Présentations éclair du Défi de la recherche en géosciences – Niveau Doctorat

Le Québec est maintenant reconnu pour l’importance des gisements de pegmatites granitiques lithinifères archéennes dans la partie SE de la Province du Supérieur. Cependant, les processus fondamentaux qui ont contrôlé leur distribution et qui ont mené à leur enrichissement en Li demeurent peu documentés. Ces pegmatites sont principalement encaissées dans des roches supracrustales, comme celle de la ceinture de Frotet-Evans, environ 100 km au nord de Chibougamau. Dans ce secteur, les intrusions associées aux minéralisations en Li sont regroupées au sein de deux secteurs principaux : Moblan à l’est et Sirmac à l’ouest. Une étude globale du champ de pegmatites de Sirmac a été entreprise afin de comprendre les principaux contrôles pétrologiques et tectoniques, la nature des sources magmatiques et l’empreinte hydrothermale dans les roches hôtes. Le programme de recherche comprend deux études doctorales; l’une consiste en une étude structurale, géochronologique (U-Pb), géochimique et minéralogique des pegmatites et des roches hôtes, l’autre porte sur des expériences visant à reproduire les conditions de formation de ces intrusions, la modélisation des processus d’enrichissement en Li et l’utilisation des gaz rares comme outil pétrogénétique.

Le gisement de Sirmac contient des ressources mesurées et indiquées de 0,27 Mt à 1,4 % Li₂O (rapport 43-101, 2023). Il inclut trois dykes minéralisés principaux qui atteignent 30 m de largeur et s’étendent latéralement sur plus de 600 m, mais ceux-ci sont compris au sein d’un essaim de plusieurs pegmatites stériles. Les observations préliminaires montrent que les dykes minéralisés en spodumène sont surtout encaissés dans des grès et des conglomérats polygéniques. Ils peuvent être subdivisés en différents faciès texturaux : 1) des zones à quartz-spodumène grossier, 2) un faciès hétérogène à granulométrie et texture variables contenant muscovite, tourmaline, biotite, apatite et grenat, et 3) un faciès à granulométrie moyenne à grossière avec une composition minéralogique semblable au précédent. Certains dykes plus minces (< 2 m) montrent un cœur riche en quartz-albite-spodumène avec des cristaux de béryl centimétriques. Les pegmatites sont orientées NW-SE et ne présentent pas de foliation tectonique pénétrative. Elles sont relativement tardives dans l’histoire tectonique régionale puisqu’elles sont postérieures au métamorphisme régional (zone à biotite) et recoupent à angle fort la foliation principale (E-W) dans les roches encaissantes. Toutefois, l’organisation géométrique de ces intrusions semble relativement complexe, avec des dykes subhorizontaux et d’autres à fort pendage. Les prochaines étapes du projet consisteront à procéder à l’échantillonnage des différents faciès pour les études géochimique et minéralogique, à la cartographie géologique afin de comprendre la géométrie du système magmatique et à l’établissement d’une collection de matériaux de référence pour les expériences et les modélisations.

La demande croissante en lithium, alimentée par le développement des technologies de batteries, nécessite des méthodes plus efficaces d’aide à l’exploration et à l’exploitation. Ce projet de doctorat vise à mettre au point et à optimiser l’utilisation de la spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS) portatif pour la quantification in situ des éléments en traces, notamment le lithium, dans les gisements minéraux.

Le projet s’articule autour de plusieurs aspects clés : la calibration particulière à des matrices géologiques complexes, l’amélioration de la sensibilité de détection par des réglages instrumentaux et l’évaluation des performances du LIBS portatif dans des conditions de terrain variées. Des essais préliminaires ont été réalisés sur des échantillons provenant de pegmatites riches en Li de la mine Lithium Amérique du Nord et du gisement de Whabouchi. Ces essais ont révélé que le LIBS est capable de détecter le lithium à des concentrations correspondant à celles des échantillons de roches pulvérisées et des copeaux de forage. Les résultats obtenus ont été comparés aux valeurs de référence disponibles, aux analyses effectuées par Elemission (LIBS de laboratoire) et aux valeurs obtenues par ICP optique. Les analyses effectuées sur les stocks de roche au gisement de Whabouchi ont également permis de distinguer les stocks de minerai des rejets.

Les résultats de cette recherche fourniront des outils précieux aux géologues de terrain et aux géologues miniers en facilitant une exploration plus rapide, précise et économique des ressources minérales stratégiques. Ces outils permettront de surmonter les défis techniques liés à l’analyse des éléments présents en faibles concentrations, tout en optimisant les méthodes de détection sur le terrain et en laboratoire. Ils contribueront ainsi à une meilleure efficacité des exploitations minières et à la réduction des coûts d’exploration.

Dans la région de Chapais-Chibougamau, le Groupe d’Opémisca (< 2707 à < 2691 Ma) est caractérisé par plusieurs unités sédimentaires suivies d’un épisode volcanique tardif de nature alcaline potassique et subaérienne (Formation d’Haüy). Dans le secteur du ruisseau aux Alouettes (feuillet SRNC 32G13), les travaux réalisés par Beaudette, Daoudene, Bats et Ross à l’été 2022 ont permis de démontrer la présence d’un volcanisme subalcalin sous-marin contemporain du Groupe d’Opémisca. Cette étude vise donc à réévaluer l’âge, la géochimie et l’environnement de déposition des roches volcaniques dans le reste de l’Opémisca, plus particulièrement dans la Formation d’Haüy. Ces travaux seront réalisés dans le cadre d’un doctorat à l’INRS et combineront la cartographie à l’échelle régionale et de détail à des travaux de laboratoire (géochimie de roche totale, analyses pétrographiques, données géochronologiques U-Pb sur zircons).

