Ce projet de maîtrise, réalisé en partenariat avec la compagnie Minera Poderosa S.A., a pour but d'identifier les éléments primaires à la formation de la veine Consuelo et de caractériser la déformation en relation avec l'évolution du système hydrothermal. Il doit également permettre une meilleure compréhension des contrôles et processus de mise en place des veines et le développement d'un modèle de formation. Le système filonien aurifère de Poderosa, au sein de la Cordillère des Andes dans le Nord du Pérou, fait partie de la province de Pataz. Le gisement de Poderosa est un exemple classique de filons à contrôle structural présentant plusieurs caractéristiques qui ont été interprétées comme typiques des gisements orogéniques. Les veines (312 Ma 40Ar/39Ar) sont localisées dans la marge ouest du batholite tardi-Dévonien de Pataz (329 Ma), une intrusion calco-alcaline allongée N-S de 90 km et de composition dioritique à monzogranitique. Les veines sont associées à des zones de cisaillement fragile-ductile pouvant être interprétées comme des structures d'ordre secondaire à une faille de chevauchement majeure NNO matérialisée par la vallée du Maranôn. Elles se caractérisent par leur continuité latérale et verticale d'ordre kilométrique et par leur épaisseur généralement métrique. Tout comme la plupart des veines du secteur, la veine Consuelo montre une orientation générale N-S et un pendage modéré à 45 °vers l'est. Les épaisseurs sont très variables à l'échelle de la mine passant de quelques centimètres à plus de 5 m au centre du vecteur minéralisé. La veine occupe un ou plusieurs plans de fractures parallèles qui sont également observés en s'éloignant des secteurs connus. La veine (15-20 g/t Au) montre une paragenèse multi-stage typiquement riche en sulfures (Py, Sp, Ga, Aspy, Cp) avec quartz, carbonates, électrum et or. En l'absence de déformation, les textures sont dominées par des laminations résultant d'un mécanisme de « crack-seal », des cristaux de quartz en peigne et des brèches hydro thermales. En dépit des changements d'orientation de la veine, ces textures sont omniprésentes laissant voir une composante d'ouverture pluridirectionnelle. Lorsque déformée, la veine Consuelo devient rubanée et les épontes foliées. La présence de fragments d'éponte sans évidence de déformation au sein de la veine de même que l'asymétrie marquée de la déformation au toit et au mur suggèrent fortement une superposition tardive du cisaillement sur des veines « anté-déformation ». Une formation en extension dans des fractures préexistantes et dans un environnement dominé par la pression des fluides est le modèle privilégié pour expliquer l'origine des veines. En plus de la présence d'une série de fractures conformes, la mise en place de la veine Consuelo aurait été favorisée par le contact entre la diorite et une unité de hornblendite. Plusieurs vecteurs minéralisés sont reconnus au sein de la veine. Leur orientation de même que celle des hautes teneurs en Au correspondent à l'intersection du plan de veine et des failles transversales E-O. L'altération importante aux pourtours de ces failles de même que la présence de matériel hydrothermal et de valeurs anomales en Au suggèrent que ces failles auraient pu jouer un rôle dans l'acheminent des fluides hydro thermaux.

Les Eléments Hautement Sidérophiles (EHS) et les éléments chalcophiles sont des outils géochimiques essentiels pour la compréhension de processus géologiques tels que la différenciation terrestre et la formation de gisements magmatiques. Cependant, de nombreux aspects de leur comportement restent inconnus dans différents systèmes magmatiques. La distribution des éléments chalcophiles dans le manteau est mal déterminée à cause du manque de données pour les coefficients de partage entre le liquide sulfuré et le liquide silicate. Et le comportement des EHS pendant les premières étapes de la cristallisation du liquide sulfuré n'est pas bien compris, surtout en ce qui concerne le mode de formation de Minéraux du Groupe du Platine (MGP). Dans cette étude nous nous intéressons aux gouttelettes sulfurées trempées dans des verres frais de MORB. Ces