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.

Dans l'optique d'étendre l'investigation géodynamique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo (ZSYZ) à sa section occidentale, une étude détaillée du massif ophiolitique de Xiugugabu a été effectuée. Il s'agit d'un segment mantellique de plus de 260 km2, juxtaposé par une petite unité de diabase sur son flanc Nord-Est (N-E), et qui repose sur le mélange tectonique situé au sud de la zone de suture. L'unité mantellique est constituée de péridotites recoupées par des filons-couches mafiques dans sa partie Sud. Les données de terrain, la pétrographie, la chimie minérale et la géochimie indiquent que les péridotites ont tout d'abord évolué dans un contexte d'arc intra-océanique où elles ont subit un métasomatisme cryptique. Elles ont été ensuite recoupées par les filons-couches mafiques d'affinité de bassin d'arrière-arc impliquant la remontée des péridotites par convection mantellique au niveau du Moho dans un contexte en extension de bassin d'arrière-arc. Les roches de l'unité de diabase possèdent une affinité d'OIB (de basalte d'île océanique). Elles se sont formées dans un contexte de point chaud intra-océanique et auraient été juxtaposées sur le flanc N-E du massif par des mouvements tectoniques orogéniques tardifs. Des corrélations latérales entre les roches du massif de Xiugugabu et celles des ophiolites plus à l'est suggèrent que l'évolution géodynamique de la section centrale du bassin Néo-Téthys aurait été similaire dans sa partie occidentale.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les ressources particulières à l’environnement minier, tel que l’eau inondant des galeries et des stériles exothermiques, permettent de diminuer les coûts d’installation des systèmes de pompes à chaleur géothermique. Les particularités de l’environnement minier posent toutefois un défi de taille lors de la conception d’un système puisque l’approche utilisée doit considérer, par exemple, la conductivité hydraulique accrue par les excavations ou la génération de chaleur provenant de l’oxydation de minéraux. L’objectif de ce projet de recherche est de simuler l’opération de systèmes géothermiques issus de sites miniers dans le but de démontrer les économies d’énergie potentielles et faciliter l’installation des systèmes. Des approches numériques sont développées avec le programme HydroGeoSphere pour application à des études de cas réalisées aux Mines Gaspé à Murdochville et à la Halde Sud de la Mine Doyon en Abitibi. Un système de pompes à chaleur d’aquifère aux Mines Gaspé est optimisé avec un modèle numérique où sont superposés des éléments 1D et 3D pour représenter les excavations. Les simulations démontrent que le système peut être opéré à partir d’anciens puits de ventilation afin d’éviter d’effectuer des forages. Les stériles de la Halde Sud sont d’abord caractérisés avec un test de réponse thermique conventionnel, analysé avec l’équation de la ligne-source et le principe de superposition considérant les variations du taux d’injection de chaleur. Une méthode numérique est aussi développée pour analyser l’essai influencé par l’hétérogénéité des matériaux et le gradient géothermique prononcé. Le mort terrain et le roc sous la halde sont caractérisés à l’aide d’un nouveau test de réponse thermique effectué avec des câbles chauffants. Des simulations numériques reproduisent ensuite la distribution de température lors d’essais types, laquelle devient rapidement homogène durant la période de restitution thermique ce qui permet d’analyser la température dans le forage sans connaître la position du capteur. L’opération d’un système de pompes à chaleur couplées au sol aménagé sous la Halde Sud est finalement simulée. L’optimisation des charges de chauffage indique que l’échangeur de chaleur situé sous les stériles peut fournir plus d’énergie thermique qu’un échangeur situé dans un environnent conventionnel, réduisant la longueur de forage à l’installation. / Resources associated to mining environments, such as mine water and exothermic waste rock, allow a reduction of installation costs of ground source heat pump systems. Compared to other environments, caution is required when designing systems in mining environments because of enhanced hydraulic conductivity created by mine voids or heat generation due to oxidation of minerals. The objective of this study is to simulate the operation of geothermal systems on mine sites to demonstrate energy savings and promote installation. Numerical modeling approaches are developed with the program HydroGeoSphere applied for case studies conducted at the Gaspé Mines in Murdochville and at the South Dump of the Doyon Mine in Abitibi. A groundwater heat pump system at the Gaspé Mines is optimized with a numerical model, where 1D and 3D elements are superposed to adequately represent the mine voids. The simulations show that the system can be operated using former mining shafts to avoid drilling boreholes. Waste rock of the South Dump is initially characterized with a conventional thermal response test analyzed with the lines-source equation and the superposition principle accounting for variations of heat injection rates. A numerical method is also developed to analyze the test that was affected by the heterogeneity of materials and the strong geothermal gradient. The overburden and the host rock below the dump are characterized with a novel thermal response test using heating cables. Numerical simulations then reproduce the temperature distribution during typical tests, which homogenizes rapidly during the recovery period allowing the analysis of temperature inside the borehole without knowing the position of the sensor. The operation of a ground-coupled heat pump system installed under the South Dump is finally simulated. The optimization of heating loads indicates that the heat exchanger located beneath the waste pile can provide more thermal energy than an exchanger located in a conventional environment, reducing bore length required for a given system.