L’été 2024 a permis de cartographier deux secteurs associés à la Formation d’Haüy. Dans la partie ouest du Synclinal de Chapais (feuillet 32G14), la cartographie du flanc nord du synclinal a permis d’identifier 6 lithologies distinctes, soit, du nord vers le sud :

- des turbidites associées à la Formation de Daubrée;

- une séquence associée à la Formation d’Haüy d’environ 2,5 km d’épaisseur apparente composée de roches volcaniques mafiques (V3) à intermédiaires (V2) porphyriques à pyroxène intercalées avec un niveau de V3-V2 trachytiques à feldspath contemporain de roches sédimentaires (conglomérats et grès principalement);

- des V2 aphanitiques.

Dans la partie ouest du Synclinal de Waconichi (feuillet 32J02), les travaux de cartographie du secteur ont permis de reconnaître 6 lithologies distinctes jusqu’alors attribuées au Membre de Christian. Cette séquence montre une polarité normale vers le sud et est constituée, de la base vers le sommet :

- de turbidites associées à la Formation de Chebistuan; d’une unité d’au moins 3,5 km d’épaisseur apparente de V3-V2 trachytiques à feldspath associée à la Formation d’Haüy, incluant des faciès coussinés, intercalés avec un niveau de V3-V2 porphyriques ou de volcanoclastites à pyroxène;

- de V3-V2 trachytiques à feldspath et à pyroxène;

- de V3-V2 porphyriques à pyroxène. Plusieurs niveaux de roches sédimentaires sont contemporains des roches volcaniques.

Les caractéristiques de ces séquences suggèrent que les environnements de déposition marquent la transition entre un milieu sous-marin profond (turbidites) vers un milieu sous-marin peu profond, voire subaérien (roches volcano-sédimentaires sus-jacentes).

Ce projet vise une meilleure compréhension de la stratigraphie régionale, outil clé dans l’exploration minérale.

Les gisements de SMV (sulfures massifs volcanogènes) forment couramment des grappes, mais les facteurs influençant la fertilité des centres volcaniques, des assemblages ou des ceintures entières restent incertains. Cela est particulièrement évident dans la ceinture de roches vertes archéenne de l’Abitibi où l’assemblage Stoughton-Roquemaure (S-R; 2723 à 2720 Ma) représente moins de 1 % du tonnage total provenant de gisements de SMV avec seulement 5 dépôts et occurrences, tandis que l’assemblage Blake River (BR) (2704 à 2695 Ma) a produit 46 % du tonnage total avec plus de 40 dépôts et occurrences.

Pour explorer ces disparités d’un point de vue pétrologique, nous avons effectué une analyse comparative des données géochimiques pour les éléments majeurs et en traces (n = 4541) des roches volcaniques subalcalines de ces deux ensembles. Les assemblages S-R et BR comprennent des types de roches volcaniques variés, mais présentent toutefois des différences notables. Par exemple, les roches ultramafiques représentent environ 4 % de l’assemblage S-R, mais sont absentes dans l’assemblage BR. Une analyse en composantes principales des analyses de roches mafiques à felsiques a permis d’identifier les éléments Th, Yb, Zr et Ti comme variables clés parmi les éléments immobiles, menant à la création d’un diagramme de discrimination Ti/Zr en fonction de Th/Yb qui a permis de mettre en évidence 12 groupes géochimiquement distincts.

Deux groupes dominants représentent environ 46 % de l’ensemble des données : les basaltes tholéiitiques et les basaltes riches en Th (principalement calco-alcalins). La pétrogenèse des basaltes tholéiitiques, étroitement liée à des sources mantelliques, a été examinée à l’aide de modèles de cristallisation fractionnée (Magma Chamber Simulator). Cette approche souligne l’importance de paramètres tels que la teneur en eau, la pression et la fugacité de l’oxygène dans la différenciation basaltique. En outre, des modèles d’assimilation-cristallisation fractionnée (AFC) ont été développés pour expliquer les produits plus évolués, suggérant que l’interaction entre les basaltes tholéiitiques et une croûte continentale de type TTG a contribué à la diversité géochimique observée. Des modèles de mélange magmatique permettent également d’expliquer certaines variations.

Notre analyse indique que les gisements de SMV des deux assemblages sont étroitement associés à la présence de roches volcaniques mafiques à intermédiaires, souvent d’affinités transitionnelles à calco-alcalines. Ces compositions géochimiques semblent résulter de processus d’AFC ou de mélange magmatique, induits par des interactions entre des magmas asthénosphériques et la croûte terrestre, qui favorisent le développement de compositions évoluées (intermédiaires à felsiques) propices à la formation des SMV.

La région de Val-d’Or est connue pour ses veines aurifères de quartz-carbonate ± tourmaline (QTC) formées dans des zones de cisaillement recoupant des roches métamorphisées au faciès des schistes verts. L’identification des altérations liées à ces minéralisations est essentielle pour l’exploration. Cependant, dans le cas des gisements d’or de type orogénique, les faibles dimensions des halos d’altération discernables par les méthodes classiques rendent ce processus difficile. Ce projet a pour but de caractériser et de vectoriser les altérations associées aux veines d’or de type orogénique des gisements d’Ormaque et de Triangle (Eldorado Gold Québec) situés à Val-d’Or.

Les veines de QTC aurifères du gisement de Triangle comprennent des veines de cisaillement et, dans une moindre mesure, des veines d’extension encaissées dans un tuf et une cheminée dioritique. Les séquences d’altération varient en fonction des lithologies. Dans le tuf, le halo proximal des veines, épais d’environ 1 m, se caractérise par une forte foliation et une altération en séricite-carbonate-pyrite. Il est suivi par une zone distale d’environ 5 m d’épaisseur riche en chlorite. Dans la diorite, le halo proximal de moins d’un mètre d’épaisseur montre l’assemblage séricite-albite-carbonates. Il est suivi sur quelques mètres d’un halo intermédiaire à chlorite-hématite, puis d’une zone distale d’épidotisation du plagioclase pouvant atteindre localement 15 m.

