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

Le Complexe ophiolitique du Mont Albert et sa semelle métamorphique, l’Amphibolite du Diable, situés dans la péninsule gaspésienne, sont des reliques d’un système de subduction fossile mis en place sur la marge passive de Laurentia pendant l’Orogenèse taconienne. La semelle métamorphique correspond à des segments constitués de roches crustales mafiques et de roches sédimentaires de la plaque inférieure accrétées à la base de la plaque chevauchante. Elle permet donc d’étudier les processus actifs au début d’une subduction. L’Amphibolite du Diable représente l’une des semelles métamorphiques les mieux préservées au Québec, mais elle reste peu étudiée. Certaines données essentielles pour bien caractériser cette unité sont manquantes ou déficientes et ne permettent pas de bien comprendre les processus à l’origine de cette zone de subduction.

Les objectifs du projet sont donc de déterminer les protolites de la semelle métamorphique ainsi que de définir la source des roches sédimentaires afin de pouvoir reconstituer la marge périlaurentienne et de comprendre le début de la zone de subduction. Pour ce faire, des travaux de terrain ont été effectués afin de récolter des échantillons représentatifs de toute la séquence métamorphique. Les roches mafiques ont été analysées pour quantifier les concentrations en éléments majeurs et en traces afin de déterminer la nature des protolites. Une datation U-Pb sera aussi réalisée sur les zircons détritiques contenus dans les roches sédimentaires pour déterminer l’âge et l’environnement de déposition.

Les résultats géochimiques indiquent une variation graduelle du contenu en éléments de terres rares (ETR) entre les roches mafiques de la base de la séquence et celles du sommet. Les premières ont une composition en ETR semblable aux basaltes enrichis de type dorsale médio-océanique (E-MORB), alors que les secondes présentent une signature appauvrie. Les roches situées vers le centre de la semelle possèdent une signature intermédiaire entre ces deux pôles. La composition des roches mafiques à la base de la séquence, caractérisées par une signature enrichie, est semblable à celle des basaltes du Groupe de Shick Shock situés structurellement sous l’Amphibolite du Diable et qui correspondent à l’extrémité de la marge laurentienne. Il est possible de conclure que la zone de subduction a débuté à proximité de la marge laurentienne. Pour la suite du projet, il reste encore à analyser les données de datation U-Pb des zircons détritiques afin de mieux caractériser les premiers stades de formation de la zone de subduction.

La Province du Supérieur est formée de plusieurs sous-provinces possédant des caractéristiques lithologiques et métamorphiques distinctes et qui sont séparées les unes des autres par des zones de déformation. La nature de ces contacts est mal connue et nécessite des travaux de caractérisation, d’autant plus qu’ils représentent souvent des métallotectes importants à l’échelle régionale.

Le ministère des Ressources naturelles et des Forêts a effectué des travaux de cartographie au nord de Chibougamau qui ont couvert les sous-provinces mésoarchéennes à néoarchéennes d’Opatica et de La Grande. Ces deux sous-provinces sont délimitées par la Zone de cisaillement de Poste Albanel. Dans ce secteur, les conditions métamorphiques augmentent du faciès inférieur des amphibolites dans l’Opatica au faciès supérieur des amphibolites dans le La Grande, tandis que les zones de cisaillement majeures sont caractérisées par un faciès transitionnel entre celui des schistes verts et des amphibolites. Nous proposons de réaliser une étude métamorphique détaillée afin de quantifier les conditions de pression et de température (P-T) du métamorphisme dans chacune des deux sous-provinces afin de déterminer si les conditions métamorphiques varient de façon progressive ou abrupte et de corréler ces changements aux grandes structures. Le second objectif de cette étude est de dater les épisodes métamorphiques pour préciser la chronologie (t) des évènements mis en évidence par les données P-T et leur possible synchronisme dans les deux sous-provinces. Dater le métamorphisme permettra également de mettre en évidence les différences et les similitudes de l’évolution métamorphique et géodynamique de ces sous-provinces. Il sera ainsi possible de mieux comprendre l’évolution tectonique liée à la juxtaposition des sous-provinces d’Opatica et de La Grande dans cette région.

Durant l’été 2024, les premiers travaux de terrain ont été effectués afin de récolter des échantillons de métapélites dans les sous-provinces de La Grande (Formation de Voirdye) et d’Opatica (Groupe de Michaux). Dans chacune de ces sous-provinces, l’assemblage métamorphique est biotite ± grenat ± sillimanite, mais on trouve localement de la cordiérite et de la muscovite dans les roches de la Sous-province de La Grande. Des transects détaillés à travers la Zone de cisaillement de Poste Albanel ont permis d’échantillonner des lithologies fortement déformées à proximité du contact Opatica-La Grande, notamment dans les gneiss tonalitiques du Complexe de Théodat. Près de 40 échantillons récoltés de part et d’autre de ce contact permettront de caractériser la géochimie des métapélites, de déterminer les relations entre les minéraux métamorphiques, de quantifier les conditions P-T et, éventuellement, d’établir l’âge des évènements métamorphiques par des datations sur grenat et/ou monazite.

