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.

La réaction alcalis-granulat (RAG) fait partie des principaux processus affectant la durabilité des infrastructures en béton à travers le monde. Récemment, des chercheurs ont proposé un outil global de gestion (diagnosis et prognosis) de structures affectées par la RAG basé sur une série d’essais de laboratoire, incluant le Stiffness Damage Test (SDT) et le Damage Rating Index (DRI), des procédures micromécaniques d’évaluation de l’endommagement du béton. Quoique prometteurs, ces essais impliquent plusieurs paramètres dont l’impact n’est pas encore bien compris, ce qui réduit leur applicabilité à une vaste gamme de bétons (e.g. différentes formulations, types de mécanismes d’endommagement, variétés de granulats, etc.). Ce projet de doctorat vise à mieux comprendre le mécanisme par lequel la RAG se développe et comment elle influence les propriétés physicomécaniques des bétons affectés, afin de pouvoir utiliser efficacement les outils mentionnés précédemment dans les contextes pratiques d’ingénierie. Pour atteindre cet objectif, des éprouvettes de béton de différentes résistances (25-45 MPa) et incorporant une variété de granulats réactifs et non réactifs (fins et grossiers) ont été fabriquées en laboratoire. Des essais mécaniques (SDT, traction, compression et module d’élasticité) et microscopiques (DRI) ont ensuite été effectués sur ces éprouvettes, à différents niveaux d’expansion, de façon à favoriser le caractère diagnostique optimal de chaque outil. Puis, le couplage micromécanique des résultats a été étudié en profondeur. Les résultats démontrent que le SDT et le DRI permettent une évaluation diagnostique de l’endommagement associable à la RAG lorsqu’un certain nombre de paramètres critiques sont respectés. Les données optimales de sortie de ces essais sont ainsi basées sur des mesures « mécaniques » (énergie dissipée/déformation plastique, valeurs brutes ou indices relatifs) ou microstructurales (nombre/type de fissures) au sein des bétons affectés. En plus, un modèle microstructural qualitatif de l’endommagement de bétons en fonction de l’avancement de la RAG a été proposé. De même, le couplage micromécanique a permis d’expliquer efficacement l’influence de ce mécanisme sur les pertes de propriétés mécaniques de bétons affectés. Finalement, une charte permettant l’évaluation globale de l’endommagement de bétons affectés par la RAG est proposée. Mots clés: Réaction alcalis-granulat (RAG), couplage microscopique/mécanique, évaluation de l’endommagement des infrastructures en béton vieillissantes. / Alkali-aggregate reaction (AAR) is one of the main processes affecting the durability of concrete infrastructures worldwide. Recently, researchers proposed a comprehensive management tool for the diagnosis and prognosis of AAR affected structures based on a series of laboratory test procedures, including the Stiffness Damage Test (SDT) and the Damage Rating Index (DRI), micromechanical procedures for assessing damage in concrete. Although promising, these tests still have several parameters whose impact is not well understood, which reduces significantly their applicability for a wide range of distressed concretes (i.e. different concrete mix designs, damage mechanisms, variety of aggregate types, etc). This PhD project aims at better understanding how AAR develops and influences the physicomechanical properties of affected concrete, in order to use more effectively the tools mentioned previously in practical engineering applications. To achieve this goal, concrete samples of different mix design strenghts (25-45 MPa) incorporating a wide variety of both reactive and non-reactive aggregates (coarse and fine) were manufactured in the laboratory. Mechanical (SDT, tensile and compressive strengths and modulus of elasticity) and microscopic (DRI) tests were then performed on these samples at different expansion levels, in order to determine the optimal conditions enabling the effective diagnostic character through each tool. Then, the micromechanical coupling of the results was studied in depth. The results show that both the SDT and the DRI are able to provide a diagnostic damage assessment of concrete distressed due to AAR when a number of critical parameters are adopted. The optimal output data from those procedures are thus based on either "mechanical" (dissipated energy/ plastic deformation, absolute values or indices) or microstructural (number /crack types) measurements on the affected material. Moreover, a qualitative microscopic damage model towards AAR development was proposed. Likewise, the above micromechanical coupling allowed to effectively explaining the impact of AAR on the reductions of the mechanical properties of affected concretes. Finally, a comprehensive chart enabling the overall damage assessment of concrete affected by AAR is proposed. Keywords: alkali-aggregate reaction (AAR), microscopic/mechanical coupling, assessment of damage in aging concrete infrastructure.

