fluides) a été réalisée. Le gisement Vezza est situé à 27 km au sud-ouest de la ville de Matagami, en territoire Jamésien. Il est encaissé le long d’un contact entre des roches sédimentaires et des roches volcaniques du Groupe du Taïbi, dans la partie centrale de la ceinture d’Harricana-Turgeon et à l’intérieur de la zone de déformation de Douay. Les roches sédimentaires sont composées de grauwackes, d’argilites, de silstones et de formations de fer de type Algoma. Les roches sédimentaires détritiques sont localement granoclassées indiquant une polarité vers le nord. Les formations de fer se retrouvent sous la forme de lits d’oxydes de fer, de jaspes et de cherts. Les roches volcaniques sont de composition basaltique, d’affinité tholéiitique, avec une signature géochimique de type N-MORB. Des intrusions porphyriques à quartz et feldspath, de composition felsique à intermédiaire et d’affinité calco-alcaline, sont aussi retrouvées exclusivement dans la partie volcanique. Les roches encaissant le dépôt sont imprégnées d’une forte schistosité principale (Sp) pénétrante E-W à pendage fort vers le sud et d’une linéation d’étirement (Lé) subverticale compatibles avec l’épisode de raccourcissement D1. Les roches montrent aussi un clivage de crénulation (Sp+1) recoupant la schistosité principale, en relation avec du coulissage dextre le long de la faille Vezza et compatible avec l’événement de coulissage dextre D2. Les relations entre les minéraux d’altération et la schistosité observées en lames minces suggèrent que la minéralisation est synchrone à la déformation. L’anisotropie verticale de la linéation d’étirement est accentuée par son parallélisme avec la linéation d’intersection entre Sp et Sp+1. Les altérations qui caractérisent le dépôt et le système hydrothermal sont la carbonatation, la silicification, la séricitisation, la chloritisation, la fuchsitisation, l’épidotisation et la présence locale de tourmaline. Ces minéraux d’altération se retrouvent dans l’enveloppe minéralisée, où leur proportion atteint son apogée et celle-ci décroit progressivement en périphérie de la zone minéralisée formant ainsi un large halo. Une zonalité de la composition des carbonates, où les carbonates de fer sont proximaux à la minéralisation, est bien développée. La minéralisation aurifère représente une zone de forte carbonatation et silicification d’aspect invasif au sein d’un grauwacke localement interdigité avec des argilites et des reliquats de formations de fer, le long du contact avec les roches volcaniques. Le corps minéralisé s’étend latéralement sur plus de 450 m par 750 m de profondeur avec une épaisseur variant de 1 à 10 m. Des disséminations de pyrite, arsénopyrite et en moindre proportion de pyrrhotite définissent le minerai. Les vecteurs minéralisés (zones de plus forte teneur et de plus large épaisseur) sont formés en lien avec des zones de virgation compatibles avec un mouvement dextre (D2) lors de la minéralisation. L’or et l’argent sont les deux seuls métaux retrouvés en proportion économique et les analyses de la minéralisation révèlent un rapport Au/Ag de 4,4. Les bilans de masses réalisés sur les grauwackes indiquent un apport considérable en carbonates, couplé à un enrichissement en silice, fer, sodium, et une signature métallique en As-Mo-W-Cu. L’étude des oxydes et sulfures au LA-ICP-MS révèle une signature métallique en Ag-As-W-Mo-Cu-Pb-Sb-Bi associée à la minéralisation. La majeure partie de l’or est finement disséminée dans les pyrites-arsénopyrites et les proportions d’or libre sont minimales. Les bordures des grains de pyrites sont dépourvues d’or et du cortège métallique, ce qui souligne une évolution du système hydrothermal. Les analyses effectuées sur les inclusions fluides indiquent un fluide composé majoritairement de CO2, CH4, N2, C2H6 et H2 avec peu d’eau. Les inclusions fluides sont monophasées, ce qui suggère que l’ébullition (séparation de phases) n’est pas le mécanisme prépondérant