Quatre intrusions, deux cheminées (NDN1 et BT44) situées au Témiscamingue et deux dykes (Torngat 1 et Torngat 2) provenant des Monts Torngat, ont été caractérisées par des études minéralogiques et géochimiques. Le potentiel diamantifère des corps a été évalué par la méthode des minéraux indicateurs. NDN1 est une brèche kimberlitique hétérolitique hypabyssale à spinelle et apatite. BT 44 est une brèche kimberlitique hétérolitique tuffissitique à pérovskite et apatite. Le dyke, Torngat 1 est un lamprophyre ultramafique (melnoïte) hypabyssal riche en phlogopite montrant des similitudes pétrographiques avec les orangéïtes. Torngat 2 est une aillikite, lamprophyre ultramafique hypabyssal à matrice carbonatée. Le potentiel diamantifère des intrusions est faible à nul. Les roches présentent des profils de terres rares et éléments traces typiques des roches ultramafiques alcalines telles que les kimberlites, les orangéïtes ou les lamprophyres ultramafiques, caractérisés par un fort enrichissement en terres rares légères (La : 76-308 ppm) et un fort fractionnement (La/Ybn > 100).

Le drainage minier acide constitue un problème d'une importance majeure pour l'industrie minière. Au Canada, les exploitations minières sont maintenant tenues depuis quelques temps de restaurer et de réhabiliter les aires d'accumulation de résidus miniers et de stériles après cessation des activités. Actuellement, il existe très peu de solutions éprouvées en vue de prévenir et / ou de contrôler le drainage minier acide dans une halde à stériles. Cependant, il existe quelques méthodes prometteuses d’empilement des stériles avec des matériaux fins telles que la co-disposition, l’entremêlement par couches et l’encapsulation (couvertures supérieure et inférieure). Ces méthodes sont basées sur l’utilisation de matériaux fins disposés en couche jouant le rôle de barrières capillaires qui doivent demeurer saturées même en période de sécheresse, de manière à diminuer la diffusion de l'oxygène et ralentir le mouvement de convection thermique de l'air. Ces couches peuvent être constituées de résidus miniers, disponibles en grande quantité sur place. Ces résidus eux-mêmes générateurs d'acidité, pourraient être neutralisés par des résidus industriels fins et basiques tels que les poussières de four de cimenterie et des boues rouges d'aluminerie. Cette problématique générale a fait l’objet de nos travaux. Afin de vérifier l'efficacité de la technique de mélange proposée, des essais en conditions statiques (batch) et en conditions dynamiques (colonnes) ont été poursuivis en laboratoire. Les résultats obtenus en batch avec des résidus se voulant représentatifs ont mis en évidence le pourcentage minimum (10% en poids) requis en ajout alcalin pour obtenir une neutralisation efficace. Ils ont aussi permis de documenter les interactions chimiques entre les différents matériaux. Les essais en colonnes ont permis d’observer le comportement hydrogéochimique engendré par les différentes dispositions de matériaux fins et de stériles. Ainsi, une couche de matériaux fins disposée sous des stériles offrira une meilleure neutralisation à court terme, tandis qu’une couche disposée au-dessus offrira une meilleure neutralisation à long terme. La co-disposition des matériaux ne permet quant à elle qu’une neutralisation limitée dans le temps. Enfin, une extraction séquentielle a permis de s’assurer de la bonne fixation des métaux. / Acid mine drainage (AMD) is the most serious environmental problem facing the mining industry. AMD is formed when sulfide minerals in waste rock or tailings are oxidized in the presence of water and oxygen to form highly acidic, sulfate and metals-rich drainage. Some methods exist to reduce the formation of AMD in a waste rock pile: layered co-mingling, cover, liner and co-disposal of waste rock with fine materials to limit oxygen fluxes. These methods are based on the use of mine tailings. The aims are to limit the transfer of oxygen and water in a waste rock pile during its construction and reduce thermal gas convection. However, mine tailings can themselves generate AMD and need to be neutralized by the addition of alkaline material. The purpose of this study is to evaluate the capacity of alkaline industrial wastes to neutralize tailings. Alkaline industrial wastes which were selected are cement kiln dust (CKD) and red mud bauxite (RMB). These alkaline materials are used to keep neutral conditions even if water saturation is disrupted. A series of batch leaching tests and column leaching tests were conducted in order to investigate the long-term neutralization potential of alkaline materials and the quality of the drainage water. The batch leaching tests have indicated the minimum percentage (10%) of alkaline material required to keep neutral pH conditions, and to discern whether mineral solubility controls exist for particular elements. Column leaching tests have shown the hydrogeochemical behaviour of different dispositions of materials. When the fine-grained layer overlays reactive waste rock, a delay was observed before obtaining near neutral pH. In the cases where the fine-grained layer is below or mixed with the waste rock, the near neutral pH values are directly reached. The co-disposition offers short-term neutralisation only. Finally, a sequential extraction method was used to determine the degree of fixation of metals.