La minéralisation du gisement d’Ormaque est principalement formée de veines de QTC en extension encaissées dans une diorite porphyrique nommée localement « Porphyre C ». Les altérations proximales associées à ces veines sont caractérisées par les assemblages tourmaline-carbonate-pyrite ou albite-carbonate-pyrite avec des épaisseurs variant de quelques centimètres à 3 m. Les altérations distales sont difficiles à discerner en raison d’une altération répandue en chlorite-carbonate et d’une silicification qui ne semblent pas être liées aux veines de QTC, ainsi qu’à la présence d’altérations associées à des systèmes de veines formés lors d’épisodes hydrothermaux antérieurs à ces dernières.

Un échantillonnage des roches altérées a été réalisé à diverses profondeurs et distances des veines de QTC aurifères des deux gisements. Ces échantillons permettront de caractériser pétrographiquement les halos d’altération à Ormaque et à Triangle et de mieux déterminer l’extension de l’altération distale. Le contenu en éléments majeurs et en traces des divers minéraux d’altération sera déterminé par microsonde électronique et LA-ICP-MS. Ces résultats permettront de déterminer l’empreinte géochimique des altérations distales associées aux veines aurifères dans le but de déterminer des critères de vectorisation de la minéralisation.

Le gisement de Ag-Zn (Pb) épithermal filonien de Miguel Auza (~ 45 Ma) est situé dans le secteur nord de la province de Mesa Central, dans la Ceinture d’argent mexicaine. Il se distingue par l’ancienneté de sa minéralisation par rapport à d’autres systèmes filoniens de la Mesa Central et par la relation géométrique entre les filons hydrothermaux minéralisés orientés NE-SW et les filons riches en calcite postminéralisations orientés NW-SE. La minéralisation est encaissée dans des turbidites du Crétacé tardif, des intrusions porphyriques intermédiaires et des cryptodômes felsiques. Afin de caractériser l’évolution tectonomagmatique et thermochronologique du système hydrothermal, une étude pétrographique, géochimique et microthermométrique (inclusions fluides) a été réalisée pour identifier le contexte et l’évolution physico-chimique du système filonien.

Les intrusions sont de composition monzonitique et dioritique, avec une affinité calco-alcaline et une signature en éléments en traces montrant un environnement d’arc magmatique. Les dômes felsiques présentent des anomalies négatives en Nb-Ta, Ti et P, ainsi qu’un enrichissement en Zr et Hf. En revanche, les laves andésitiques qui recouvrent la succession de turbidites minéralisées et les intrusions présentent une signature en éléments en traces suggérant une composition alcaline. Ces roches représentent probablement le début du magmatisme oligocène associé à la tectonique extensive de la Province de Basin and Range, toujours active dans le centre et le nord du Mexique.

Nos travaux indiquent une évolution hydrothermale comprenant des veines métriques à centimétriques de quartz-calcite riches en sulfures et des zones minéralisées de type mantos qui sont caractérisées par des paragenèses à 1a) calcite ± pyrite avec sphalérite, chalcopyrite et galène et 1b) quartz ± calcite avec sphalérite, galène, chalcopyrite et arsénopyrite, pyrargyrite, tétraédrite et acanthite; et 2) des veines stériles métriques riches en calcite avec des textures en lattes qui recoupent les phases 1a et 1b. Les analyses microthermométriques des inclusions fluides primaires dans le quartz, la calcite et la sphalérite de ces deux phases montrent des températures d’homogénéisation comprises entre 310° et 130 °C; avec des salinités variant de 16 à 5 % (poids NaCl équiv.). Les veines de la phase 2 présentent des températures d’homogénéisation plus basses, entre 195° et 132 °C, et des salinités variant entre 12 et 3,5 % (poids NaCl équiv.), ce qui peut indiquer un système hydrothermal moins profond ou de plus basse température que la phase 1. Des analyses isotopiques de l’oxygène sur le quartz et la calcite sont en cours afin de calibrer la correction isochorique et d’obtenir la pression et la température de mise en place des veines synminéralisations et postminéralisations.

Le centre et l’ouest de la Province de Grenville contient plusieurs intrusions alcalines riches en ETR formées pendant et après l’Orogenèse grenvillienne (1090 à 980 Ma) lors une collision continent-continent le long de la marge SE de la Laurentie. Cette étude porte sur la Suite intrusive de Rivière Noire (RNIS), située au nord de Dolbeau-Mistassini, qui a fait intrusion dans le Complexe anorthositique de Lac-Saint-Jean. La RNIS est formée principalement de cumulats clinopyroxénitiques à localement gabbroïques, riches en titanite, apatite et allanite, qui contiennent des concentrations en ETR atteignant 0,3 %, principalement contenus dans l’allanite. Ces cumulats sont recoupés par des dykes centimétriques à métriques de gabbro à monzonite à grain fin, ainsi que par des dykes de pegmatite et d’aplite monzonitiques à granitiques. Des datations U-Pb par la méthode LA-ICP-MS ont été effectuées sur la titanite et l’apatite de deux échantillons de pyroxénite et sur les zircons d’une monzonite (7005_B1), d’une aplite syénitique (7012_C1) et de deux pegmatites syénitiques (7003_C1 et 7012_E1).