La Sous-province de Pontiac est localisée au sud de la Sous-province de l’Abitibi dans la Province du Supérieur. Les roches sédimentaires sont caractérisées par un gradient métamorphique barrovien croissant du nord au sud de la zone à biotite, à grenat et à staurotide. L’accrétion de la Sous-province de Pontiac à la Sous-province de l’Abitibi est attribuée à une zone de subduction archéenne mais peu de travail a été fait pour caractériser son évolution en pression-température-temps (P-T-t) afin de tester cette hypothèse et déterminer la relation temporelle avec la minéralisation aurifère. La fabrique régionale est caractérisée par une foliation de biotite lépidoblastique. La croissance des porphyroblastes de grenat et de staurotide est tardi- à post-cinématique par rapport cette fabrique. Le coefficient de partage du Fe-Mg entre la bordure du grenat et la biotite n’est pas significativement différent entre la zone à grenat et à staurotide tout comme les estimés de température faits par le géothermomètre du Ti dans la biotite. La modélisation par pseudosection avec eau saturée des conditions de P-T d’équilibre chimique des coeurs de grenat a permis de contraindre leur croissance à 550-600 ⁰C et 5-6 kbar lors d’un parcours métamorphique prograde dans un chemin P-T horaire. La datation Lu-Hf de trois échantillons de grenat provenant de la zone à staurotide a permis de définir un âge de 2657 +/- 7 Ma correspondant à ces conditions métamorphiques. Ces résultats démontrent que l’évènement de minéralisation en Au du gisement Canadian Malartic, avec un âge précédemment publié de 2664 Ma par Re-Os sur molybdénite, est au moins plus jeune ou synchrone aux conditions de croissance du grenat dans la zone à staurotide. Cet âge de croissance de grenat permet aussi de mettre en doute le contexte tectonique de prisme d’accrétion employé pour expliquer la relation entre les Sous-provinces de Pontiac et d’Abitibi. / The Pontiac Subprovince is located in the Superior Province, south of the Abitibi Subprovince. The metasedimentary rocks are characterized by a Barrovian metamorphic gradient increasing from north to south from biotite zone, to garnet zone and to staurolite zone. The Pontiac Subprovince interpreted as an accretionary wedge that was tectonically docked to the Abitibi Subprovince during Archean subduction, however, few studies have attempted to characterize its pressure-temperature-time path to test this hypothesis and little is known about the timing relationship between regional metamorphism and the Au mineralization. The regional fabric is defined by an E-W, NW-SE lepidoblastic ductile foliation in which garnet and staurolite porphyroblasts are interpreted to be late- to post-kinematic with the rare occurrence of syn-kinematic staurolite growth. The garnet-biotite Fe-Mg partitioning coefficient geothermometer is not significantly different between the garnet and the staurolite zone. Similarly, Ti in biotite geothermometry does not suggest different temperature of equilibration between the biotite, garnet and staurolite zone. Pressure and temperature (PT) forward thermodynamic modelling with a water saturated pseudosection yielded conditions of 550-600 ⁰C and 5-6 kbar during a prograde, clock-wise P-T path. Lu-Hf dating of garnet from three outcrops within the staurolite zone yielded an age of 2657 +/- 7 Ma that is inferred to be representative of these conditions. The results of this study imply that the Canadian Malartic mineralization event, previously dated at 2664 Ma with Re-Os on molybdenite, is younger or synchronous with the garnet growth condition in the staurolite zone next to the ore body. The age of garnet growth calls into question the accretionary prism tectonic model currently explaining the contact between the Abitibi and Pontiac Subprovinces.