Le bassin du Belt-Purcell est connu pour le gîte de type SEDEX de Sullivan et ses veines à Ag-Pb-Zn. Les veines du bassin de Purcell sont classées en trois types : 1) riches en Pb-Zn composées de sphalérite, galène, pyrrhotite, freibergite et pyrite; 2) riches en Pb-Ag-Cu-Au et composées de galène, pyrite, freibergite et d’or et; 3) veines et remplacements riches en Ag-Pb-Zn et composées de sphalérite, galène, pyrite et freibergite. La datation Ar/Ar de séricite hydrothermale du gîte de Type 3 Ptarmigan donne un âge de 133,1 ±0,7 Ma. Le soufre des veines de Type 1 et 2 encaissées par les roches du Purcell inférieur provient du lessivage de la pyrite bactériogénique disséminée. Le soufre des veines et remplacements de Types 2 et 3 encaissées par les roches du Purcell supérieur est issu de la dissolution de nodules de sulphates contenus dans les carbonates suivi par une réduction thermochimique. Les veines ont été formées par des fluides hydrothermaux métamorphiques générés durant deux périodes : 1) veines de Type 1 au cours du Protérozoïque contenant du plomb non-radiogénique et; 2) veines et replacements de Types 2 et 3 au cours du Mésozoïque (Crétacé ou Tertiaire) contenant du plomb radiogénique. / The Belt-Purcell Basin hosts the world class Sullivan SEDEX deposit in British Columbia. The veins in the Purcell basin are classified in 3 different types: 1) Pb-Zn veins are composed of sphalerite, pyrrhotite, galena, freibergite and pyrite; 2) Pb-Ag-Au-Cu veins characterized by galena, pyrite, freibergite and gold whereas 3) Ag-Pb-Zn vein and replacement deposits are composed of sphalerite, galena, pyrite and freibergite. Hydrothermal sericite from the Type 3 Ptarmigan deposit yields an age of 133.1±0.7 Ma. Sulphur in Types 1 and 2 veins hosted in Lower Purcell sedimentary rocks results from leaching of bacteriogenic pyrite from clastic sedimentary rocks of the Aldridge Formation. Types 2 and 3 vein and replacement deposits hosted in the Upper Purcell rocks have sulphur that results from dissolution contained in the carbonate rocks of the Purcell Basin followed by thermochemical reduction. Types 1, 2 and 3 vein and replacement deposits are formed by metamorphic fluids generated at different times. Type 1 veins were formed by Proterozoic fluids whereas Types 2 and 3 vein and replacement deposits were formed during the Mesozoic. Type 1 Pb-Zn veins have a non-radiogenic Proterozoic lead. Type 2 and 3 vein and replacement deposits have a radiogenic Mesozoic lead signature.