Dans les échantillons de pyroxénite, deux populations de titanite distinctes ont été identifiées avec des âges anciens de 1148 ±8 Ma et 1131 ±28 Ma et des âges plus jeunes de 1096 ±11 Ma et 1061 ±14 Ma. L’apatite a donné des âges de 1055 ±37 Ma et 933 ±8 Ma. Les datations de titanite plus anciennes sont interprétés comme des âges de cristallisation, tandis que les âges plus jeunes de la titanite et de l’apatite sont attribués à des perturbations et/ou à des âges de refroidissement. Les échantillons 7003_C1, 7005_B1 et 7012_C1 sont interprétés comme contemporains, conformément aux relations de recoupement observées sur le terrain, avec des âges compris à l’intérieur de l’erreur analytique (respectivement 1123 ±8 Ma, 1116 ±5 Ma et 1125 ±8 Ma; âges ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb moyens pondérés). La pegmatite 7012_E1 est une intrusion plus jeune avec un âge ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb moyen pondéré de 1103 ±6 Ma. Les variations du contenu en éléments en traces des zircons, en particulier les rapports Yb/Gd, appuient l’interprétation que cette pegmatite représente un évènement magmatique distinct. Des analyses isotopiques du Hf effectuées sur les zircons datés indiquent des valeurs de εHf ~ +4,5 constantes pour tous les échantillons. Cette observation suggère que la source du RNIS implique une composante de manteau métasomatisé, ainsi que des contributions de la croûte de Québecia. La RNIS, avec ses cumulats mafiques riches en ETR, représente une intrusion atypique dans la Province du Grenville et constitue la première mention d’une intrusion alcaline prégrenvillienne riche en ETR.

La Ceinture allochtone de moyenne pression de la Province de Grenville contient de nombreuses intrusions de pegmatite granitique riches en terres rares légères. Ces pegmatites se sont formées entre 1060 et 970 Ma et résultent de la différentiation et de la cristallisation de liquides anatectiques. L’essaim de pegmatites de Lac Jacques, dans la région du Lac-Saint-Jean (Québec), est un exemple typique de ces minéralisations. Il consiste en plus de 100 dykes de pegmatite granitique non déformés qui recoupent un métagabbro déformé et migmatitique. Deux familles de dykes sont reconnues : les pegmatites blanches de composition syénogranitique et les pegmatites roses granitiques. Seules les pegmatites roses sont enrichies en terres rares légères, Nb et Th, principalement contenus dans l’allanite, la monazite et le pyrochlore. Le métagabbro encaissant contient des leucosomes in situ parallèles à la foliation et est recoupé par des leucosomes mobilisés.

Des datations U-Pb couplées à des analyses isotopiques du Lu-Hf ont été réalisées par la méthode LA-ICP-MS sur des zircons provenant du métagabbro, du leucosome mobilisé et des deux familles de pegmatites. Le métagabbro contient deux populations distinctes de zircon présentant des textures typiques de zircons métamorphiques. Les grains concordants de ces deux populations ont des âges de 1121 ±20 Ma et de 1022 ±20 Ma, respectivement. Le premier âge est interprété comme celui du pic métamorphique et le second enregistre un évènement thermique plus jeune ayant affecté la région. Les deux populations de zircon ont des signatures ε(Hf)t d’environ +7. Les zircons du leucosome mobilisé présentent des âges concordants entre 1150 et 1030 Ma, avec une majorité formant une population ayant un âge de 1069 ±3 Ma, interprété comme l’âge de cristallisation, et une valeur de ε(Hf)t d’environ -0,4. L’âge de cristallisation des zircons d’une pegmatite syénogranitique blanche est de 1050 ±5 Ma avec une signature ε(Hf)t d’environ -2. Les deux pegmatites roses granitiques ont fourni des âges de cristallisation de 1006 ±2 Ma et de 999 ±6 Ma et des signatures ε(Hf)t d’environ -8. Ces résultats indiquent que les pegmatites de Lac Jacques se sont mises en place lors de deux évènements postmétamorphiques distincts à partir de liquides anatectiques provenant de la fusion partielle de roches différentes, comme l’indique les signatures ε(Hf)t distinctes des zircons. Alors que la signature ε(Hf)t d’environ -2 des pegmatites blanches est cohérente avec un magma provenant de la fusion partielle de roches de l’Allochtone, la valeur d’environ -8 des pegmatites roses indique plutôt une fusion partielle de roches provenant du Parautochtone.

Quatre carbonatites dans l’alignement Waswanipi-Saguenay présentent de grandes disparités dans leur contenu en niobium. La source de ces intrusions aurait-elle un impact sur leur potentiel de minéralisation? Cette portion de ce projet cherche à déterminer la source des carbonatites de Saint-Honoré, Shipshaw, Girardville et Crevier et de l’utilisation possible de cette information pour l’exploration. Ces intrusions se sont mises en place durant deux périodes, soit autour de 950 Ma à 883 Ma pour Crevier et Girardville et autour de 580 Ma à 512 Ma pour Saint-Honoré et Shipshaw. Les intrusions de Saint-Honoré, Crevier et Girardville sont associées à des syénites à néphéline trouvées, entre autres, en enclaves dans les carbonatites, ce qui n’est pas le cas à Shipshaw. Leur structure diffère également, avec Saint-Honoré et Crevier qui présentent une structure concentrique, Girardville formant un unique dyke et Shipshaw un essaim de dykes. L’importance des minéralisations en niobium varie aussi grandement, puisque Saint-Honoré est économique et contient du pyrochlore et de la colombite à Nb, Crevier est subéconomique avec du pyrochlore à Nb-Ta, Girardville est non économique avec de l’ilménite à Nb de même que Shipshaw où l’on observe seulement un type de dykes de faible volume contenant des pseudomorphes de pyrochlore. Les nouvelles datations U-Pb sur apatites de deux familles de dykes de la carbonatite de Shipshaw ont donné un âge de 554 ±18 Ma pour les dykes avec les plus hautes teneurs en Nb, tandis que les dykes plus volumineux, pauvres en Nb, montrent un âge de 512 ±13 Ma. Des datations Ar-Ar sur micas (du cœur à la bordure) ont également été réalisées sur la carbonatite de Girardville (915,6 ±2,9 à 889,2 ±2,9 Ma) et la carbonatite de Saint-Honoré (586,1 ±2,9 à 576,9 ±2,9 Ma). Les résultats isotopiques pour la carbonatite de Saint-Honoré (rapports 87Sr/86Sr entre 0,70292 et 0,70313 et 143Nd/144Nd entre 0,51205 et 0,51211) indiquent une source mantellique similaire à celle de la carbonatite de Fen, de l’intrusion litée de Sept-Îles et de la suite E-MORB norvégienne, toutes des intrusions magmatiques reliées à la Central Iapetus Magmatic Province (CIMP, ~615 à 550 Ma). Cela suggère que l’intrusion la plus minéralisée (Saint-Honoré) est reliée au dernier stade d’activité du panache mantellique de la CIMP. Du point de vue de l’exploration, ces premières conclusions suggèrent que les carbonatites formées dans un contexte de grande province magmatique offrent un bon potentiel de minéralisation en niobium.