Le district aurifère de Meliadine se situe à 25 kilomètres au nord de Rankin Inlet, Nunavut (Canada), dans la ceinture archéenne de roches vertes de Rankin Inlet. L’assise rocheuse est composée de roches sédimentaires métamorphosées au grade des schistes verts incluant des Formations de Fer Rubanées (FFR) intercalées avec des roches mafiques. La minéralisation aurifère est distribuée le long de la faille Pyke. Des FFR abritent la minéralisation aurifère composée de veines de quartz riches en sulfures. Sept échantillons de till ont été prélevés parallèlement au sens de l’écoulement glaciaire à l’indice Mustang, le long d’un transect de 2 km. Deux échantillons ont été collectés en amont de l’indice et cinq dans le train de dispersion. La composition de la magnétite, de la tourmaline, de la scheelite, de l’arsénopyrite et de la galène a été investiguée par microsonde électronique et par ablation laser et spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif. La composition chimique de ces minéraux indicateurs provenant des dépôts est comparée avec celle des grains des échantillons de tills. La signature chimique de la magnétite des FFR est plus riche en Al que la signature de la magnétite magmatique et métamorphique, qui elle est plus riche en V. Cependant elle se confond en partie avec celle de la magnétite hydrothermale. Des grains de tourmaline avec un profil de terres rares plat avec anomalie positive en europium sont présents dans des veines de quartz-carbonate des dépôts et dans certains échantillons de till en aval de l’indice Mustang. Des grains de scheelite avec un profil de terres rares en cloche et une anomalie négative en europium sont retrouvés à l’indice Mustang ainsi que dans certains échantillons en aval de l’indice. L’abondance des grains d’or ainsi que la scheelite et la tourmaline portant la signature géochimique des dépôts de Meliadine permettent de détecter l’indice d’or Mustang partiellement érodé par les glaciers. / The Meliadine Gold District is located about 25 kilometres north of Rankin Inlet, Nunavut (Canada), in the Archean Rankin Inlet greenstone belt. The bedrock is composed of greenschist facies metamorphic sedimentary rocks including Banded Iron Formations (BIF), interbedded with mafic volcanic rocks. Auriferous mineralization is distributed along the Pyke fault. Iron formations host the gold mineralization composed of sulfide-rich mesothermal quartz veins. Gold is mainly disseminated in BIF and quartz-carbonate veins. Seven till samples were collected parallel to the direction of ice flow at the Mustang showing, along a 2 km transect. Two are located up-ice and five down-ice in the dispersal train. The composition of magnetite, tourmaline, scheelite, arsenopyrite and galena has been investigated by Electron Probe Micro-Analyser and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. The chemical composition of these indicator minerals in the deposits is compared with the composition of grains extracted from the till samples. Magnetite from BIF is enriched in Al and bears chemical similarities with hydrothermal magnetite, whereas magnetite from magmatic and metamorphic sources has a higher content in V. Tourmaline from quartz-carbonate veins hosted by mafic rocks is characterised by a flat Rare Earth Elements (REE) pattern with a positive europium anomaly also found in tourmaline from till samples down-ice of the Mustang showing. Scheelite with a bell-shape REE pattern and a negative europium anomaly from the Mustang showing is also found in till samples within the dispersal train. Gold grain abundance, as well as the signature of scheelite and tourmaline reflecting the gold deposits allow detecting the partially eroded gold mineralization.

L'extraction de l'or se fait par cyanuration depuis plus d'un siècle. Ce procédé est donc bien connu. Le document qui suit présente la problématique reliée à l'effet de la granulométrie sur la cyanuration de l'or. Plus spécifiquement, l'effet de l'historique du broyage, soit l'histoire relié à la préparation d'un échantillon sur la mise en solution de différentes classes granulométriques, sera étudié dans ce document. Neuf tests ont été fait avec trois temps de broyage, 15, 35 et 65 minutes, et avec trois temps de cyanuration différents, 6, 12 et 24 heures. Les calculs de rendements sont basés sur trois échantillons broyés pendant 15, 35 et 65 minutes sans cyanuration. L'or a été analysé dans les solides et dans les solutions à différents moments en cours de réaction. L'argent, le cuivre et le soufre ont seulement été analysés dans les résidus solides. Les rendements sont calculés à partir des données brutes et des données réconciliées. Avec le traitement utilisé pour les essais, les rendements obtenus sont inférieurs à ceux observés en industrie. Certaines observations laissent penser qu'un pré-traitement d'aération et qu'un prétraitement au dinitrate de plomb auraient dû être effectué avant la cyanuration. Toutefois, l'analyse des résultats montre que la distribution granulométrique de l'or change avec la taille du minerai, l'or ayant tendance à demeurer grossier alors que la finesse du minerai augmente. Les résultats montrent aussi que le comportement de l'or dans une classe granulométrique semble être indépendant de l'histoire de la production de la classe granulométrique. Le traitement des données a permis de calibrer des modèles de dissolution de l'or qui ont servis à simuler l'effet de la granulométrie sur la cyanuration du minerai. / The gold extraction is made by cyanidation from more than one century. So it is a well known technique. The following document presents the problematic related to the effect of the particles' size on gold cyanidation. Specifically, the effect of the mill history, being the story related to the preparation of the ore sample, on the recovery in different particles' size is studied in this document. Nine tests have been made with three times of mill, 15, 35 and 65 minutes, and three different times of cyanidation, 6, 12 and 24 hours. The calculations of the recovery are based on three ore samples that have been milled for 15, 35 and 65 minutes and haven't been leached. The gold have been analysed in the ore and in the solutions at different moments trough the cyanidations. Silver, copper and sulphur have been analysed only in the residual ore. The recoveries are calculated with the raw and the reconciliated data. With the treatment used for the tests, the recoveries results obtained are smaller than the recovery observed in the industry. Some observations reveal that an aeration and lead dinitrate pre-treatment should have been done before the cyanidations. However, the analyses of the results show that the particles' size distribution changes with the size of the ore, since gold tends to stay in the bigger particles wile other particles get smaller. The results also show that the gold's behaviour seems to be independent of the history of the particles' size distribution production. The data treatment gives the possibility to calibrate dissolution models of gold that have been use to simulate the effect of particles' size on the gold cyanidation.

