Le craton Archéen canadien, en partie situé au Québec, possède plusieurs occurrences de roches mantelliques reliées aux kimberlites, dont les intrusions Le Tac et Lac Shortt situées dans la région de Chibougamau. Les phases minérales dominantes sont l’olivine, la phlogopite et la serpentine. Les minéraux matriciels sont la serpentine, l’apatite, la pérovskite, le diopside et la calcite. Deux générations d’olivine sont observées dans les deux intrusions. La phlogopite possède une composition variable suggérant une interaction chimique avec un magma de type kimberlitique. La composition des intrusions Le Tac et Lac Shortt est similaire aux kimberlites de faciès hypabyssal des Groupes I et II. Les diagrammes des profils des multi-éléments corrèlent avec ceux des kimberlites avec des anomalies négatives en Rb, Sr et K et positives en Nd et La. Le potentiel diamantifère des deux intrusions étudiées est faible, mais cette région peut tout de même être intéressante pour l’exploration diamantifère.

Les gîtes du Dôme de Lemieux et de Sainte-Marguerite sont deux exemples de minéralisation épithermale et orogénique mise en place dans les roches sédimentaires et volcaniques siluro-dévoniennes de Gaspésie. Durant le siluro-dévonien, la Ceinture de Gaspé est interprétée comme un environnement d’arrière-arc, passant ensuite en régime de transpression lors de la déformation acadienne. Les indices du Dôme de Lemieux montrent des caractéristiques minéralogiques typiques des gisements épithermaux neutres à intermédiaires. Les veines minéralisées sont encaissées dans les roches sédimentaires siluro-dévoniennes mais leur mise en place est liée à la présence de volcanites bimodales dévoniennes. La minéralisation est probablement contemporaine du volcanisme et donc d’âge Dévonien inférieur à moyen, antérieur à la déformation acadienne. Le gîte de Sainte-Marguerite, associé à la faille acadienne de Sainte-Florence, est encaissé dans les roches volcaniques bimodales de Sainte-Marguerite. La minéralisation est représentée par cinq stades de minéralisation : (1) un stade à calcite-chlorite; (2) un stade à quartz-pyrite; (3) un stade à quartz-sphalérite-galène-chalcopyrite ± arsénopyrite-adulaire reprenant le stade 2; (4) un stade à quartz-arsénopyrite ± pyrite-sphalérite; et (5) un stade à quartz-carbonate. Le stade 2 à quartz-pyrite présente des sulfures recristallisés, indiquant que ce stade est précoce et a été affecté par le métamorphisme acadien. La pyrite et le quartz de stade 2 sont ensuite cataclasés puis cimentés par la sphalérite, la galène et la chalcopyrite de stade 3. L’attitude des veines de stade 3 et 4 est en accord avec la déformation régionale acadienne du Dévonien moyen à tardif (398 à 359 Ma) et suggère une affinité orogénique épizonale des stades 3 et 4, en accord avec les données isotopiques et les inclusions fluides. Les isotopes de l’oxygène et du carbone ainsi que la microthermométrie indiquent que les deux gîtes ont été formés à partir de saumures de bassins à des températures comprises entre 150° et 200°C et que de l’eau météorique a participé à la formation des veines du Dôme de Lemieux. Les isotopes du soufre et la composition isotopique du plomb suggèrent que le soufre et les métaux sont issus du lessivage des roches sédimentaires et volcaniques environnantes. La présence de ces gîtes dans la ceinture siluro-dévonienne de Gaspé démontre un potentiel minéral épithermal pré-orogenèse acadienne et orogénique épizonal syn-orogenèse acadienne dans les roches siluro-dévoniennes des Appalaches. / The Lemieux Dome and Sainte-Marguerite deposits are examples of epithermal and orogenic mineralization in Silurian-Devonian sedimentary and volcanic rocks of the Gaspé Peninsula. During the Silurian-Devonian, the Gaspé Belt is interpreted as a back-arc setting that eventually transformed into a transpressive setting during the Acadian orogeny. Lemieux Dome veins display mineralogical features typical of low- to intermediate-sulfidation epithermal deposits. Mineralized veins hosted by Silurian-Devonian sedimentary rocks are related to the emplacement of bimodal Devonian volcanic rocks. Mineralisation is probably coeval with volcanic rocks eruption (lower to middle Devonian), before the Acadian orogeny. The Sainte-Marguerite deposit, associated