gouttelettes représentent un liquide sulfuré qui a été trempé et qui a interagi avec le liquide silicate; ainsi elles sont adéquates pour calculer de nouveaux coefficients de partage et pour étudier la distribution des EHS et des éléments chalcophiles dans des sulfures représentatifs de sulfures magmatiques de hautes températures. Ces gouttelettes sulfurées présentent des textures variant de grains fins à zonées au sein d'un même échantillon ayant subi un refroidissement supposé homogène. Les textures à grains fins sont caractérisées par des intercroissances micrométriques de Solution Solide Monosulfurée (SSM) et d'une Solution Solide Intermédiaire (SSI) avec présence mineure de pentlandite et de magnetite. Les textures zonées sont caractérisées par une SSM massive et par un liquide sulfuré résiduel trempé riche en Cu avec présence d'exsolution de pentlandite et de magnetite automorphe. L'étude pétrographique et les analyses par Microsonde Électronique nous ont permis de déterminer que la taille des gouttelettes est un paramètre contrôlant les textures. Ainsi, les gouttelettes sulfurées de petites tailles (10- 30|im) présentent préférentiellement des textures à grains fins et les gouttelettes de grandes tailles (>50|um) présentent préférentiellement des textures zonées. Nous proposons que les petites gouttelettes sulfurées aient subi un sur-refroidissement plus brutal que les grosses gouttelettes sulfurées dû à une solubilité effective plus élevée. Au moment de l'éruption cette solubilité effective plus élevée retarde la cristallisation des petites gouttelettes sulfurées abaissant ainsi les taux de diffusion et augmentant les taux de nucléation ce qui aboutit à des textures à grains fins. À l'opposé, la cristallisation des grosses gouttelettes n'est pas retardée au moment de l'éruption ce qui permet la différenciation des phases sulfurées. Les analyses par Ablation Laser couplée à un Spectromètre de Masse (LA-ICP-MS) sur les gouttelettes à grains fins et le verre adjacent ont permis de calculer de nouveaux coefficients de partage pour le Co (45), Ni (776), Cu (133), Zn (3.5), Se (323), Ag (1138), Cd (107), Sn (10.8), Te (4791), Pb (57) et le Bi (487). Ces valeurs permettent de déterminer la contribution des sulfures au coefficient de partage général durant la fusion du manteau. Le Cu et le Te se comportent principalement comme des éléments compatibles pendant la fusion du manteau alors que les autres Iéléments chalcophiles sont modérément à fortement incompatibles. De plus, les rapports Cu/Pd des gouttelettes sulfurées suggèrent qu'elles se forment dans la chambre magmatique à Paplomb de la dorsale océanique et ont eu le temps de s'équilibrer avec le liquide silicate. Ni les profils de LA-ICP-MS ni les images de Microscope Electronique à Balayage ne montrent la présence d'inclusions indiquant qu'elles ne contiennent pas de Minéraux du Groupe du Platine (MGP). La répartition des EHS et des éléments chalcophiles dans les gouttelettes sulfurées montre que le Ni, Co, Re et une partie du Pt et du Pd sont intégrés en solution solide dans la SSM. Le Cu, Zn, Ag, Cd, Sn, Te, Bi, Pb et le Pt et le Pd restants sont concentrés dans le liquide sulfuré trempé riche en Cu. Comme pour les autres gouttelettes, les gouttelettes zonées ne contiennent pas de MGP. Le refroidissement subi par les gouttelettes implique que les taux de diffusion étaient trop faibles pour permettre la formation de MGP. Cela indique que l'exsolution est un processus majeur dans la formation des MGP dans les sulfures, qui est commun dans les systèmes refroidis plus lentement.