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Le Domaine de Portneuf-Mauricie, situé dans la partie centre-sud de la Province de Grenville, est principalement composé des roches métasédimentaires et métavolcaniques du groupe de Montauban (1,45 Ga), recoupées par les plutons du complexe de La Bostonnais (1,40–1,37 Ga). Cet assemblage aurait été formé dans un environnement d’arc magmatique. La sequence a été injectée par des intrusions mafiques et ultramafiques, qui recèlent des indices de Ni-Cu ± éléments du groupe du platine (EGP), ainsi qu’une ancienne mine. Les intrusions minéralisées ont été mises en place dans un contexte d’arc insulaire mature, entre 1,40 et 1,39 Ga, au niveau du front volcanique de l’arc. L’intrusion du Lac à la Vase fait cependant exception, puisqu’elle a été formée dans un bassin d’arrière-arc. Les travaux de géochronologie et l’environnement géodynamique associé à leur formation ont indiqué que ces intrusions appartiennent au complexe de La Bostonnais. L’évolution lithotectonique du Domaine de Portneuf-Mauricie a débuté à 1,45 Ga avec la formation de l’arc insulaire de Montauban, associé à une zone de subduction intra-océanique plongeant vers le NO, au large du continent Laurentia. À la même époque, la marge continentale était également le site d’une subduction de type Andéenne plongeant vers le NO. Entre 1,45 et 1,40 Ga, la présence de cette zone de subduction a entraîné la formation d’un bassin d’arrière-arc en arrière de l’arc de Montauban. À 1,40 Ga, les plutons du complexe de La Bostonnais, certains contenant des sulfures magmatiques, ont été injectés dans l’arc de Montauban. L’intrusion des plutons minéralisés a cessé à 1,39 Ga, alors que l’arc entrait en collision avec le continent. Finalement, l’injection de tous les plutons du complexe de La Bostonnais s’est achevée à 1,37 Ga. La mise en place des intrusions hôtes d’indices de Ni-Cu±EGP est reliée à l’existence d’un réseau magmatique bien développé sous l’arc océanique. La formation de ces intrusions minéralisées a débuté avec l’injection de magmas primitifs, tholéiitiques, hydratés et sous-saturés en sulfures dans des chambres magmatiques inférieures. Ces magmas provenaient principalement de la fusion partielle d’une source mantellique métasomatisée, composée de lherzolite à spinelle (comme en témoignent les signatures d’éléments traces des roches intrusives). Durant leur remontée dans les conduits, les magmas ont subi de la cristallisation fractionnée et sont devenus saturés en sulfures à la suite d’interaction avec les roches encaissantes (assimilation de materiel felsique et de soufre crustal par les magmas) contenant, localement, du soufre. Deux principaux épisodes de saturation et de ségrégation des sulfures ont eu lieu. Le premier pourrait s’être produit dans des conduits en profondeur. Cette perte précoce d’une petite quantité de sulfures (moins de 0,1 % poids comme suggérées par les modélisations des contenus en Cu et en Pd) aurait causé l’appauvrissement des magmas en métaux de base, et surtout, en métaux précieux. Le deuxième épisode de séparation des sulfures a probablement eu lieu dans les chambres magmatiques inférieures. La formation de liquide sulfuré dans ces chambres a été suivie par des interactions entre magmas et sulfures (évidences de terrain d’injections magmatiques multiples et facteurs R compris entre 100 et 100 000) qui aurait causé l’enrichissement des sulfures en Ni, Cu et EGP. Plus tard, des injections de magmas primitifs seraient entrées dans les chambres inférieures, et auraient partiellement remobilisé et transporté le liquide sulfuré dans des chambres magmatiques supérieures, afin de former les intrusions minéralisées du Domaine de Portneuf-Mauricie. Les magmas parents de ces intrusions, dérivés des injections tardives, sont séparés en deux familles. D’après les modélisations pétrologiques et les ratios Mg/Fe, la majorité des intrusions pourrait être formée à partir d’un magma dérivé (magma légèrement évolué, avec un nombre de magnésium (Mg#) de 60) résultant du fractionnement d’un magma parent plus primitif (magma primaire, avec Mg# = 68). Tous ces magmas parents ont subi de la cristallisation fractionnée accompagnée, à des degrés variables, de contamination crustale. Ceci explique la grande gamme de composition observée dans les intrusions mafiques et ultramafiques. Ces travaux de doctorat fournissent de nouvelles contraintes aux modèles d’évolution régionale proposés pour la marge orientale