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.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Un modèle numérique tridimensionnel a été développé pour la simulation du système chimique quartz-eau couplé avec l’écoulement à densité et viscosité variable dans les milieux poreux discrètement fracturés. Le nouveau modèle simule aussi le transfert de chaleur dans les milieux poreux fracturés en supposant que l’expansion thermique du milieu est négligeable. Les propriétés du fluide, densité et viscosité, ainsi que les constantes chimiques (constant de taux de dissolution, constant d’équilibre, coefficient d’activité) sont calculées en fonction de la concentration des ions majeurs et de la température. Des paramètres de réaction et d’écoulement, comme la surface spécifique du minéral et la perméabilité sont mis jour à la fin de chaque pas de temps avec des taux de réaction explicitement calculés. Le modèle suppose que des changements de la porosite et des ouvertures de fractures n’ont pas d’impact sur l’emmagasinement spécifique. Des pas de temps adaptatifs sont utilisés pour accélérer et ralentir la simulation afin d’empêcher des résultats non physiques. Les nouveaux incréments de temps dépendent des changements maximum de la porosité et/ou de l’ouverture de fracture. Des taux de réaction au niveau temporel L+1 (schéma de pondération temporelle implicite) sont utilisés pour renouveler tous les paramètres du modèle afin de garantir la stabilité numérique. Le modèle a été vérifié avec des problèmes analytiques, numériques et physiques de l’écoulement à densité variable, transport réactif et transfert de chaleur dans les milieux poreux fracturés. La complexité de la formulation du modèle permet d’étudier des réactions chimiques et l’écoulement à densité variable d’une façon plus réaliste qu’auparavant possible. En premier lieu, cette étude adresse le phénomène de l’écoulement et du transport à densité variable dans les milieux poreux fracturés avec une seule fracture à inclinaison arbitraire. Une formulation mathématique générale du terme de flottabilité est dérivée qui tient compte de l’écoulement et du transport à densité variable dans des fractures de toute orientation. Des simulations de l’écoulement et du transport à densité variable dans une seule fracture implanté dans une matrice poreuse ont été effectuées. Les simulations montrent que l’écoulement à densité variable dans une fracture cause la convection dans la matrice poreuse et que la fracture à perméabilité élevée agit comme barrière pour la convection. Le nouveau modèle a été appliqué afin de simuler des exemples, comme le mouvement horizontal d’un panache de fluide chaud dans un milieu fracturé chimiquement réactif. Le transport thermohalin (double-diffusif) influence non seulement l’écoulement à densité variable mais aussi les réactions chimiques. L’écoulement à convection libre dépend du contraste de densité entre le fluide (panache chaud ou de l’eau salée froide) et le fluide de référence. Dans l’exemple, des contrastes de densité sont généralement faibles et des fractures n’agissent pas comme des chemins préférés mais contribuent à la dispersion transverse du panache. Des zones chaudes correspondent aux régions de dissolution de quartz tandis que dans les zones froides, la silice mobile précipite. La concentration de silice est inversement proportionnelle à la salinité dans les régions à salinité élevée et directement proportionnelle à la température dans les régions à salinité faible. Le système est le plus sensible aux inexactitudes de température. Ceci est parce que la température influence non seulement la cinétique de dissolution (équation d’Arrhenius), mais aussi la solubilité de quartz. / A three-dimensional numerical model is developed that couples the quartz-water chemical system with variable-density, variable-viscosity flow in fractured porous media. The new model also solves for heat transfer in fractured porous media, under the assumption of negligible thermal expansion of the rock. The fluid properties density and