pour précipiter l’or. Les diverses données acquises au cours de cette étude permettent de proposer un modèle de formation dans lequel le contact entre les roches sédimentaires et les roches volcaniques est une faille inverse dans le nez d’un pli régional synclinal déversé, expliquant ainsi la polarité inversée des sédiments et l’absence de dykes dans ces derniers. La déformation principale (D1) engendre l’étirement vertical à l’origine de la plomberie du système hydrothermal. Le coulissage dextre de la seconde déformation (D2) permet de former des dilatations le long de la structure chevauchante ce qui permet l’écoulement de fluides hydrothermaux pressurisés. Les formations de fer le long de la structure chevauchante déstabilisent les fluides hydrothermaux ce qui a induit la précipitation l’or au fur et à mesure que les oxydes sont transformés en sulfures. La zone aurifère, qui est essentiellement le résultat d’une imprégnation hydrothermale invasive, se forme donc en réponse à un coulissage dextre le long d’une structure inverse préexistante, offrant des possibilités de précipitation de l’or par remplacement des oxydes de fer. Ces particularités expliquent pourquoi la minéralisation à Vezza correspond à une zone de remplacement hydrothermale plutôt qu’à une simple veine de quartz aurifère classique.

La contamination en soufre (S) du magma est une étape clef pour la formation de gisements de Ni-Cu-EGP (Éléments du Groupe du Platine). L‘apport de S au magma depuis les roches sédimentaires encaissantes provoque la saturation en S du magma et l‘individualisation d‘un liquide sulfuré capable de collecter les éléments chalcophiles contenus dans le magma silicaté. Cependant, les modalités de cette contamination n‘ont pas été préalablement élucidées et seront abordées dans cette thèse de doctorat. L‘unité basale de l‘Intrusion de Partridge River (PRI) du Complexe de Duluth contient des gisements de Ni-Cu-EGP. Le soufre contenu dans ces derniers provient d‘une unité de shales noirs riches en sulfures nommée la Bedded Pyrrhotite Unit, unité stratigraphique des roches encaissantes de la Formation de Virginia. De nombreux xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit sont présents dans la zone basale du Complexe de Duluth. Les xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit montrent différents degrés de fusion partielle dans le magma mafique. Une étude pétrographique et texturale des xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit a permis de mettre en évidence la présence de gouttelettes de sulfures dans le produit de fusion partielle des xénolithes. Le calcul de modèles d‘assemblages de minéraux à l‘équilibre montre que les xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit enregistrent des températures dans le magma comprises entre ~800 et 1000°C; températures suffisantes pour la fusion des sulfures dans les xénolithes. Les gouttelettes de sulfures dans le produit de fusion partielle des xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit sont composées de pyrrhotite, chalcopyrite, cubanite et pentlandite. Les roches mafiques entourant les xénolithes, nommées norites, sont constituées d‘un mélange de produit de fusion partielle des xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit et de composants d‘origine magmatique. Dans ces norites des gouttelettes de sulfures composées de pyrrhotite, chalcopyrite, cubanite et pentlandite sont également observées dans des poches de produit de fusion partielle. Ces observations démontrent que les gouttelettes de sulfures sont libérées depuis les xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit dans le magma mafique via le produit de fusion partielle des xénolithes. Les xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit sont riches en S et en semi-métaux (Te, As, Bi, Sb et Sn). Une étude géochimique roche totale montre que les rapports δ34S ainsi que le contenu en semi-métaux des sulfures dans les roches mafiques