du continent Laurentia, durant le Mésoprotérozoïque. En outre, les modèles pétrologique et métallogénique présentés dans cette étude contribuent à une meilleure compréhension des processus magmatiques et métallogéniques associés à la formation de plutons contenant des indices de Ni-Cu-EGP dans les environnements d’arc magmatique, environnements inhabituels pour ce type d’indice. / The Portneuf-Mauricie Domain, located in the south-central part of the Grenville Province, is composed mainly of metasedimentary and metavolcanic rocks of the Montauban group (1.45 Ga), which are crosscut by La Bostonnais complex plutons (1.40–1.37 Ga). This assemblage was formed in a magmatic arc setting. The sequence was intruded by mafic and ultramafic intrusions hosting Ni-Cu±platinum-group element (PGE) prospects and one former mine. The mineralized intrusions were emplaced into a mature island arc between 1.40 and 1.39 Ga, at the volcanic front of the arc. An exception is the Lac à la Vase intrusion, which was formed in a back arc setting. Geochronological results and the geodynamic setting related to their formation indicate that these intrusions belong to the La Bostonnais complex. The lithotectonic evolution of the Portneuf-Mauricie Domain began at 1.45 Ga with the formation of the Montauban island arc, which was associated with a northwest-dipping intraoceanic subduction zone offshore from the Laurentian continent. At the same time, the continental margin was also the site of northwesterly directed Andean-type subduction. Between 1.45 and 1.40 Ga, this Andean-type subduction led to the formation of a back arc basin behind the Montauban arc. At 1.40 Ga, the La Bostonnais complex plutons, some hosting magmatic sulfides, were injected into the Montauban arc. The intrusion of the Ni-Cu±PGE-bearing plutons ceased at 1.39 Ga, when the arc collided with the continent. Finally, intrusion of La Bostonnais complex plutons ceased entirely at 1.37 Ga. The emplacement of the Ni-Cu±PGE-bearing intrusions was facilitated by the presence of a well-developed magmatic network beneath the oceanic arc. The formation of the mineralized intrusions began with the injection of primitive, tholeiitic, hydrous, sulfide-undersaturated magmas into lower magma chambers. These magmas resulted mainly from the partial melting of a metasomatized mantle source composed of spinel-bearing lherzolite (as indicated by the trace element signatures of the intrusive rocks). During their ascent in conduits, the magmas underwent crystal fractionation and became sulfide-saturated as a result of assimilating felsic material and sulfides from the country rocks. Two main sulfide-saturation/segregation events occurred. The first may have occurred in the lower conduits. This early loss of a small amount of sulfides (less than 0.1 wt%, as suggested by Cu and Pd modeling) caused depletion of base and, above all, precious metals in the magmas. The second sulfide-separation event probably occurred in the lower magma chambers. Liquid-sulfide formation in the chambers was followed by magma–sulfide interactions (field evidence for multiple magmatic injections and R factors between 100 and 100,000) that caused enrichment of the sulfides in Ni, Cu, and PGE. Later, injections of primitive magma entered the lower chambers, and partly remobilized and transported sulfide liquid into the upper magma chambers to form the Portneuf-Mauricie Domain sulfide-bearing intrusions. The parent magmas of these intrusions, derived from the later pulses, are separated into two families. As suggested by petrologic modeling and Mg/Fe ratios, most of the intrusions may have formed from a fractionated magma (a slightly evolved magma with a Mg number (Mg#) of 60) resulting from the fractionation of a more primitive parent melt (primary magma, with Mg# = 68). All these parent magmas underwent fractional crystallization accompanied by various degrees of crustal contamination. This explains the large range of compositions observed in the mafic and ultramafic intrusions. This Ph.D. work provides new constraints for the regional evolution models proposed for the eastern Laurentian margin during the Mesoproterozoic. In addition, the petrologic and metallogenic models presented in this study contribute to a better understanding of the magmatic and metallogenic processes associated with the formation of Ni-Cu-PGE-bearing plutons in subduction-related magmatic arcs, a geodynamic setting unusual for magmatic sulfide deposits.