viscosity as well as chemistry constants (dissolution rate constant, equilibrium constant and activity coefficient) are calculated as a function of the concentrations of major ions and of temperature. Reaction and flow parameters, such as mineral surface area and permeability, are updated at the end of each time step with explicitly calculated reaction rates. The impact of porosity and aperture changes on specific storage is neglected. Adaptive time stepping is used to accelerate and slow down the simulation process in order to prevent physically unrealistic results. New time increments depend on maximum changes in matrix porosity and/or fracture aperture. Reaction rates at time level L+1 (implicit time weighting scheme) are used to renew all model parameters to ensure numerical stability. The model is verified against existing analytical, numerical and physical benchmark problems of variable-density flow, reactive solute transport and heat transfer in fractured porous media. The complexity of the model formulation allows chemical reactions and variable-density flow to be studied in a more realistic way than previously possible. The present study first addresses the phenomenon of variable-density flow and transport in fractured porous media, where a single fracture of an arbitrary incline can occur. A general mathematical formulation of the body force vector is derived, which accounts for variable-density flow and transport in fractures of any orientation. Simulations of variable-density flow and solute transport are conducted for a single fracture, embedded in a porous matrix. The simulations show that density-driven flow in the fracture causes convective flow within the porous matrix and that the highpermeability fracture acts as a barrier for convection. The new model was applied to simulate illustrative examples, such as the horizontal movement of a hot plume in a chemically reactive fractured medium. Thermohaline (double-diffusive) transport impacts both buoyancy-driven flow and chemical reactions. Free convective flow depends on the density contrast between the fluid (hot brine or cool saltwater) and the reference fluid. In the example, density contrasts are generally small and fractures do not act like preferential pathways but contribute to transverse dispersion of the plume. Hot zones correspond to areas of quartz dissolution while in cooler zones, precipitation of imported silica prevails. The silica concentration is inversely proportional to salinity in high-salinity regions and directly proportional to temperature in low-salinity regions. The system is the most sensitive to temperature inaccuracy. This is because temperature impacts both the dissolution kinetics (Arrhenius equation) and the quartz solubility.

Pour évaluer le potentiel de la magnétite en tant que minéral indicateur des dépôts de Sulfures Massifs Volcanogènes (SMV), la composition des éléments traces et les caractéristiques (morphologie, taille des grains et textures de surface) de la magnétite provenant de différents contextes ont été investiguées. Les caractéristiques physiques et les associations minérales de la magnétite du dépôt d’Izok Lake (Nunavut, Canada), de la roche encaissante et du till recouvrant la zone à proximité ont été étudiés en utilisant la microscopie optique, le Microscope Électronique à Balayage (MEB) et l’Analyseur de Libération Minérale (MLA). Les résultats permettent de distinguer la magnétite magmatique, métamorphique et supergène dans un environnement de SMV, et indiquent que 1) la taille des grains de magnétite et leur relation texturale avec les associations minérales caractérisent la roche encaissante, 2) l’angularité de la magnétite du till est indicatrice de la forme originel du minérale, et 3) les textures de surface de la magnétite détritique sont diagnostiques des processus affectant les grains durant l’érosion, le transport, et après la déposition dans les sédiments glaciaire. La composition de la magnétite provenant d’Izok Lake (Nunavut, Canada) et d’Halfmile Lake (Nouveau-Brunswick, Canada) et