La péninsule de la Gaspésie fait partie des Appalaches québécoises, formées au Paléozoïque par l’accrétion successive de plusieurs terranes indépendantes à la marge de Laurentia durant les orogenèses taconienne (495 à 450 Ma), salinique (450 à 423 Ma) et acadienne (421 à 370 Ma). Cette dernière culminera avec la collision des continents Avalonia et Laurentia vers 380-370 Ma.

La Gaspésie présente de nombreuses intrusions, notamment les grands plutons du centre nord de la Gaspésie (plutons de McGerrigle, pluton du Mont Vallières de Saint Réal, filon-couche de Hog’s Back, etc.), ainsi des essaims de dykes et des filons-couches dispersés dans toute la péninsule. Ces intrusions ont été regroupées au sein de la Suite intrusive de Lemieux. Des datations parcellaires de cette unité indiquent des âges d’emplacement de 440 à 370 Ma, entre les orogenèses taconienne et acadienne. La Suite intrusive de Lemieux regroupe des intrusions mafiques à felsiques ayant des signatures variées (tholéiitique, calco-alcaline et alcaline) indiquant une mise en place dans des contextes géodynamiques différents.

Certaines des intrusions felsiques de la Suite intrusive de Lemieux sont associées à des minéralisations apparentées aux systèmes porphyriques (porphyres à Cu-Mo, skarns polymétalliques, épithermaux polymétalliques). Ces dernières se concentrent dans deux corridors principaux : Dôme de Lemieux-Murdochville et Ristigouche-Grand Pabos. Le peu d’études géochronologiques et géochimiques récentes sur ces intrusions ne permet pas de définir précisément l’environnement géodynamique dans lequel ces minéralisations se sont formées. Ce projet a pour objectif de combler ce manque. Une première campagne de terrain a permis de récolter 115 échantillons d’intrusions, de roches volcaniques et de minéralisations associées dans l’ensemble de la Gaspésie. Un total de 27 échantillons localisés le long des deux corridors minéralisés ont été sélectionnés pour des datations U-Pb, la chimie des éléments en traces et des analyses isotopiques Lu-Hf sur zircons. Ces résultats seront combinés avec la lithogéochimie et la chimie minérale afin de préciser l’âge et la nature du magmatisme siluro-dévonien de Gaspésie ainsi que le contexte de mise en place des intrusions et des minéralisations cuprifères associées.

L’Orogène paléoprotérozoïque transhudsonien (OTH) en Amérique du Nord s’est formé à la suite de la collision du craton du Supérieur avec les autres terranes archéens lors de l’assemblage du supercontinent Nuna/Columbia, enregistrant ainsi un cycle de Wilson complet. L’Orogène de l’Ungava (OU) est un segment de l’OTH situé dans l’extrême nord du Québec (Nunavik) qui inclut un domaine de ceintures de plis et de chevauchements de l’avant-pays remarquablement bien préservé relié à un arrière-pays peu connu. L’arrière-pays se subdivise en deux domaines; le Domaine de Kovik, interprété comme une fenêtre du craton du Supérieur, et le Domaine de Narsajuaq, composé de roches archéenne à paléoprotérozoïques métamorphisées aux faciès des amphibolites et des granulites. Les roches métasédimentaires de l’arrière-pays sont attribuées à deux principales unités : la Suite de Crony, qui ceinture le Domaine de Kovik, et le Complexe d’Erik Cove qui forme des lambeaux kilométriques dans le domaine de Narsajuaq. Le principal objectif de ce projet de doctorat est d’étudier l’évolution tectono-métamorphique de l’arrière-pays de l’OU afin d’évaluer les différents modèles géodynamiques associés à l’Orogenèse transhudsonienne (2 à 1,8 Ga).

La géochronologie U-Pb des zircons détritiques permet de déterminer les âges des différentes populations de zircons et l’âge de dépôt maximal (ADM) des sédiments. Ces résultats permettent d’analyser les contextes géodynamiques et paléogéographiques des unités sédimentaires. Lors du métamorphisme au faciès supérieur des amphibolites à celui des granulites, les zircons détritiques peuvent présenter un noyau, qui préserve la signature magmatique des roches sources, autour duquel se dépose une surcroissance métamorphique. Cependant, ce phénomène peut également réinitialiser les systèmes isotopiques et effacer les informations sur l’âge et la composition des zircons hérités. Ce projet vise en partie à déterminer l’âge U-Pb des zircons détritiques, ce qui devrait permettre de déterminer, en association avec l’analyse des textures et des éléments en traces, les âges maximaux de dépôt (ADM) et les sources potentielles des sédiments. L’étude vise également à comparer les différences entre les sources des sédiments des domaines de Kovik et Narsajuaq, ainsi qu’entre l’est et l’ouest de ces domaines et les zones d’arrière-pays et d’avant-pays. Un autre projet postdoctoral en cours se concentre sur les zircons détritiques de l’avant-pays.