to the Acadian Sainte-Florence fault, is hosted by the Sainte-Marguerite bimodal volcanic rocks. Mineralization forms in 5 stages: (1) a calcite-chlorite stage; (2) a quartz-pyrite stage; (3) a quartz-sphalerite-galena-chalcopyrite ± arsenopyrite-adularia stage; (4) a quartz-arsenopyrite-pyrite-sphalerite stage and; (5) a quartz-carbonate stage. Stage 2 pyrite and quartz are recrystallized, indicating that sulfides formed early and were affected by Acadian metamorphism. Stage 2 pyrite and quartz were then cataclased and cemented by Stage 3 sphalerite, galena and chalcopyrite. Structural attitude of both Stage 3 and 4 veins is consistent with regional Acadian deformation during the middle to late Devonian (398 to 359 Ma), and suggests an epizonal orogenic affinity for Stage 3 and 4 mineralization, compatible with isotope and fluid inclusion data. δ18O, δ13C and microthermometric data in both deposits indicate that they were formed by infiltration of basinal brines at temperatures between 150 and 200°C. Lemieux Dome veins formed by mixing of the basinal brine with meteoric water. δ34S values and the lead isotope composition suggest that sulfur and metals were leached from surrounding sedimentary and volcanic rocks. Formation of both deposits in the Silurian-Devonian Gaspé Belt shows a mineral potential for pre-Acadian epithermal deposits, and for syn-Acadian epizonal orogenic deposits in other Silurian-Devonian rocks of the Appalachians.

Un glissement de terrain actif menace l’intégrité de l’unique chemin de fer qui relie la ville de Gaspé au reste du Québec. Il est impératif de comprendre les mécanismes qui contrôlent cette instabilité afin d’augmenter la sécurité de ce tronçon de la voie ferrée. Un système d’instrumentation du massif fût mis en place en 2009 pour caractériser le glissement, décrire son comportement cinétique, proposer des scénarios de rupture et évaluer le risque. Cette thèse de doctorat rassemble trois articles portant sur ces aspects. Ce document se veut aussi un moyen de partager les connaissances acquises sur l’instrumentation d’un massif rocheux, ainsi que la contribution de ces instruments à un système de prédiction d'un événement potentiellement dangereux. Le glissement de Gascons est une rupture dièdre asymétrique de 410 000 m³. Il glisse sur le litage de la formation sédimentaire de l’Anse-à-Pierre-Loiselle, une unité de transition composée majoritairement de calcilutite à nodules. Le glissement est divisé en blocs par l’étude des linéaments et des fractures. De plus, des surfaces de rupture intermédiaires sont reconnues. Le suivi in-situ couplé au suivi satellitaire mesure des déplacements variant de 6 à 111 mm/an selon les secteurs. L’interaction entre le glissement et les facteurs environnementaux, comme la présence d’eau, est complexe, mais bien présente. La nappe phréatique se situe généralement tout juste sous la surface de rupture dans la majorité du glissement, mais les précipitations et la fonte des neiges augmentent les pressions d’eau et le niveau équivalent de l’eau sous-terraine augmente au-dessus de la surface de rupture dans le secteur amont du glissement. Une analyse quantitative du risque est effectuée en adaptant la méthodologie proposée par Fell et al. (2005). Des scénarios de ruptures sont déterminés et l’effet domino d’une rupture partielle est étudiée avec un arbre d’évènements qui permet d’associer des probabilités relatives. La probabilité spatio-temporelle minimale sans prédiction est définie afin de caractériser le risque associé à un glissement actif sans prédire la rupture. Enfin, cette recherche contribue à améliorer la compréhension théorique des mécanismes associés au domaine de la post-rupture, par exemple le rôle de l’eau dans la progression d’une instabilité active. / An active rockslide threatens the integrity of the single railway connecting the town of Gaspé to the rest of Quebec. A better understanding of the mechanisms controlling this instability is needed to increase the safety of this section of the track. An instrumentation system was set up in 2009 to characterize the rockslide, describe its kinematic behaviour, propose failure scenarios and assess the risk. This thesis presents three papers covering these aspects. This document is also meant to share knowledge