Le secteur de Monsabrais est situé au nord-ouest de la ville de Rouyn- Noranda, dans le Groupe de Blake River en Abitibi. Le Groupe de Blake River avait été récemment interprété comme étant un complexe de caldeiras imbriquées et séquentielles. Les caldeiras, en ordre chronologique, étaient celles de Misema (40x80 km), de New Senator (15x35 km) et de Noranda (15x20 km). Le secteur de Monsabrais présente des structures intrusives et effusives qui sont concentriques et radiales autour du Pluton de Monsabrais. Cela avait mené à l'interprétation de la présence d'une caldeira sommitale au sein d'un complexe volcanique distinct à l'intérieur de la grande caldeira de Misema. Ce secteur devenait donc très intéressant dans ce modèle, car les caldeiras sont des environnements propices pour l'exploration de sulfures massifs volcanogènes. Le but de cette étude était donc de proposer un contexte volcanologique adéquat pour le secteur de Monsabrais afin de comprendre la mise en place des différentes unités volcaniques. Les affleurements étudiés étaient constitués de faciès de coulée de lave en coussins de petites à grandes tailles, de faciès massif ou bréchique. Quatre compositions avaient été identifiées grâce aux analyses géochimiques: 1) basalte, 2) basalte andésitique, 3) andésite et 4) dacite. La cartographie des faciès et la géochimie des échantillons avaient permis d'identifier plusieurs unités lithologiques distinctes. L'unité de basalte ne présentait que le faciès massif sans colonnades et n'était présent qu'à un seul endroit sur le terrain. Son assemblage minéralogique primaire était plus à tendance ferromagnésienne. Deux unités lithologiques distinctes de basalte andésitique avaient été identifiées. Elles présentaient les faciès massifs, coussinés et bréchiques. Leur différence se situait au niveau pétrographique, où la plus vieille présentait des xénolites de la chambre magmatique. Les unités d'andésite présentaient les faciès massifs à bréchiques et étaient très similaires pétrographiquement. Elles montraient un cortège minéralogique à forte tendance quartzo-feldspathique. L'unité de dacite n'avait été observée qu'à un seul endroit sur le terrain. Elle présentait le faciès massif avec colonnades et sa minéralogie se composait principalement de reliques de plagioclase et d'une mosaïque de quartz et de feldspath provenant de la dévitrification du verre felsique. La cartographie des faciès volcaniques avait aussi démontré que la grande quantité de roches volcano-sédimentaires, présentes à Monsabrais, provenaient de la fragmentation autoclastique des coulées de lave. Les fragments étaient parfois amiboïdes et présentaient des motifs en casse-tête. Les brèches les plus distales montraient un litage pluridécimétrique à métrique ainsi qu'un granoclassement normal et des laminations parallèles. Cela indiquait un remaniement des dépôts primaires autoclastiques. L'étude pétrographique des minéraux secondaires avait aussi démontré que les roches du secteur de Monsabrais avaient subi un métamorphisme au faciès des coméennes à albite et épidote. La source de ce métamorphisme avait déjà été identifiée comme étant le Pluton de Monsabrais. Tous les minéraux montraient une (ou des) altération(s) et/ou au moins un événement métamorphique. Le plagioclase (microlites ou phénocristaux) était métamorphisé en albite et très souvent saussuritisé ou séricitisé. L'ouralitisation des pyroxenes et le métamorphisme en chlorite et épidote de la hornblende verte provenaient du métamorphisme rétrograde. L'étude géochimique pratiquée sur les échantillons avait permis de démontrer, dans un premier temps, un ajout important de silice dans toutes les lithologies, par les fluides hydrothermaux. Ensuite, les échantillons avaient une affinité magmatique transitionnelle à calco-alcaline, suite à une contamination crustale du magma. Les études des éléments du groupe des terres rares et de la géotectonique avaient permis de déterminer que les lithologies du secteur de Monsabrais provenaient d'une unique chambre magmatique d'un arc volcanique. L'intégration de tous ces résultats avait permis de générer un modèle pour le complexe volcanique de Monsabrais. La chambre magmatique présente sous le Pluton de Monsabrais aurait pu engendrer, dans cet ordre: les coulées de basalte, de basalte andésitique et de dacite. Par la suite, une réinjection de magma aurait provoqué les coulées andésitiques. Par contre, les observations de cette étude ne pouvaient démontrer la présence ou l'absence d'une caldeira sommitale, car elles avaient été faites sur un territoire trop restreint. Finalement, les observations et les résultats ne montraient pas d'évidence de minéralisation dans le secteur.