Cette thèse porte sur deux suites de roches métamorphiques de haute-pression et haute température provenant de l'Orogène Tibeto-Himalayen. La première suite de roches consiste en des affleurements d'amphibolites à grenat et clinopyroxène se retrouvant sous la forme de blocs dans le mélange ophiolitique à matrice de serpentine sous-jacent aux ophiolites de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo, au Sud Tibet. La Zone de Suture du Yarlung Zangbo est un linéament de plus de 2000 km de long situé à la bordure méridionale du plateau Tibétain, au nord de la crête Himalayenne. Elle contient les reliques du vaste océan qui séparait l'Inde du Tibet pendant le Jurassique et le Crétacé : la Téthys. Dans la suture, des fragments de lithosphère océanique ont été préservés sous la forme d'une ceinture ophiolitique discontinue sous laquelle se retrouve un mélange ophiolitique. Les roches documentées dans la première partie de cette thèse ont été échantillonnées dans les occurrences de Bainang et de Angren/Buma, près de Xigaze, et plus à l'ouest sous l'ophiolite de Saga. Les relations de terrain suggèrent que ces roches représentent une semelle sub-ophiolitique démembrée. Sur la base des teneurs en éléments majeurs et traces de ces roches, cette semelle métamorphique aurait une affinité de N-MORB ou de BABB très similaire à celle de la croûte des ophiolites sus-jacentes. La géochronologie en Ar/Ar sur hornblende indique un âge de refroidissement entre 130 et 123 Ma. Considérant les modélisations complétées pour d'autres semelles métamorphiques dans le monde, ces âges peuvent également être considérés comme datant de très près le pic métamorphique. Les conditions du pic métamorphique on été contraintes thermobarométriquement et sont supérieures à 13 kbar et 800°C avec des moyennes dans l'ordre de 15 kbar et 850°C. Les relations de terrain, les données de littérature concernant les unités associées ainsi que la géochimie, la géochronologie et l'histoire métamorphique de la semelle subophiolitique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo supportent le modèle géodynamique suivant. Pendant le Jurassique ou le Crétacé Inférieur, la croûte des ophiolites du Yarlung Zangbo et le protolithe de sa semelle métamorphique sont formés à un centre d'expansion situé dans une zone de supra-subduction comprenant un bassin d'arrière-arc mature. Vers 130 Ma, une perturbation tectonique majeure change la direction relative des plaques et force l'initiation d'une nouvelle subduction localisée sur la ride d'extension du bassin arrière-arc. Le résultat est une ophiolite d'affinité d'arrière-arc piégée en contexte d'avant-arc et sous laquelle se retrouve une semelle métamorphique du faciès des granulites de haute-P et d'affinité d'arrière-arc. La deuxième suite de roches étudiée dans cette thèse consiste en des migmatites alumineuses à kyanite retrouvées dans le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa, au sein de la Syntaxie Himalayenne Orientale. Le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa est un dôme métamorphique à extrusion très rapide montrant des taux de denudation et d'exhumation extrêmes (~10mm/a). Il est situé à l'extrémité orientale de la chaîne Himalayenne et comporte la gorge la plus profonde de la planète. Les roches étudiées se retrouvent sous la forme de lentilles enrobées dans le gneiss migmatitiques à sillimanite qui forme la majorité du coeur de l'antiforme. Les lentilles migmatitiques à kyanite, d'âge Éocène-Oligocène (Zhang et al. 2010), ont été interprétées comme représentant la croûte inférieure du plateau Tibétain mais leur pic métamorphique dans le faciès des granulites de haute-pression était jusqu'à aujourd'hui contesté. Dans la présente étude, ces roches ont été investiguées quant à leur minéralogie, leur géochimie, les relations texturales entre les minéraux qui les composent et leur chimie minérale. Les résultats ont été interprétés à l'aide de pseudosections. L'interprétation confirme que ces roches représentent des protolithes sédimentaires alumineux ayant été enfouis à des conditions de croûte inférieure de l'ordre de 15 kbar et 850°C où ils ont perdu une proportion de leur liquide anatectique. Cependant, une proportion significative de liquide anatectique est restée piégée dans le réseau cristallin réfractaire, donnant lieu à d'importantes modifications texturales pendant l'exhumation jusqu'à des conditions de l'ordre de 10 kbar et 800°C, correspondant à la solidification finale du liquide piégé. Les résultats des modélisations suggèrent également que le potentiel de fusion par décompression d'une croûte inférieure aussi chaude est très faible puisque la plus grande proportion du liquide anatectique est produite pendant l'enfouissement. Cette étude démontre que la croûte inférieure Tibétaine était déjà fortement épaissie et très chaude peu après la collision initiale Éocène.