on the instrumentation of a very slow rockslide, and the contribution of these instruments to an early warning system of a potentially dangerous event. The Gascons slide is a 410 000 m³ asymmetrical wedge failure. It slides on the bedding of the sedimentary Formation of Anse-à-Pierre Loiselle, which is a transition unit mostly made up of nodulous calcilutite. The slide is divided into blocks by the study of lineaments and fractures and intermediate sliding surfaces are identified. In-situ monitoring, coupled with satellite monitoring, shows displacements varying from 6 to 111 mm/yr across different sectors. The slide is sensitive to environmental forces, such as groundwater level variations, but the interactions are complex. The water table is generally right below the sliding surface, but rainfall and snowmelt increase groundwater pressure, and the equivalent water level is then above the sliding surface in the uphill part of the slide. A quantitative risk analysis is carried out by adapting a methodology proposed by Fell et al. (2005). Failure scenarios are determined and the domino effect of a partial collapse event is evaluated by constructing an event tree, which enables the determination of relative probabilities. The concept of minimum temporal spatial probability without forecasting is defined to characterize the minimal risk associated with an active slide without predicting the rupture. Finally, this work contributes to improving the theoretical understanding of the mechanisms associated with the post-failure stage, for example the role of water in the progression of an active instability.

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Inscrite au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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Les bassins atlasiques exposent des dépôts mésozoïques et constituent le meilleur exemple de régime tectonique extensif/compressif sur la côte ouest africaine. Même si de nombreux travaux portent sur leur évolution tectonique et sédimentaire, les études portant spécifiquement sur les processus diagénétiques à l’œuvre au sein de ces bassins restent peu nombreuses. L’objectif de cette thèse est l’analyse détaillée des processus diagénétiques et de la variation de la composition des fluides en circulation pendant les différents stades de l’évolution des bassins atlasiques de rift inversés. Il s’agit d’une étude sédimentologique, diagénétique et géochimique de trois localités choisies au sein des bassins atlasiques (Moyen et Haut Atlas) afin de représenter trois secteurs géodynamiques bien distincts, à savoir le dépôt centre (localité Aït Moussa), une zone de faille majeure (localité Tunnel de la Légion) et la plate-forme carbonatée (localité Aït Athmane). L’établissement de la chronologie relative des différentes générations de fractures sur la base des entrecoupements permet d’identifier les générations de fractures associées à chacun des stades diagénétiques (éodiagénèse, mésodiagénèse et télodiagénèse). L’analyse pétrographique et géochimique des ciments en remplissage de ces fractures permet de discuter leur origine et d’établir un modèle paragénétique pour chacune des localités étudiées, depuis l’ouverture des bassins de rift jusqu'à la formation des chaînes atlasiques marocaines. Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de l’éodiagenèse est le plus complexe, tandis que pour les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion, c’est le stade de la mésodiagénèse qui est considéré comme le plus important en termes de nombre de générations de fractures ouvertes et de type de fluides associés. Le contexte structural a aussi une influence importante sur les stades diagénétiques et sur l’histoire thermique des dépôts sédimentaires. Dans la localité d’Aït Moussa, le modèle de l’évolution de la maturité thermique réalisé en utilisant les valeurs de la réflectance de la vitrinite a révélé que la profondeur maximale est de 3.7 km et qu’elle a été atteinte à la fin du Crétacé/début Paléogène avec une température diagénétique maximale d’environ 120ºC. Dans la localité du Tunnel de la Légion, les valeurs de Tmax (470ºC et 500ºC) obtenues indiquent que les dépôts sédimentaires ont atteint des températures diagénétiques dépassant la fenêtre à huile. Les