Une partie de la région nord-est de la Sous-province de La Grande (33H13, 33G07 et 33G09) a été cartographiée à l’échelle du 1/50 000 par les géologues du Bureau de l’exploration géologique du Québec. Dans cette région de la Baie-James, les formations de Magin, de Brune, et de Keyano (Aky5) sont composées de grès et de conglomérats à dominance de clastes felsiques (principalement des tonalites) et d’une proportion mineure de clastes ferrugineux (formation de fer et chert) et de clastes mafiques. Toutes les roches sont métamorphisées au faciès des amphibolites. Ces trois formations présentent des similitudes lithologiques qui peuvent conduire à les corréler entre elles de façon erronée. Le seul outil de corrélation utilisé présentement de façon régulière pour les roches de la Sous-province de La Grande est la géochronologie sur zircon. Le but de cette étude est de tester diverses autres méthodes pour établir les relations stratigraphiques entre les formations sédimentaires ayant un degré de similitudes, mais localisées dans des bassins distants géographiquement. L’étude sédimentologique conventionnelle supporte un environnement fluviatile de type Timiskaming commun aux trois formations et ne permet pas de les distinguer. L’étude pétrographique de ces formations révèle une recristallisation métamorphique des constituants de base qui limite grandement son utilité pour les caractériser et distinguer des sources différentes. Par contre, les clastes des conglomérats de ces formations peuvent être classés pétrographiquement; ils sont alors un outil intéressant, car représentatifs des sources. Donc, sur la base de la pétrographie des cailloux, la Formation de Brune se différencie des deux autres formations de la zone d’étude par l’absence dans les conglomérats de clastes de formation de fer. La lithogéochimie et la chimie minérale de certains minéraux lourds contenus dans de tels sédiments permet de corréler ou de distinguer les différentes formations sédimentaires puisque certains minéraux sont typiques de leurs sources. L’étude chimique des grès confirme le caractère distinctif de la Formation de Brune. L’analyse géochimique de base rend compte des différences entre les bassins, mais une analyse statistique (boîte à moustache, analyse en composantes principales, test de Tukey) couplée à des diagrammes binaires, permet de caractériser significativement chaque bassin par la géochimie. Toutefois, chaque bassin possède une signature géochimique caractéristique en éléments des terres rares. Cette méthode semble elle aussi très discriminante. En comparant la chimie des grès avec celle des clastes des conglomérats, il serait possible d’identifier la ou les sources principales. La géochimie des éléments immobiles (Th, La, Sc et Zr) permet d’identifier pour les trois formations un contexte tectonique commun d’îles en arcs continentales. Des diagrammes d’altération pour les roches archéennes révèlent une intensité faible de la météorisation. Les spectres multi-éléments en traces contenues dans les magnétites révèlent différentes sources temporelles. Des plutons felsiques, comme ceux présentement aux alentours des bassins, sont les sources principales des différentes formations, notamment le complexe de Langelier. La magnétite est un outil litho-corrélateur et indicateur de provenance des plus utiles dans le contexte métamorphique de la région. La géochimie des grès et de certains minéraux lourds sont donc les meilleurs outils pour établir des corrélations dans le contexte de la ceinture de roches vertes de La Grande. L’ensemble des méthodes utilisées dans cette étude converge toutes vers les mêmes conclusions : les formations de Magin et de Keyano possèdent au moins une source commune, alors que la Formation de Brune est la plus différente des deux autres.

II existe des échanges hydrauliques entre deux aquifères via un aquitard, mais il existe également des connexions hydrauliques directes entre deux types d'aquifères. Ces connexions hydrauliques entre un aquifère de roc fracturé et un aquifère granulaire sont mal documentées et peuvent représenter des quantités d'eau souterraine importantes qui transitent entre aquifères, et qui ne sont pas considérées dans le calcul des bilans hydriques. Donc, ces volumes d'eau négligés dans les bilans sous-estiment ou surestiment les quantités d'eau souterraine disponibles en réserve dans les aquifères. Il est alors essentiel de bien comprendre les flux d'eau souterraine donnant l'information nécessaire sur les calculs des réserves disponibles pour ainsi bien gérer cette ressource. Pour caractériser les écoulements souterrains régionaux et mettre en évidence les connexions hydrauliques entre deux types d'aquifère, des études à l'échelle régionale et à l'échelle locale ont été réalisées sur six sites investigués dans la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean. Pour montrer l'existence de telles connexions à ces échelles, plusieurs levés et essais ont été menés au sein des puits et piézomètres de l'ensemble des sites investigués. En effet, des levés piézométriques, des essais de pompage, des diagraphies en forage et des simulations numériques ont été réalisés pour mettre en évidence l'existence de connexions hydrauliques entre deux types d'aquifères. Au final, sur les six sites investigués, cinq d'entre eux ont présenté l'existence de connexions hydrauliques entre les aquifères à ces endroits. Toutefois, suite aux diagraphies en forage faites sur trois des six sites investigués, les résultats ont démontré que le tubage d'acier de deux puits sur trois était mal ancré dans le roc. Ceci favorise donc un apport d'eau dans le puits aménagé dans l'aquifère rocheux en provenance de l'aquifère granulaire sous-jacent. Ainsi, ces résultats laissent croire qu'au Saguenay-Lac-Saint-Jean, un grand nombre de puits aménagés dans le roc semblent présenter un défaut d'ancrage de leur tubage d'acier créant une connexion hydraulique entre les aquifères.