Les résultats préliminaires de cette étude indiquent que l’origine des roches sédimentaires de la Suite métamorphique de Crony est variée, la source des échantillons plus au sud provenant uniquement du socle archéen, tandis que les échantillons plus au nord incluent des sources archéennes et paléoprotérozoïques. Le Complexe d’Erik Cove, dominé par une population de zircons paléoprotérozoïques datant d’environ 1,8 Ga, n’a manifestement pas préservé de zircons détritiques, lesquels ont probablement (re)cristallisé et formé des surcroissances lors du métamorphisme de haut grade coïncidant avec l’Orogenèse transhudsonienne.

La caractérisation des diverses phases magmatiques au sein des ceintures orogéniques précambriennes est cruciale pour comprendre leurs évolutions tectono-magmatique et pour mieux définir leur potentiel métallogénique. Le Domaine Sud (DS) de la ceinture de Cape Smith est un bassin volcano-sédimentaire paléoprotérozoïque composé notamment de trois unités magmatiques dont la Formation de Beauparlant, la plus ancienne, surmontée de la Formation de Cécilia et enfin par la Formation de Chukotat. Des études ont essayé de déterminer le contexte géodynamique à l’origine de ces unités; cependant, les interprétations divergent. Les premiers travaux les ont interprétées comme le résultat d’un cycle de Wilson complet et ont donc proposé des environnements de type rift continental, point chaud et rift océanique pour expliquer la mise en place des formations de Beauparlant, Cécilia et Chukotat respectivement. Des recherches plus récentes contredisent ces conclusions et optent plutôt pour un modèle de panache mantellique pour expliquer l’origine des formations de Beauparlant et de Chukotat.

Le but de cette étude est de caractériser géochimiquement ces différentes formations afin de déterminer leurs contextes géodynamiques de mise en place. Cela permettra aussi de déterminer les différences entre la Formation de Chukotat, riche en minéralisations de Ni-Cu, et la Formation de Beauparlant qui en est presque dépourvue. Dans ce but, nous avons effectué trois transects N-S à travers le DS afin de sélectionner des échantillons pour des analyses géochimiques. Nous avons complété nos données par une compilation des analyses disponibles dans le SIGÉOM.

L’analyse des terres rares ainsi que des rapports Th/Yb et Nb/Yb indique que les roches de la Formation de Beauparlant sont de type E‑MORB, celles de la Formation de Cécilia de type E-MORB/OIB et celles la Formation de Chukotat de type N‑MORB. De plus, on remarque un certain degré de contamination par une croûte continentale dans les roches des formations de Beauparlant et de Chukotat. La signature de cette contamination est similaire dans les deux unités, ce qui semble indiquer une source de contamination unique.

Ces résultats préliminaires ne permettent pas de conclure sur l’origine de la Formation de Beauparlant, mais indiquent des environnements de type point chaud pour la Formation de Cécilia et de type panache mantellique pour la Formation de Chukotat. Ces résultats sont cohérents avec certaines études récentes menées dans le DS. Aussi, on remarque que la Formation de Beauparlant est beaucoup plus riche en terres rares légères que la Formation de Chukotat. Enfin, ces résultats semblent indiquer l’absence d’une croûte océanique dans le DS.

La Plateforme du Saint-Laurent, dans le sud du Québec, est constituée d’une séquence d’unités carbonatées et silicoclastiques cambro-ordovicienne. Cette séquence contient également des lits de K-bentonites, des niveaux de cendres volcaniques altérées trouvées dans les bassins sédimentaires ordoviciens de l’est de l’Amérique du Nord. Le socle rocheux du sud-est de l’Ontario et de la vallée de la rivière Mohawk de l’État de New York présente des successions sédimentaires de l’Ordovicien tardif comparables à celles de la vallée du Saint-Laurent et qui comprennent également des lits de bentonites. La chimie des minéraux primaires non altérés, le zircon et l’apatite, peut fournir l’empreinte chimique des différents lits de bentonite associés à des éruptions distinctes et permettre de mieux comprendre leur formation.

Au sud du Québec, huit lits de bentonites du Groupe de Trenton ont été échantillonnés dans une carrière de l’est de l’île de Montréal et 40 autres échantillons complémentaires dans des forages de la Ville de Montréal, de la carrière Lafarge de Montréal-Est ainsi que dans des forages réalisés pour la construction d’infrastructures du métro montréalais (tunnel, projet d’extension, garage). Des échantillons de deux autres lits ont été recueillis au nord de Québec, onze dans le sud-est de l’Ontario et neuf dans vallée de la rivière Mohawk dans l’État de New York dans des formations équivalentes.

La composition chimique des grains d’apatite, c’est-à-dire les éléments majeurs (Ca, P), les éléments volatils (Cl, F), mineurs et en traces (Mg, Mn, Eu, Y, Fe, Sr, Nd, Pb, Th, U), a permis de relier des lits du sud du Québec, du sud-est de l’Ontario et de la vallée de la Mohawk. Cette technique permet de corréler plusieurs échantillons d’un même lit sur plus de 300 km, de même que les unités géologiques encaissantes dans chacune de ces régions. Ces informations sont importantes pour comprendre l’évolution géologique et biologique de la marge laurentienne.