bassins atlasiques renferment un système pétrolier de type rift et plate-forme et combinent un fort potentiel de roches mères – réservoirs. Le système pétrolier du domaine atlasique est assez bien documenté mais certains aspects tels que le stade de la génération et la migration des hydrocarbures sont mal connus. Dans cette étude, les données pétrographiques et les analyses géochimiques associées ont permis de déterminer la chronologie relative de la phase de génération des hydrocarbures ainsi que les conduits utilisés pendant le stade de la migration. Dans la localité d’Aït Moussa, le stade de la génération des hydrocarbures est enregistré sous forme d’inclusions fluorescentes dans les cristaux de dolomie (dolomie-2 et -3). Ce stade débute au Jurassique supérieur – Crétacé inférieur (ca. 150 Ma) et les hydrocarbures restent sous pression jusqu’à l’ouverture des fractures associées au début de la télodiagénèse (Éocène supérieur). Dans la localité du Tunnel de la Légion, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l’ouverture des fractures conjuguées (Crétacé supérieur – Paléocène inférieur) et continu jusqu’au début de la phase de la compression tectonique (Éocène supérieur). Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l'ouverture de la deuxième génération de fractures et se poursuit après le début de la phase de la compression tectonique. Les chromatogrammes (CG et CG-SM) obtenus des échantillons prélevés des localités étudiées montre une distribution similaire des n-alcanes avec un maximum à n-C17 et n-C19. Les analyses des biomarqueurs révélent que la matière organique présente dans les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion est d’origine marine (kérogène type II et I), et les faibles différences sont liées à la maturation thermique et à la migration. Une stratégie d'exploration devrait prendre en considération le stade du début de la génération des hydrocarbures et les fractures associées par rapport à la formation des roches réservoirs. / The Atlas basins of Morocco expose the history of two closely related Jurassic intracontinental rift basins corresponding to the Middle and the High Atlas. These sedimentary basins represent one of the best examples of extensive/compressive tectonic regime on the west coast of Africa and although they have a quite similar sedimentary history they have undergone different thermal evolution. This work is to explore the effect of these differences in terms of diagenesis and fluid flow. Several tectonic and sedimentary studies on the Atlas basins exist though very few of them focuse on the characterization of diagenetic processes. This study is based on an integrated petrographic and geochemical approach to further our basic understanding on petrogenesis and diagenetic fluid compositions. It focuses on diagenetic processes and fluid compositions related to different diagenetic stages in three locations representing: 1) the depocentre (loc. Aït Moussa); 2) a major fault zone (loc. Tunnel de la Légion); and 3) the carbonate platform (loc. Aït Athmane). Diagenetic stages are divided into three stages (eodiagenesis, mesodiagenesis and telodiagenesis) using stratiform and tectonic stylolites as markers. Relative chronology of fracture generations and stylolites based on cross-cutting relationships enables to assign fracture generations to each diagenetic stages. Detailed paragenetic and geochemical analysis on fracture and pore-filling cements help to establish the paragenetic sequences and to illustrate the relationship between different diagenetic mineral phases in a time/space-resolved petrogenetogram. Geochemical analyses have been done in ordre to investigate the nature and the origin of diagenetic fluids circulating in the study areas from the rifting period until the formation of the Atlas Mountains. Various diagenetic processes including cementation, dissolution, compaction, recrystallization, replacement, dolomitisation, and dedolomitisation are observed at the different locations. At Aït Athmane, eodiagenetic stage is essentially controlled by sea level fluctuations while telodiagenetic stage was tectonically controlled by the circulation of ascending fluids through major faults enriched in lead and hydrocarbon. The thermal maturity model based on vitrinite