La Tuffite Clé à Matagami est le principal métallotecte utilisé pour l’exploration des gisements de sulfures massifs volcanogènes (SMV) dans le camp depuis plus de 50 ans. Tous les gisements exploités se trouvent le long de cette unité à forte continuité latérale. Malgré l’importance de cet horizon, le lien génétique avec les minéralisations demeure flou et les tentatives pour établir des outils géochimiques pour guider l’exploration des SMV non jamais identifiées de variations cohérentes vers les zones minéralisées. Ce problème est attribuable principalement à la nature complexe de l’unité. Elle est interprétée comme étant le résultat de deux composantes dont les proportions sont variables: 1) une composante d’origine tuffacée, et 2) une composante chimique. La vision du projet vise à scinder le pôle chimique en deux composantes: 1) la composante précipitée et 2) la composante d’altération hydrothermale. Le pôle précipité chimique est issu des fumerolles et correspond donc à la précipitation sur le plancher océanique d’un panache métallifère et siliceux plurikilométriques. La composante d’altération hydrothermale, selon la vision proposée est épigénétique. Elle correspond à la migration latérale de fluides le long de la tuffite après sa mise en place et son recouvrement par le Groupe de Wabassee, voire même après le basculement de la séquence volcanique. C’est cette signature qui est ciblée ici pour dégager un meilleur signal, car elle est considérée comme découlant directement des systèmes hydrothermaux à l’origine des SMV. Le but du projet de recherche était de développer des outils géochimiques qui traduisent efficacement la signature hydrothermale des tuffites et qui permettront de guider l’exploration pour les SMV. Pour mener à bien ce projet, l’environnement de dépôt, et le lien entre la tuffite et les minéralisations ont été étudiés. Les résultats démontrent que pour les deux gisements étudiés (Persévérance et Bracemac-McLeod), la mise en place des minéralisations est dominée par des processus de remplacement sous le plancher océanique. La Tuffite Clé n’est donc pas une exhalite au sens strict du terme, mais un horizon poreux et localement fortement altéré, voire même remplacé par le passage de fluides hydrothermaux. Ces résultats sont significatifs pour l’exploration et mettent en perspective l’importance d’étudier la composante d’altération hydrothermale de la Tuffite Clé pour comprendre l’évolution du système hydrothermal et de développer des outils de guidage efficaces. Le premier volet comprend la mobilité des terres rares légère et de l’Europium. Ces éléments, souvent considérés comme immobiles, sont documentés comme mobiles dans les zones d’altérations à Matagami. Cette mobilité est indicatrice de conditions d’hydrothermalisme spécifique et semble refléter l’efficacité du système hydrothermal. En particulier, l’Eu a un comportement anormal, s’étendant largement en dehors des zones minéralisées, soit dans les zones d’altération les plus distales (jusqu’à 400 m). Le deuxième volet s’attaque à la caractérisation de la chimie des pyrites, minéral omniprésent dans les zones minéralisées, mais aussi dans les halos d’altération. Seulement une minorité d’éléments ont été utiles pour décortiquer l’évolution du système hydrothermal. Parmi eux, Se, Tl et As sont particulièrement importants puisqu’ils ont permis de discriminer des pyrites provenant de zones minéralisées de basse et haute températures versus des pyrites associées à des zones non-économiques. Ces résultats ont une importance pour l’exploration des SMV à l’échelle du camp. Le modèle génétique mérite d’être réévalué. De nouveaux outils pour l’exploration (mobilité des terres rares et chimie des pyrites) ont été développés et sont vraisemblablement applicables à d’autres environnements de type SMV dans le monde.