Une analyse statistique multivariée combinant une mise à l’échelle multidimensionnelle et des mesures de dissimilarité permet de tenir compte de l’ensemble des variations de composition de l’apatite en 2D, de préciser les corrélations déjà établies et d’établir une composition de référence pour chaque lit. La datation U-Pb de haute précision et les isotopes de Hf du zircon ainsi que les isotopes de Sr de l’apatite confirment la justesse de ces corrélations et permettent d’estimer la composition de la source volcanique. La composition chimique globale (éléments en traces et isotopes) du zircon et de l’apatite indique que les bentonites proviennent principalement de magmas mafiques d’arc. Ces travaux permettent de mieux comprendre l’évolution de la marge laurentienne ordovicienne au cours de l’Orogenèse appalachienne.

Au Québec, la législation, par l’entremise de la Directive 019, impose aux mines de gérer leurs rejets de manière efficace pour prévenir la pollution de l’environnement par leurs effluents finaux. La préoccupation environnementale majeure dans le secteur minier demeure l’oxydation de certains rejets miniers générateurs d’acide. Plusieurs stratégies sont mises en place pour prévenir cette oxydation en empêchant le contact des rejets miniers avec l’eau ou l’air. Ces stratégies sont plus adaptées aux rejets miniers non oxydés. En revanche, pour les rejets miniers oxydés, la restauration nécessite plusieurs années de suivis et de traitement des eaux de drainage contaminées. En effet, les conditions réductrices créées par certaines méthodes de restauration (couvertures monocouches couplées avec nappe surélevée, couvertures avec effets de barrière capillaire [CEBC] et couvertures en eau) peuvent déstabiliser les minéraux secondaires qui s’étaient accumulés depuis le début de la formation du DMA. Ces minéraux secondaires, tels que les oxyhydroxydes de fer, sont alors partiellement dissous, libérant les ions ferriques et autres constituantes et augmentant ainsi la contamination des eaux de drainage durant les premières années suivant la restauration.

L’objectif de cette étude était d’identifier les éléments qui favorisent la passivation ou la dissolution des couches d’oxyhydroxydes de fer, ainsi que les concentrations optimales d’agents passivants/complexants pour stabiliser les rejets miniers oxydés. Cette étude a été réalisée au moyen d’essais en lot et de mini-cellules d’altération. Les premiers résultats indiquent que l’ajout de métasilicate comme agent de passivation diminue la teneur en calcium et en magnésium des lixiviats. Les teneurs en fer étaient faibles, en raison des pH neutres à basiques. Les niveaux de sulfates étaient nettement supérieurs dans les expériences avec une concentration élevée de métasilicate de sodium, indiquant une déstabilisation des minéraux secondaires sulfatés tels que le gypse et la jarosite. Ces résultats sont prometteurs et pourraient être combinés aux méthodes de restauration existantes pour rendre plus efficace la restauration des rejets miniers oxydés.

La détermination précise des concentrations de métaux précieux dans les échantillons de minerai est cruciale pour l’industrie minière. Bien que la spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS) ait été employée à cette fin, ses limites de détection s’avèrent souvent insuffisantes pour mesurer les métaux en traces dans ces matériaux. Notre étude explore le potentiel de la combinaison des méthodes LIBS et de fluorescence induite par laser (LIF) pour améliorer la détection du platine et du palladium dans ces échantillons.

Dans le cadre de cette étude, nous avons établi des courbes d’étalonnage à l’aide de matériaux de référence certifiés provenant de la mine de palladium de Lac des Îles. La technique LIBS-LIF a démontré une amélioration remarquable de la sensibilité, avec une limite de détection pour le platine de 0,15 ppm pour une moyenne de 200 tirs laser, soit deux ordres de grandeur inférieure à celle de la LIBS conventionnelle. Pour le palladium, la diminution de la limite de détection s’est avérée encore plus impressionnante, soit environ dix fois inférieure à celle du platine.

Pour valider la méthode, nous avons analysé six fragments de quartz tirés de carottes provenant de la mine de palladium de Lac des Îles pour estimer les concentrations de palladium et de platine. Les résultats obtenus par la technique LIBS-LIF concordaient largement avec ceux obtenus par analyse chimique conventionnelle, tant pour les analyses de surface que pour les échantillons de roche pulvérisée. Toutefois, des teneurs de palladium très hétérogènes dans le minerai ont été démontrées à deux occasions, soulignant la capacité de la technique à détecter les variations locales.

Cette étude met en évidence le potentiel important de la technique LIBS-LIF pour mesurer précisément les faibles concentrations de métaux précieux dans les échantillons de minerai. Les avantages offerts par cette méthode, notamment ses limites de détection améliorées et sa capacité à analyser les échantillons dans leur état solide, devraient permettre d’optimiser les processus d’exploration et d’extraction dans l’industrie minière.

La composition isotopique du soufre (δ³⁴S) de l’apatite magmatique fournit des informations précieuses sur les sources du soufre, la présence de contamination crustale, les processus d’exsolution des fluides, ainsi que sur la saturation en sulfate ou en sulfure du liquide silicaté durant l’évolution du système magmatique.

Nous traiterons ici de la calibration d’un instrument de LA-ICP-MS/MS, une technique rapide et économique pour l’analyse in situ des isotopes du soufre dans l’apatite. La configuration MS/MS utilise deux quadrupôles en série opérant en tandem, entre lesquels est placée une cellule de réaction utilisant ici de l’oxygène. Cela permet d’éliminer les interférences isobariques en modifiant les masses des isotopes cibles du ³²S et du ³⁴S en ³²S¹⁶O et ³⁴S¹⁶O, respectivement.