diminuent progressivement avec la distance aux xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit. Nous proposons, basé sur ces observations, un modèle de contamination en S et en semi-métaux du magma mafique par les xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit. Les gouttelettes de liquide sulfuré dans le produit de fusion partielle des xénolithes de la Bedded Pyrrhotite Unit sont transférées depuis les xénolithes vers le magma mafique lors de la libération du produit de fusion partielle dans le magma. Les gouttelettes de liquide sulfuré ainsi transférées vont ensuite s‘équilibrer avec le magma et entrainer sa contamination en S et en semi-métaux. Enfin, une étude détaillée des phases sulfurées au LA-ICP-MS montre que les minéraux sulfurés ne contrôlent pas entièrement le budget en éléments chalcophiles. Les semi-métaux sont distribués dans les minéraux du groupe du platine (MGP) et certaines phases silicatées. Des composés riches en matière organique pourraient aussi jouer un rôle dans la concentration de ces éléments dans les shales noirs. Sulfur (S) contamination of magma is a key process for the formation of Ni-Cu-PGE (Platinum-Group Element) deposits. Sulfur addition into the magma from sedimentary country rocks may allow S saturation of the magma and the individualization of sulfide liquid capable of collecting Ni, Cu and the PGE from the magma. However, mechanisms for S transfer have not been previously established and will be addressed in this doctoral thesis. The basal unit of the Partridge River Intrusion (PRI) in the Duluth Complex contains Ni-Cu-PGE deposits. The source of S for these is thought to be a S-rich black shales unit, named Bedded Pyrrhotite Unit, stratigraphic unit within the Virginia Formation country rocks. Many xenoliths of the Bedded Pyrrhotite Unit are found in the basal unit of the Duluth Complex. Xenoliths show different degrees of partial melting in the mafic magma. Petrographic and textural study of xenoliths of the Bedded Pyrrhotite Unit has shown the presence of sulfide droplets in the anatectic melt of the xenoliths. Mineral equilibria calculations of xenoliths of the Bedded Pyrrhotite Unit shows that xenoliths record temperatures between ~ 800 and 1000°C in the magma; temperatures sufficiently high to allow melting of the sulfides within. The sulfide droplets within the xenolith anatectic melt consist of pyrrhotite, chalcopyrite, pentlandite and cubanite. The hybrid mafic rocks surrounding the xenoliths, named norites, are composed of anatectic melt mixed with components from the magma. Sulfide droplets that consist of pyrrhotite, chalcopyrite, pentlandite and cubanite occur in the anatectic melt in the norites. These observations show that sulfide droplets were entrained in the xenolith anatectic melt and transferred to the mafic magma. Xenoliths of Bedded Pyrrhotite Unit are rich in S and semimetals (Te, As, Bi, Sb and Sn). Semimetals are chalcophile elements and therefore contamination of mafic magma with black shale xenoliths may produce sulfide melts enriched in these elements compared to sulfide melts formed from mafic magmas. A whole rock geochemical study shows that δ34S and semimetals contents of sulfides in the mafic rocks decrease with distance from the xenoliths. Based on these observations, we proposed a model of S and semimetals contamination of the mafic magma by xenoliths of the Bedded Pyrrhotite Unit. Sulfide droplets were entrained in the xenolith anatectic melt and transferred to mafic magma. Then sulfide droplets will equilibrate with the magma and cause its S and semimetals contamination. A detailed study of sulfide phases by LA-ICP-MS shows that the entire chalcophile elements budget is not hosted by base metal sulfides. Semimetals must be hosted by platinum group minerals (PGM) and silicate phases, i.e. plagioclases and pyroxenes. Some other phases such as organic compounds may also host semimetals in the black shales.