La différenciation crustale, qui donne à la croûte continentale ses caractéristiques spécifiques, est un processus qui dépend notamment du transfert vers la surface de magmas d'anatexie formés à la base de la croûte. Une alternative au modèle de "dyking", dominant dans la littérature, est la migration pervasive des magmas d'anatexie. Ce mécanisme de transfert forme des complexes d'injections qui sont des zones de haut grade métamorphique dans lesquelles de grandes quantités de leucogranites sont injectées de façon pervasive. Les complexes d'injections sont avant tout décrits et définis comme des réseaux d'extraction et de transfert de magmas dans la littérature. Cependant, l'observation de ces terrains et les modélisations numériques laissent supposer qu'une partie non-négligeable de magmas est piégée dans ces réseaux. L'hypothèse testée au cours de ce doctorat est que les complexes d'injections sont des zones d'accumulation de magmas. Il est aussi postulé que cette accumulation de magmas a une influence importante sur certains paramètres de la croûte continentale. Pour tester ces hypothèses, une étude de terrain basée sur une cartographie régionale de la sous-province d'Opinaca a été effectuée. Les terrains de l'Opinaca sont surtout composés de roches métasédimentaires (90 % de métagreywackes et à 10 % de métapélites) qui contiennent une quantité variable de leucogranites présents sous forme de veines et de dykes. L'analyse métamorphique des terrains métasédimentaires indique que le degré maximal de fusion partielle à l'échelle régionale est d'environ 15 %. En comparaison, grâce à la description d'un grand nombre d'affleurements, il est estimé que le contenu typique d'un affleurement en leucogranite est d'environ 65 %. Cette différence entre la quantité de leucogranites produits in situ (15 %) et la quantité de leucogranites observée (65 %), qui est plus grande que les erreurs pour chacune des estimations, indique que le complexe d'injection de l'Opinaca agit comme un réservoir de magmas d'anatexie. L'accumulation de magmas se situe à des niveaux profonds de la croûte, plus profonds que les modèles classiques. Cela a des implications sur certains paramètres de la croûte. Notamment, les leucogranites sont enrichis en éléments producteurs de chaleur comparativement à leur source et aux métasédiments en général. L'accumulation de leucogranites dans le complexe d'injection de l'Opinaca se traduit alors par une augmentation de production de chaleur à des niveaux profonds (relativement à un scénario où les granites sont transportés dans la croûte supérieure). L'analyse lithogéochimique, associée à la pétrographie, montre que les leucogranites accumulés dans le complexe d'injection de l'Opinaca sont presque tous issus d'un fractionnement précoce (interprété comme un fractionnement "en route" des leucogranites). L'analyse des leucogranites montre des évidences (géochimiques et pétrographiques) d'un fractionnement de feldspath potassique qui forme des cumulats et un liquide résiduel enrichi en plagioclase albitique et en quartz. De nombreux leucogranites montrent des évidences géochimiques (appauvrissement extrême en terres rares), pétrographiques (présence de grenat) et texturales (grande proportion de pegmatites) qui indiquent que le complexe d'injection de l'Opinaca est composé majoritairement de granites évolués. L'accumulation de ceux-ci dans la croûte moyenne profonde a des implications pour la différenciation crustale, car cela remet en cause la vision classique du transfert et de l'évolution des leucogranites dans l'ensemble de la croûte. Une conséquence importante est la capacité des complexes d'injections à libérer des fluides à la fin de l'épisode métamorphique. Ceux-ci peuvent réhydrater des assemblages de haut grade et possiblement produire une fusion partielle secondaire par influx d'eau. L'ensemble de l'étude a permis de mieux comprendre les mécanismes et l'impact de la mise en place pervasive de magmas d'anatexie dans la croûte continentale. Les conséquences de la mise en place d'un complexe d'injection, soulevées dans le cadre de cette recherche, sont importantes dans la compréhension globale de la croûte continentale et du processus de différenciation.

La présence d’enrichissements en Os, Ir et Ru (collectivement nommés éléments de sous-groupe de l’Ir, ou IEGP) dans les roches plutoniques riches en chromites, ainsi que l’observation de corrélations positives entre les concentrations en IEGP et en Cr de nombreuses séquences mafiques à ultramafiques pauvres en sulfures, suggèrent fortement que la chromite exerce un rôle important sur le fractionnement des IEGP, et par extension du Rh, lors de la cristallisation fractionnée des magmas sous-saturés en sulfures. Cependant, il n’a toujours pas été établi si ce fractionnement est contrôlé par l’incorporation des IEGP et du Rh dans la chromite ou par la co-cristallisation de minéraux du groupe du platine (MGP) avec la chromite. De plus, puisque le contenu en MgO corrèle également avec les concentrations en IEGP, il semble que l’olivine pourrait également