de leurs roches encaissantes a été étudiée en utilisant le MEB, la microsonde électronique, et l’ablation laser- spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (LA-ICP-MS). Les données censurées ont été transformées en utilisant la routine R robCompositions, puis converties en utilisant les log-ratios centrés pour éviter tout effet de fermeture. L’analyse en Composantes Principales (ACP) permet de discriminer différents types de roche encaissantes et des dépôts basés sur la teneur de la magnétite en Si, Ca, Zr, Al, Ga, Mn, Mg, Ti, Zn, Co, Ni et Cr. Les données de composition de la magnétite de seize dépôts SMV (mafique, bimodal mafique, bimodal felsique, felsique-silicoclastique), et de trois Formations de Fer Rubanées (FFR) associés à des SMV ont été investiguées par analyse discriminante par les moindres carrés partiels (PLS-DA) pour distinguer les différentes compositions de magnétite basées sur les teneurs en Si, Ca, Al, Mn, Mg, Ti, Zn, Co et Ni. Le résultat indique quatre types de magnétite en association avec les dépôts de SMV: magmatique, hydrothermale, métamorphique, et la magnétite zonée. L’analyse des données par PLS-DA sépare la magnétite des SMV et BIF des autres types de gites minéraux. Les analyses en PCA et PLS-DA des échantillons de la roche encaissante/dépôt SMV et FFR produisent un modèle de discrimination de la composition de la magnétite dans le till qui peut être utilisé pour identifier, en exploration minérale, la magnétite dérivée de l'érosion d'un SMV par un glacier. / To evaluate the potential of magnetite as an indicator mineral for Volcanogenic Massive Sulfide (VMS) deposits, trace element compositions and physical characteristics (morphology, grain size, and surface textures) of magnetite from various VMS settings were investigated. Physical characteristics and mineral associations of magnetite from the Izok Lake deposit (Nunavut, Canada), its host bedrocks, and till covering the nearby area were studied using optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Mineral Liberation Analysis (MLA). The results distinguish magmatic, metamorphic and supergene magnetite in the VMS setting, and indicate that 1) the grain-size distribution of magnetite and its textural relationships with mineral associations fingerprint the host bedrocks, 2) the angularity of magnetite in till is indicative of the original shape of the mineral, and 3) the surface textures of detrital magnetite are diagnostic of processes affecting grains during erosion, transport, and after deposition in glacial sediments. Variation in magnetite composition from the Izok Lake (Nunavut, Canada) and Halfmile Lake (New Brunswick, Canada) deposits and their host rocks were studied using SEM, Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA), and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). The data were transformed for censored values using the R-package robCompositions. Transformed data were converted using centered log-ratio to overcome the closure effect, and then were investigated by Principal Component Analysis (PCA) to discriminate different rock/deposit samples based on Si, Ca, Zr, Al, Ga, Mn, Mg, Ti, Zn, Co, Ni and Cr contents of magnetite. The data from sixteen VMS deposits from four subtypes (mafic, bimodal-mafic, bimodal-felsic, and felsic-siliciclastic), and three VMS-associated Banded Iron Formations (BIF) were also investigated by Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA). PLS-DA to distinguish different compositions of magnetite based on Si, Ca, Al, Mn, Mg, Ti, Zn, Co and Ni contents. The results indicate four types of magnetite in association with VMS deposits: 1) magmatic, 2) hydrothermal, 3) metamorphic, and 4) zoned magnetite. PLS-DA separates VMS and VMS-associated BIF magnetite from that of other mineral deposit types including Ni-Cu, porphyry, IOCG and IOA deposits. PCA and PLS-DA of magnetite data from VMS bedrock/deposit and BIF samples yield discrimination models that can be used to classify magnetite compositions in till samples for mineral exploration.