Les chromitites sont présentes dans deux contextes géologiques: soit en contexte océanique (chromitites d’ophiolites) soit dans un contexte continental (chromitites d’intrusions litées). L’objectif de cette étude est d’étudier les chromitites d’intrusions litées. Dans ces intrusions litées, de fortes teneurs en ÉGP (Éléments du Groupe du Platine : Os, Ir, Ru, Rh, Pt et Pd) sont associées aux horizons de chromitites ce qui porte à croire que la chromite joue un rôle très important dans la concentration des ÉGP en général, et de l’Os, de l’Ir et du Ru en particulier (I-ÉGP = ÉGP du groupe de l’Ir). Ces I-ÉGP sont présents sous la forme de MGP (Minéraux du Groupe du Platine: principalement la laurite [Ru, Os] S2) généralement inclus dans les chromites. Différents modèles ont été proposés pour expliquer l’enrichissement en I-ÉGP des chromitites: 1) les laurites co-cristallisent avec les chromites; 2) les laurites sont formées par la désulfurisation des sulfures et la remobilisation du Pd et du Pt par les liquides tardi à post-magmatiques et; 3) les laurites sont formées par diffusion des I-ÉGP des chromites vers les sulfures de métaux communs transformant ces derniers en laurites. Afin d’étudier l’enrichissement en I-ÉGP des chromitites du Complexe de Stillwater, les sulfures interstitiels de 5 échantillons ont été caractérisés au MEB dans le but de vérifier la présence d’ÉGP dans la composition des sulfures de métaux communs ou bien sous forme de MGP associés à ces sulfures. Ces observations ont permis de mettre en évidence la présence de MGP composés principalement de Pd, Pt et Rh, en inclusion dans les sulfures. Les phases enrichies en I-ÉGP sont, quant à elles, principalement présentes en inclusion dans les chromites et, dans de rares cas, en inclusions dans les sulfures interstitiels aux chromites. Les assemblages de sulfures interstitiels observés sont principalement composés de pentlandites (Pn) suivis en abondance par les heazlewoodites (Hz), puis par les millérites (Mill) et plus rarement par les chalcopyrites (Ccp). La présence d’exsolutions de Hz et de Mill ou de Ccp dans les Pn met en évidence l’altération subie par ces sulfures. De plus, l’étude des compositions chimiques des sulfures montre la perte de Fe et de S. Nous proposons que les ÉGP se sont enrichis dans les sulfures de métaux communs pendant la phase magmatique de la formation du Complexe de Stillwater tandis que les processus post-magmatiques, tels que le métamorphisme au faciès des schistes verts subi par le complexe, ont provoqué la désulfurisation des sulfures et la concentration des ÉGP sous la forme de MGP. La présence d’I-ÉGP contenus dans les MGP en inclusions dans les chromites des chromitites des larges intrusions litées nous permettra d’utiliser le système isotopique Re-Os. En effet, la particularité de ce couple réside dans le comportement compatible de l’Os et incompatible du Re. Le rapport élémentaire Re/Os subira donc un fort fractionnement lors de la formation des magmas, d’où la production de rapports isotopiques radiogéniques par rapport au manteau selon la loi de désintégration radioactive. Ainsi le système isotopique Re-Os est un outil puissant pour le traçage de matériaux crustaux. Un total de 150 laurites provenant de 30 échantillons ont été analysées pour les compositions isotopiques d’Os. Les ɣOs obtenus sont variables allant de sub-chondritique à supra-chondritique, et sont étonnamment variables à l’échelle de la lame mince (ɣOs = -2 à 7). Cette observation implique que malgré leur forme automorphe, les laurites ne sont plus à l’équilibre entre elles, ce qui soulève la question de la représentativité des ɣOs obtenus à partir des concentrés de chromites ou à partir des analyses sur roches totales. Les variations enregistrées lors des analyses in situ suggèrent le mélange de deux composants. Le premier est chondritique à sub-chondritique et implique une source dérivée du manteau. Le second est supra-chondritique et implique une composante crustale. Afin d’expliquer les variations observées, nous proposons que les laurites sont les produits de la transformation des sulfures de métaux communs suite à la diffusion des IÉGP, initialement dans les chromites, vers les sulfures. Ainsi, les ɣOs sub-chondritiques reflètent une signature dérivée des chromites tandis que les ɣOs supra-chondritiques représentent la signature des sulfures.