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Suite au déluge qui a marqué la région du Saguenay en 1996, une couche de nouveaux sédiments a recouvert les sédiments du secteur amont du fjord du Saguenay. Avant le déluge cette zone était caractérisée par la présence de sédiments contaminés, associés au déversement incontrôlé d’effluents liquides, pratiqué dans le passé par les industries de la région. La couche de sédiments déposés en 1996 a enfoui les sédiments contaminés et constitue donc une barrière isolante composée de matériaux plus propres. Afin d'estimer l'efficacité à long terme de la couche, un nouveau modèle numérique (TRANSCAP-1D) a été développé. Ce modèle simule la migration de composantes dissoutes dans une colonne de sédiments et considère l'advection, la diffusion/dispersion, et l'effet de la bio-irrigation. La formulation mathématique représente un milieu à double porosité, composé de pores et de trous ou tubes de vers. Le modèle a été calé avec les profils de concentration de l'arsenic dissous qui ont été mesurés à deux stations du fjord du Saguenay, après la déposition de la couche de recouvrement naturelle. Par la suite, une analyse de sensibilité a été réalisée afin d'évaluer l'impact de certains paramètres caractérisés par une variabilité ou incertitude importante aux sites à l'étude. Les résultats montrent que les paramètres associés à la bio-irrigation ont un impact significatif sur la migration des contaminants dissous vers la colonne d'eau. Par la suite, nous avons réalisé une analyse d'incertitude en utilisant la méthode Monte Carlo et les résultats ont été intégrés dans une analyse de décision pour le design d'une couche de recouvrement potentielle. Le cas présenté est hypothétique et concerne la réhabilitation d'un site contaminé qui est fréquenté régulièrement par la population de bélugas du Saint Laurent. L'exemple illustre les avantages de l'application de l'analyse de décision pour trouver l'alternative correspondante au coût total plus bas, en considérant les coûts et les risques d'échec associés au projet de réhabilitation. / In 1996 two days of intense rainfalls caused severe flooding in the Saguenay region and a new sediment layer was deposited on the upstream area of the Saguenay fjord. In the past, this area was exposed to the uncontrolled discharge of industrial effluents and the sediments were contaminated. The new sediment layer buried the contaminated sediments and constitutes a natural barrier of cleaner material, which isolates the contaminants from the water column. A new numerical model (TRANSCAP-1D) was developed in order to estimate the effectiveness of the natural barrier in isolating the contaminated sediments from the overlying water column. The model simulates the migration of dissolved compounds in a sediment column and includes advection, diffusion/dispersion and the effect of bio-irrigation. The mathematical formulation represents a double porosity medium, composed of sediment pores and tubes or burrows dug by worms. The model was calibrated using the concentration profiles of dissolved arsenic measured at two stations of the Saguenay fjord, after the capping event. Thereafter, a sensitivity analysis was performed in order to evaluate the impact of certain parameters showing a great variability and uncertainty at the studied sites. The results indicate that the parameters associated to bio-irrigation have a significant impact on the migration of dissolved contaminants towards the water column. Thereafter, we performed an uncertainty analysis, using the Monte Carlo method. The results were integrated in a decision analysis for the design of a capping layer in a hypothetical case of sediment remediation. The presented case considers a contaminated site regularly frequented by the beluga population of the St. Lawrence Estuary. The example illustrates the advantages of the application of the decision analysis method, which is used to find the least cost option, considering the costs and failure risks associated to the remediation project.