On retrouve localement des amphibolites fortement foliées dans le mélange ophiolitique sous les massifs ophiolitiques de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo (ZSYZ). Ces blocs représentent la partie supérieure d’une semelle métamorphique démembrée. La géochimie des amphibolites (La/Yb = 0.65-0.97, Ta/Th = 0.33-0.65) est similaire à celle des roches mafiques provenant de l’ophiolite, suggérant une origine dans le même bassin d’arrière-arc. Le métamorphisme de haut grade (P=14 kbars, T= 800°C) subit par les amphibolites suggère un enfouissement pendant la naissance d’une subduction. Les âges voisins des amphibolites et de la croûte ophiolitique (121-130 vs 120±10 et 126 Ma, respectivement) suggèrent que la naissance de la subduction s’est déroulée dans le bassin arrière-arc Néo-Téthysien. Un tel événement n’avait pas encore été rapporté. La présence de dikes et le métasomatisme tardif responsable de la cristallisation de préhnite pourraient indiquer la subduction d’un centre magmatique. La composition en isotopes stables du fluide responsable confirmerait une telle hypothèse. / Blocks of highly foliated amphibolites are locally found within the serpentinite matrix mélange underlying the Yarlung Zangbo ophiolites near Bainang and Buma, Xigaze area, Yarlung Zangbo Suture Zone (YZSZ), Tibet. The mélange is thought to be the result of the tectonic dismemberment of the base of the ophiolitic napes during its obduction over the Indian passive margin, circa 50 Ma. Prior to dismemberment, amphibolites were probably parts of a coherent dynamothermal sole, as observed at the base of many ophiolites. Sampled amphibolites can be subdivided in three groups: garnet, banded and common amphibolites. Medium-grained garnet amphibolites contain the assemblage A) Hb+CPX+Gt+Pl±Rt and B) Gt+Hb+Pl (corona assemblage). Fine to medium-grained banded amphibolites contain the assemblage C) Hb+CPX+Pl+Ep±Sp+Qtz+Ap. Fine-grained common amphibolites contain facies D) Hb+Pl±Ep+Ap+Sp. In all assemblages, plagioclase is pseudomorphosed by an albite-prehnite simplectite. Retrograde cataclastic veins contain the assemblage E) Ab+Pr±Ch+Ep. The geochemistry of the garnet, banded and common amphibolites is very similar to the geochemistry of other mafic blocks in the mélange and of mafic igneous rocks within the ophiolitic massifs. When compared to MORBs, light depletion of LREE (La/Yb = 0.65-0.97) and mild HFSE depletion (Ta/Th = 0.33-0.65) would suggest a mixing between the IAT and MORB sources, as seen in back-arc basins and nascent intra-oceanic arcs. The amphibolites were buried at the inception of a subduction within the back-arc to peak metamorphism conditions of 11-14 kbars and ~800 °C. Ar/Ar analysis of amphiboles revealed a metamorphic age of 121-130 Ma, which is synchronous with ages obtained from the overlying ophiolites. Overlapping in ophiolite-sole age relationship reveals inception of the subduction near or at the spreading center from which originated the ophiolite. Subduction of a buoyant body could explain heterogeneous coronitization of pyrope-rich (up to 35 %) garnet by Al-Tschermakites (Al2O3 up to 21 wt %) at high-pressures. After exhumation, amphibolites were injected by very fine-grained diabasic dykes and were subject to percolation of a prehnite-precipitating fluid. Oxygen stable isotopes suggest that a magmatic fluid is responsible for prehnite precipitation. The magmatic and metamorphic history of the dynamothermal sole and field relationships with adjacent units seem to indicate that most of Neo-Tethys oceanic domain was subducted along this new Late Cretaceous subduction zone.

Les modèles à milieu poreux équivalent ou à double continuum sont couramment utilisés lors de la modélisation du transport de masse à l'échelle régionale lorsqu'aucune fracture discrète n'est prise en compte. Par contre, la migration d'un contaminant lors de la modélisation du transport de masse de domaines régionaux où des plans de litage ou des failles majeures sont présents peut être importante. Ainsi, de tels chemins préférentiels doivent être explicitement pris en compte lors de modélisations. Les modèles régionaux devraient donc être autant capable de capter le mouvement du contaminant par advection dans les fractures que la diffusion matricielle dans le milieu poreux. Par contre, le ratio entre l'ouverture d'une fracture, qui est normalement de l'ordre du centimètre au maximum, par rapport à l'étendue latérale de celle-ci est extrêmement grand. L'ordre de grandeur des concentrations rencontrées dans le processus de diffusion matricielle par rapport au transport advection est aussi très grand étant donné le développement de gradient de concentration important à l'intérieur du milieu poreux. Ainsi, étant donné ces différences d'ordre de grandeur, le développement d'un modèle numérique robuste, précis et permettant la génération du maillage adéquat en présence de domaines régionaux fracturés est extrêmement intéressant. Présentement, les modèles permettant de simuler de tels domaines requièrent des maillages extrêmement denses et des temps de calculs dépassant les limites acceptables. L'objectif du projet est donc de développer une méthode permettant de simuler avec précision et efficacité le transport de masse en milieu fracturé à l'échelle régionale, c'est-à-dire sur des distances d'au moins 100 mètres et plus. Ainsi, un nouveau modèle numérique a été développé pour la simulation à l'échelle régionale du transport de masse dans un milieu poreux à fractures