reflectance (Ro 0.85 and 1.34 %) analysis on samples from Aït Moussa indicates a maximum burial depth around 3.7 km, reached during Upper Cretaceous to Early Paleogene, with a maximum diagenetic temperature of approximatly 120ºC. Tmax values calculated from argillaceous limestones at Tunnel de la Légion range from 470ºC to 500ºC indicating overmature sedimentary successions in the area. Both Atlas rift basins contain a rift-type and a platform-type petroleum system, a situation that also applies to the numerous Atlantic-type, margin-related rift basins that formed during Triassic – Jurassic rifting along western Africa. The petroleum system of the Atlas basins is fairly well documented, but certain aspects as hydrocarbon generation and migration stages are poorly understood. At the locality of Aït Moussa, hydrocarbon generation stage is recorded as fluorescent inclusions in dolomite crystals (dolomite-2 and -3) and starts in the Late Jurassic - Early Cretaceous (approx. 150 Ma). Hydrocarbon fluids remained normally pressured until the opening of late diagenetic fractures during Late Eocene tectonic compression. At the locality of Tunnel de la Légion, hydrocarbon generation stage begins with the opening of conjugate fractures during Late Cretaceous – Early Paleocene and continue until the begining of tectonic compression (Late Eocene). At the locality of Aït Athmane, hydrocarbon generation stage is synchronous to the opening of the second generation of fractures and continues after the begining of tectonic compression. The GC and GC-MS chromatograms of samples taken from the three location shows a very similar n-alkanes pattern with a maximum at n-C17 and n-C19. Biomarker analyses revealed that the origin of the organic matter in the localities of Aït Moussa and Tunnel de la Légion is marine (kerogene type II and I) and the small differences are related to thermal maturation and to migration. An exploration strategy should consider the begining of hydrocarbon migration stages and associated fractures relative to the rock reservoir formation.

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Le gîte à Pb–Zn–Ag de Nicholas-Denys, dans le camp minier de Bathurst (Nouveau-Brunswick), est constitué de plusieurs lentilles à pyrrhotite–sphalérite–galène, encaissées par le mudstone de la Formation de Millstream du Groupe de Fournier, déposé dans un bassin d’arrière-arc ordovicien. Les lentilles de sulfures sont concordantes avec la foliation régional S1, et sont boudinées parallèlement à la faille de Rocky-Brook Millstream, indiquant que les sulfures prédatent la déformation décrochante dévonienne. Le soufre provient de la réduction bactérienne de l’eau de mer ordovicienne dans un système ouvert aux sulphates, dans une colonne d’eau dysoxique à anoxique, avec mélange de soufre magmatique lessivé des roches mafiques sous-jacentes. Le plomb a été lessivé des sédiments du mudstone de la Formation de Millstream du bassin d’arrière-arc ainsi que des gabbros sous-jacents. Le fluide minéralisateur était réduit et acide, favorable à une minéralisation riche en pyrrhotite. Le gîte Nicholas-Denys se compare bien aux gîtes de type SEDEX. / The Nicholas-Denys Pb¬¬¬–Zn–Ag deposit, located in the Bathurst Mining Camp (New Brunswick), consists of several pyrrhotite–sphalerite–galena sulphide lenses hosted by black mudstone of the Millstream Formation of the Fournier Group, deposited in an Ordovician backarc basin. The Nicholas-Denys sulphide lenses are conformable to the bedding-parallel S1 regional foliation, and are sheared parallel to the Rocky Brook-Millstream shear zone, indicating a pre-Devonian deformation timing for mineralization. Reduced sulphur for Nicholas-Denys sulphides comes from bacterial reduction of Ordovician seawater sulphates in a system open to sulphates under dysoxic to anoxic bottomwater conditions, with addition of magmatic sulphur from underlying mafic volcanic rocks. Lead was leached from the backarc basin sediments of the Millstream Formation mudstone and from underlying synvolcanic gabbros. The mineralizing fluid for Nicholas-Denys sulphides was reduced and acidic, favourable for precipitation of a pyrrhotite-rich mineralization. Characteristics of the Nicholas-Denys deposit are compatible with a SEDEX-type classification.