jouer un rôle en ce qui a trait au fractionnement de ces éléments. Afin d’étudier l’effet de la cristallisation de la chromite sur le fractionnement des IEGP et du Rh dans les magmas sous-saturés en sulfures, nous avons déterminé à partir d’analyses in situ par ablation laser couplée à un spectromètre de masse (LA-ICP-MS) l’abondance de ces éléments dans les chromites des picrites de la Grande Province Ignée d’Emeishan (ELIP) au sud-ouest de la Chine. Les signaux d’analyse pour les IEGP et le Rh sont généralement constants, indiquant que ces éléments sont distribués de manière homogène dans la structure de la chromite. Les concentrations médianes en Os, Ir, Ru et Rh sont de 30, 23, 248 et 21 ppb, respectivement. L’observation d’une corrélation positive entre les ratios Fe3+/(Cr + Al + Fe3+) et les concentrations en Rh des chromites d’Emeishan suggère que l’incorporation du Rh dans la chromite est contrôlée par le degré d’inversion de la structure du spinelle, et donc, que le Rh est sensible aux variations de la fugacité d’oxygène au sein des magmas picritiques de la ELIP. D’autre part, il semblerait que l’enrichissement en Os, Ir et Ru soit contrôlé par d’autres paramètres tels que la température élevée des magmas picritiques et/ou la présence de concentrations élevées en IEGP dans ces magmas. Basés sur des calculs empiriques, les coefficients de partage obtenus lors de cette étude suggèrent que l’ordre de compatibilité des IEGP et du Rh dans les chromites d’Emeishan est la suivante : Ru ( = 119) > Rh ( = 43) > Ir ( = 21) > Os ( = 17). Malgré la forte compatibilité des IEGP et du Rh dans la chromite, les calculs de bilan de masse démontrent que la chromite ne contrôle pas la totalité du budget roche totale en IEGP et en Rh avec un maximum de ~85% du budget en Ru, ~50% du budget en Rh, et moins de 25% des budgets en Os et en Ir. La présence de grains micrométriques de MGP, tels que de la laurite (RuS2), des alliages d’Os-Ir±Ru et des alliages de Pt-Fe (±IEGP et Rh), lesquels ont été observés à partir d’analyses in situ par LA-ICP-MS et par microscopie électronique à balayage, pourrait être à l’origine du budget roche totale en IEGP et en Rh qui n’est pas contrôlé par la chromite. Cependant, en supposant que les IEGP et le Rh peuvent être modérément compatibles avec l’olivine, celle-ci pourrait également contribuer au contrôle de ces éléments en raison d’une grande quantité de phénocristaux dans les picrites d’Emeishan (jusqu’à ~50% volumique). Basés sur une modélisation numérique, nous concluons que la chromite, l’olivine et les MGP jouent tous un rôle en ce qui a trait au fractionnement des IEGP et du Rh durant les premiers stades de la cristallisation fractionnée des magmas picritiques. De plus, nous avons établi que l’incorporation préférentielle du Ru dans la structure de la chromite est à l’origine des anomalies en Ru observées à partir des profils en Ni-Cu-EGP normalisés au manteau primitif des basaltes de la ELIP. D’autre part, l’importance relative de l’olivine et des MGP pour le contrôle des IEGP et du Rh demeure incertaine et pourrait s’avérer être un sujet clé pour de nouvelles investigations.

La série de roche volcanique Thingmúli en Islande est très bien connue comme un exemple classique de liquides issus de cristallisation fractionnée. Dans ce projet deux objectifs ont été fixés. Le premier consiste à tenter de déterminer quelle est l’origine des macrocristaux de plagioclases tandis que le second consiste à déterminer si la cristallisation fractionnée de ces macrocristaux peut produire une variation chimique observable dans les différents types de laves d’un même volcan. La cristallisation fractionnée sera étudiée ici, autant comme un processus chimique qu’un processus physique. Cette étude prend donc en compte la chimie des roches ainsi que la taille des cristaux afin de vérifier et clarifier l’effet de la cristallisation fractionnée. Une analyse au XRF de l’Université de Liège a été réalisée afin d’obtenir la concentration roche-totale de tous les éléments des échantillons. Puis une analyse à la microsonde électronique de l’Université Laval a été faite afin d’obtenir les éléments majeurs des plagioclases. Pour finir, une analyse au LA-ICP-MS a été réalisée à l’Université du Québec À Chicoutimi afin d’obtenir les concentrations des éléments traces des plagioclases des échantillons. Parallèlement à cela, une étude texturale a été réalisée à l’aide des courbes CSD (Crystal Size distribution). Pour répondre au premier objectif, des calculs avec les équations de Namur et al. (2012) et une comparaison des coefficients de partage avec la compilation de données de Bédard (2006) ont été effectués. Il en est ressorti que la plupart des macrocristaux qui composent les roches sont des antécristaux en déséquilibre avec le liquide initial. La plupart de ces liquides ont déjà eu un fractionnement des plagioclases avant l’incorporation d’antécristaux. Pour atteindre le second objectif, un bilan de masse, une modélisation du fractionnement avec l’équation de Rayleigh et une modélisation avec le logiciel Pele