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Dans une problématique de réinterprétation géodynamique de la zone de suture Yarlung Zangbo (ZSYZ) au sens large, la pétrographie, la chimie minérale et la li- thogéochimie ont été effectuées sur des roches mafiques, ultramafiques et sédimentaires provenant de trois unités géologiques situées immédiatement au sud des ophiolites de la ZSYZ : le mélange ophiolitique crétacé précoce, le mélange de Yamdrock mésozoïque et le flysch triasique tardif. La majorité des roches mafiques du mélange ophiolitique montrent des caractéristiques géochimiques typiques d'un bassin d'arrière-arc, certaines d'un arc intra-océanique. De même, les roches ultramafiques possèdent des caractéristiques géochimiques qui suggèrent une origine dans un environnement de supra-subduction. Ces caractéristiques varient selon le taux de fusion partielle et le degré d'interac- tion magma-manteau enregistrés par les péridotites. Une analogie peut être faite avec des systèmes océaniques modernes de type arc-bassin. Le mélange ophiolitique résulte bien de la désagrégation des massifs ophiolitiques sus-jacents. Les roches mafiques du mélange de Yamdrock montrent une affinité géochimique avec le magmatisme intra- plaque océanique (de type OIB). Les roches mafiques du flysch triasique montrent une signature géochimique double qui suggère qu'elles dérivent d'une même source magma- tique intraplaque enrichie, mais qu'elles ont subi des processus d'assimilation et de cris- tallisation fractionnée (ACF). Cette contamination crustale continentale semble résulter de la dislocation de la Plaque Indienne lors de l'ouverture de l'Océan Néo-Téthys. Une analogie peut être faite avec le point chaud de la Réunion, dans l'Océan Indien, et les Trapps de Deccan, à l'ouest de l'Inde. Les roches sédimentaires de ces deux unités possèdent une signature géochimique qui concorde avec un environnement de déposition le long d'une marge passive et avec une source au niveau de la croûte continentale supérieure ancienne de l'Inde. Les blocs mafiques d'affinité intraplaque induiraient une contribution mafique et les batholites granitiques démembrés une contribution felsique à la source de ces turbidites. L'évolution paléozoïque du bassin néo-téthysien a ainsi été reconstituée en fonction de l'environnement tectonique défini pour chaque unité géologique associée à la ZSYZ.

Évaluer le potentiel géothermique d’une mine inondée est une tâche complexe qui nécessite la réalisation d’un test hydraulique et la modélisation de l’écoulement de l’eau souterraine à travers un réservoir non conventionnel. Cette tâche peut être efficacement complétée en réutilisant les anciennes infrastructures minières. Lors de cette étude, un puits de ventilation débouchant dans les galeries souterraines a été converti en ouvrage de captage d’eau profond. L’ancien puits de ventilation 1100 des Mines Gaspé à Murdochville au Canada a été utilisé pour effectuer un essai de pompage durant 3 semaines à un débit moyen de 0.062 m3/s. L’objectif principal des travaux encourus était d’évaluer le potentiel géothermique du site minier. Lors de l’essai, moins de 3,65 m de rabattement ont été observés et la température moyenne de l’eau pompée a été de 6,7 °C. Le comportement de la nappe souterraine durant l’essai a été reproduit à l’aide d’un modèle d’éléments finis tridimensionnel simulant l’écoulement de l’eau à travers les galeries. Les prédictions du modèle ainsi qu’un bilan énergétique simplifié suggèrent que le taux d’extraction d’énergie durable est atteint à un débit de pompage de 0.049 m3/s, ce qui indique un potentiel géothermique de 765 kW. Cette énergie pourrait être extraite à l’aide de pompes à chaleur géothermiques afin de chauffer les bâtiments du parc industriel de Murdochville. / Assessing the low-temperature geothermal potential of a flooded mine site is a complex task involving hydraulic testing and modelling of an unusual man-made reservoir. It can be achieved efficiently taking advantages of the former mine infrastructures such as mining shaft that provided here a deep well directly connected to the mine workings. The former mining shaft P1100 of the flooded Gaspé Mines near Murdochville, Canada, was used to perform a pumping test during a study with the objective of assessing the geothermal potential of the mine site. Water was pumped during 3 weeks at a rate averaging 0.062 m3/s with a mean recovery temperature equal to 6.7 °C and less than 3.65 m drawdown was observed. The hydraulic response of the pumping test was reproduced with a threedimensional finite element model that simulates groundwater flow through the mine workings. Model predictions and a simplified energy balance calculation suggested that the sustainable energy extraction rate is attained at a pumping rate of 0.049 m3/s which yield a geothermal potential of 765 kW. This energy could be extracted with geothermal heat pumps used for space heating at Murdochville industrial park.