discrètes où la diffusion matricielle et l'advection dans les fractures sont considérées. Un code générique d'éléments finis, MEF++, a été utilisé pour résoudre les équations d'écoulement de l'eau et de transport de masse en employant des éléments de fractures 2D et des éléments 3D pour le milieu poreux. Le nouveau modèle résout séparément les équations pour les fractures et pour le milieu poreux qui sont considérés comme deux domaines distincts. Ensuite, ces deux domaines sont couplés par l'entremise d'un terme de transfert de fluide et de masse. Ce terme de transfert est calculé à partir des gradients de fluide et de concentration pouvant exister entre le milieu poreux et la fracture, et il est pondéré par un coefficient dépendant des propriétés du milieu poreux tel que la porosité et le coefficient de diffusion. Cette approche permet une représentation générale du transfert entre fractures et milieu poreux. De plus, pour combler les problèmes de discrétisation du milieu fracturé, MEF++ permet, à l'aide d'un algorithme d'adaptation de maillage utilisant un estimateur d'erreur a posteriori, d'augmenter efficacement la densité d'éléments aux endroits où les gradients de charge hydraulique ou de concentration sont élevés. À partir de ce nouveau modèle numérique, de concert avec l'utilisation de l'adaptation de maillage, des vérifications et des exemples illustratifs ont été effectués pour démontrer les capacités du modèle. Il a été montré que le modèle permet de reproduire, avec une grande précision, les résultats d'une solution analytique connue. De plus, des simulations de vérification ont permis de confirmer l'exactitude de l'adaptation de maillage. Enfin, un domaine ressemblant au site de Smithville, Ontario, contaminé par des BPC, a été utilisé afin d'effectuer l'analyse de sensibilité de certains paramètres sur le modèle numérique. / Regional scale modelling of solute transport in fractured porous media is commonly done with equivalent porous medium or dual-continuum models, where discrete fractures are not explicitly accounted for. However, for regional scale transport over distances of hundreds of meters or more, discrete features such as extensive bedding planes or regional scale faults could have a profound impact on solute migration. These discrete features represent preferential pathways for fluid flow and should ideally be explicitly accounted for in modelling studies instead of relying on a continuum approach. Models should be able to capture the rapid advection along these regional scale features as well as solute diffusion into the surrounding matrix. However, the aspect ratio of such conductive features is extremely high, with typical fracture aperture on the order of centimeters at the most, compared to possible lateral extent on the order of hundreds of meters. The length-scale of diffusion into the matrix is also much less than that of regional scale advective transport, with large concentration gradients developing over very short distances into the matrix. Because of these discrepancies in scales, the generation of a robust and adequate mesh for the numerical simulation of regional scale transport in discrete features is extremely challenging. Currently, models that simulate such Systems need extremely dense grids and computational time that often preclude their use. The objective of this research is to develop an efficient and accurate method for the simulation of regional scale (100 meters and greater) solute transport in the presence of discrete high-conductivity features and diffusion into the matrix. Therefore, a new numerical model has been developed for regional scale mass transport in discretely fractured porous media where matrix diffusion and fractures advection are accounted for. A generic finite elements code, MEF++, had been used to solve the flow and mass transport equations using 2D elements for the fracture features and 3D elements for the porous medium. In the model, fractures are represented as 2D features that are embedded into a 3D porous matrix. The model solves independently the equations for the fracture System and the porous medium System. Then, these two Systems and coupled together using mass and fluid transfer terms. The transfer term is calculated using the concentration or head gradients that exist at the fracture / porous medium interface and it is weighted using a coefficient that is dependant of the fracture and porous medium properties such as the porosity and diffusion coefficient. This approach allows a general representation of the mass and fluid transfer between the fractures features and the porous medium. Also, to prevent discretization problems of the porous medium, MEF++ allows, using an adaptive mesh refinement method that uses an a posteriori error estimator, to increase the mesh density where high gradients are occurring. Using this new numerical model, coupled with the adaptive mesh refinement technique, verifications and illustrative examples have been done to show the model performance and capacities. It is shown that the model allows to reproduce, with great accuracy, the results of a known and accepted analytical solution. Some examples are conducted to show the accuracy and the adaptive mesh refinement method as well as a sensitivity analysis on a hypothetical fractured rock aquifer that resembles the Smithville, Ontario, fractured carbonate aquifer where groundwater contamination by PCB has been recorded and where previous modelling effort were based on continuum approaches.