ont été réalisés. Suite au bilan de masse, lors du fractionnement, l’effet de la cristallisation des macrocristaux de plagioclases ne semble pas faire une grande différence entre le liquide restant et les roches totales. En effet, l’écart créé n’est pas suffisant (1 à 3 %) par rapport à la réalité observée. La modélisation du fractionnement avec l’équation de Rayleigh a montré que la tendance générale des courbes de fractionnement ne semblait pas être vraiment en accord avec la tendance générale des données roches totales de nos échantillons. Or, si le fractionnement ne suit pas la tendance générale créée par les roches totales, cela signifie que les macrocristaux de plagioclases ne sont pas les seuls responsables de l’évolution chimique du magma. Pour finir, la modélisation avec le logiciel Pele a démontré que la cristallisation des plagioclases se produit majoritairement entre 1200 et 1000 °C, donc que la plupart des plagioclases se retrouvant dans les roches intermédiaires et felsiques (ayant des températures de formation plus froides) se sont formés lors de la formation des basaltes. Donc les macrocristaux de plagioclases ne peuvent pas à eux seuls expliquer l’évolution et la variation chimique de la suite magmatique. Cela implique que le fractionnement simultané de plusieurs phases minérales (plagioclases, clinopyroxènes, magnétites…) ainsi qu’un apport extérieur de matière semble être à l’origine de la différentiation du magma de la suite volcanique de Thingmúli. D’après l’étude texturale, il semblerait que lors de la création des basaltes, il y a eu un premier mélange de magma créant les ruptures de pente sur les CSD ayant les plagioclases les plus matures. Puis, avant l’éruption des rhyolites, il y aurait eu mélange d’un autre magma leur apportant de nouveaux antécristaux.

Les carbonatites sont d’excellentes cibles d’exploration pour les éléments des terres rares (ETR) puisqu’elles en sont naturellement riche. Or, cet enrichissement n’est pas suffisant pour former une concentration en ETR rentable. Un mécanisme de concentration des ETR s’avère alors nécessaire. Trois mécanismes sont communément considérés : magmatique, hydrothermal et supergène. La quasi-totalité des enrichissements en ETR dans les carbonatites sont actuellement interprétés comme étant le résultat d’une remobilisation hydrothermale des ETR par lessivage de minéraux primaires. En général, les tonnages associés à ce type de mécanisme sont trop faibles pour être économiques. Une récente campagne de forage dans la carbonatite de Saint-Honoré indique qu’elle fait exception. En effet, le tonnage est significatif et peut être classé comme étant un gisement de classe mondiale. Cette campagne de forage a été effectuée à de grandes profondeurs ce qui permet d’étudier la carbonatite en écartant l’interaction avec les eaux de surface qui est significatif dans la plupart des carbonatites. Un nouveau modèle combinant le magmatisme et l’hydrothermalisme est proposé pour expliquer la minéralisation en ETR de la carbonatite de Saint-Honoré. Selon ce modèle, des minéraux de ETR ont cristallisé durant la mise en place de la phase tardive de la carbonatite. En effet, la concentration en ETR s’est enrichie progressivement par processus de cristallisation fractionné pour atteindre un point de saturation et de cristallisation. Par la suite, un fluide hydrothermal a remobilisé la minéralisation en place pour former de fines aiguilles de bastnaesite et de monazite typique des minéralisations hydrothermales dans les carbonatites. Ce modèle est basé sur l’observation pétrographique et géochimique de la Fe-carbonatite de Saint-Honoré. D’une part, les textures caractéristiques d’une minéralisation hydrothermale dans les carbonatites sont présentes : des amas minéralisés polyminéralogiques à croissances radiales à partir des carbonates et de la baryte, la présence d’halite, une silicification et une minéralisation post-bréchique. Il est à noter que les grains de baryte sont interprétées comme étant primaires puisqu’elles sont bréchifiées, altérées et silicifiées par le fluide hydrothermal. D’autre part, dans la partie plus profonde de la carbonatite des inclusions de bastnaesite dans des barytes primaires suggèrent qu’il y a eu précipitation des ETR avant ou pendant la formation des barytes primaires donc avant l’évènement hydrothermal. L’activité hydrothermale est interprétée comme étant plus faible en profondeur, car il y a une diminution de la concentration d’halite, la bréchification est moins intense et il y a moins d’inclusions fluides secondaires captées. Cette cristallisation magmatique en ETR peut être un facteur important pour former des gisements de haut tonnage. Un exemple classique d’un gisement magmatique est celui de Mountain Pass en Californie où les cristaux idiomorphes de bastnaesite peuvent être centimétriques. De plus, la présence de baryte primaire et/ou abondante serait un critère d’exploration pour les carbonatites puisqu’il semble refléter une fusion partielle extrêmement faible du manteau additionné à une cristallisation magmatique des ETR.