Des standards d’apatite avec des compositions isotopiques de soufre connues ont été utilisés pour vérifier l’exactitude, la précision et la reproductibilité des analyses par LA-ICP-MS/MS et pour optimiser la méthode. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant les paramètres d’analyse suivants : fluence de 4 J/cm², taille du faisceau de 80 µm et fréquence de répétition de 15 Hz. L’exactitude, la précision et la reproductibilité ont été évaluées à l’aide de plusieurs standards secondaires ainsi que par des analyses supplémentaires du standard primaire traité comme inconnu.

La précision analytique est déterminée sur la base de 20 analyses de chaque standard. On note que l’exactitude des analyses s’améliore avec l’augmentation de la concentration en soufre dans l’apatite. Les écarts types obtenus (1σ) sur la valeur δ³⁴S sont de ±2,5 ‰ pour le standard DLS (1272 ppm S), ±2,0 ‰ pour OL-1 (2112 ppm S), ±1,1 ‰ pour SLAP (3097 ppm S), ±1,4 ‰ pour BR96 (3477 ppm S), ±1,4 ‰ pour MG (3666 ppm S) et ±2,2 ‰ pour Sly-1 (4115 ppm S). Ce test initial non optimisé démontre une reproductibilité d’environ 2 ‰ (1σ) pour les analyses isotopiques du soufre dans l’apatite par LA-ICP-MS/MS. La diminution de l’exactitude et de la précision corrélée avec les plus faibles concentrations en soufre dans l’apatite est due à un rapport signal/bruit relativement faible, ce qui limite pour le moment l’application de cette méthode aux apatites à plus forte teneur en soufre (> 1500 ppm). Actuellement, la précision de la méthode est suffisante pour tracer les sources de soufre et les processus magmatiques comme l’exsolution des fluides.

L’ablation laser couplée à la spectrométrie de masse (LA-ICP-MS) permet de quantifier la concentration des éléments en traces en faibles concentrations (parties par milliard — ppb) sur une surface de moins de 50 µm. La technique est flexible et polyvalente et permet la quantification de nombreux éléments dans divers minéraux (sulfures, oxydes, carbonates, silicates, etc.). La concentration de ces éléments en traces est utile pour étudier l’origine et l’évolution des systèmes géologiques. Le LabMaTer de l’UQAC est équipé de deux systèmes d’ablation laser (femtoseconde et Excimer 193 nm) couplés à un spectromètre de masse à temps de vol (ICP-ToF-MS) qui permet un balayage ultrarapide du spectre des masses atomiques allant du ²³Na à ²³⁸U. Nous avons élaboré un protocole analytique permettant de produire une cartographie chimique à l’échelle millimétrique d’une résolution de 4 µm à 25 µm qui peut être réalisée 10x plus rapidement qu’avec un système conventionnel.

Dans les systèmes hydrothermaux ou dans les zones d’altération et de remobilisation, la distribution des éléments en traces peut être particulièrement hétérogène à l’intérieur d’un même minéral. Dans certaines situations, les phénomènes étudiés sont si complexes qu’ils sont difficiles à visualiser à l’aide de simples analyses ponctuelles. La cartographie chimique permet de caractériser la distribution spatiale des éléments en traces dans les minéraux. Des matériaux de calibration et de contrôle de la qualité produits dans le cadre de cette étude ont permis de développer une expertise analytique pour les minéraux porteurs de métaux critiques et stratégiques tels que les sulfures (pyrite, chalcopyrite, arsénopyrite, etc.) et les oxydes (magnétite, chromite, ilménite, etc.). La mise au point récente d’un protocole de traitement des données auquel nous avons participé activement permet de cartographier la distribution des éléments en traces dans une matrice géochimique complexe composée de différents minéraux. Cet outil novateur d’imagerie microgéochimique permet d’enrichir sensiblement les observations pétrographiques en fournissant à l’utilisateur la chimie minérale des éléments majeurs et en traces. De plus, une nouvelle technique d’analyse en 3 dimensions à l’échelle micrométrique est également en développement au LabMaTer. Cette technique novatrice d’imagerie chimique permettra de réaliser des analyses en profondeur, ne limitant plus ainsi les analyses à la surface de l’échantillon. En effet, dans les situations où les phases minérales sont très petites et moins exposées à la surface (minéraux du groupe du platine, inclusions magmatiques et minérales, etc.), cette technique permettra de les identifier et d’établir leur composition, leur dimension et leur localisation dans l’espace.

Les processus géologiques sont enregistrés dans la forme et la géochimie des cristaux. Cependant, la morphologie des minéraux a longtemps été décrite à l’aide de critères qualitatifs, sous une forme textuelle et avec une quantification minimale basée sur des chartes visuelles d’arrondi ou de forme. Grâce aux avancées technologiques en imagerie et analyse d’images, nous avons pu définir plus de 50 descripteurs de forme, permettant une description quantitative des grains. Bien que les études existantes portant sur la distribution de la taille des cristaux aient fourni des informations pertinentes sur la pétrogenèse des roches, l’analyse multidescripteur de la forme des grains promet des interprétations inédites. Cette conférence présente une méthode novatrice qui permet de décrire quantitativement les grains à l’échelle micrométrique à centimétrique grâce à une combinaison optimale de descripteurs afin d’interpréter les processus géologiques.

Basée sur une revue de littérature multidisciplinaire approfondie, cette approche utilise des descripteurs de forme distinctifs, calculés à l’aide du langage Python, qui ont été validés sur des images générées. L’analyse en composantes principales (ACP), combinée aux descripteurs d’image, a permis de discriminer efficacement différentes formes idéales et a été appliquée avec succès à l’étude d’un échantillon composé de grains de galène. Les résultats soulignent l’influence mutuelle des facteurs arrondi, rugosité et forme, ce qui explique les défis posés par l’identification des meilleurs descripteurs. La capacité discriminante de l’ACP et la complexité de la sélection des descripteurs idéaux démontrent la pertinence de cette approche dans le domaine de la description morphologique quantitative.