L’Orientation 1 du Plan québécois pour la valorisation des minéraux critiques et stratégiques (MCS) vise à approfondir les connaissances sur ces ressources essentielles. Dans cette optique, notre projet a pour but d’améliorer les méthodes d’exploration des MCS en vectorisant les pegmatites LCT (Li-Cs-Ta) associées à des plutons hyperalumineux.

Le modèle le plus connu pour la formation des pegmatites LCT propose qu’elles se soient formées à partir de liquides résiduels riches en volatiles et en éléments rares issus de la cristallisation fractionnée d’un magma dérivé de la fusion partielle de roches sédimentaires. Ces dykes montrent une zonation spatiale et génétique avec des granites hyperalumineux comme dans plusieurs exemples de la Province du Supérieur, dans l’ouest de l’Ontario et du sud-est du Manitoba. De plus, certains de ces granites montrent également une zonation minéralogique avec une augmentation du contenu de certains minéraux, tels que le grenat, la tourmaline et le béryl, dans les secteurs où des pegmatites à spodumène ont été identifiées. Notre projet s’intéresse aux zonations minéralogiques et chimiques au sein du Batholite de La Motte (BLM) en Abitibi dans le but d’identifier des vecteurs permettant de cibler ces zones potentiellement riches en pegmatites LCT. Étant donné que ces zonations ne sont pas toujours évidentes, l’utilisation de l’apprentissage machine sera mise de l’avant afin de mieux les mettre en évidence.

Ce projet a débuté par la compilation des données chimiques et minéralogiques récentes (Rajhi, 2024) et historiques (SIGÉOM et Leduc [1980]) touchant le BLM. Par la suite, une vérification des données en fonction de leur qualité et de leur compatibilité a permis de les intégrer dans une base de données et d’effectuer des analyses plus poussées. Ce processus a nécessité l’utilisation de méthodes statistiques avancées ainsi que l’apprentissage machine pour définir des indicateurs de vectorisation et évaluer leur efficacité. Étant donné la faible quantité de pegmatites lithinifères dans le secteur du BLM, nous prévoyons de valider les indicateurs identifiés en les testant dans le secteur du lac Simard qui présente un environnement géologique semblable et où nous avons récolté des données récentes. Cette validation permettra ainsi d’évaluer la robustesse et la polyvalence des indicateurs dans deux granites hyperalumineux différents. En combinant les données géologiques existantes à des techniques modernes, ce projet vise à améliorer l’efficacité de l’exploration pour les pegmatites lithinifères.

La majeure partie de l’or exploité de nos jours au Canada provient des veines de quartz des minéralisations aurifères de type orogénique. Dans la ceinture abitibienne, on estime que plus de la moitié de l’or serait associée aux veines de quartz-carbonate syndéformation à tardi-déformation dans ces dépôts orogéniques (2660 à 2640 ±10 Ma). Cependant, les données sur l’âge et la source de la minéralisation aurifère sont encore manquantes pour plusieurs gisements de la région. L’intrusion de Bonnefond, située près de Val-d’Or, constitue le site idéal pour mieux comprendre ces systèmes orogéniques archéens. Cette intrusion cylindrique de composition tonalitique est entourée d’une zone de diorite porphyrique et s’est mise en place dans un corridor de déformation. La roche encaissante au toit de la zone de déformation est composée d’un ensemble de basaltes et de tufs mafiques appartenant à la Formation du Jacola, tandis que le mur est principalement constitué d’andésites de la Formation de Val-d’Or. Une altération propylitique omniprésente est suggérée par la présence de l’assemblage secondaire chlorite ± épidote ± séricite. Dans les zones minéralisées de Bonnefond, les veines de cisaillement typiques composées de quartz + tourmaline + carbonate ± chlorite ± pyrite ± chalcopyrite ± scheelite ± sulfates ± muscovite (QTC) présentent une teneur d’or moyenne de ~ 3,0 g/t. Ces veines QTC sont concentrées dans l’intrusion de tonalite-diorite le long de zones de cisaillement secondaires. Les veines QTC coupant la tonalite sont associées à un blanchiment intense (albite ± séricite) de la roche encaissante. Les xénolites de tufs mafiques présents dans l’intrusion tendent à montre une altération en fuchsite. Ces altérations semblent également être associées à une perte notable de structures originales dans les lithologies encaissantes. Des analyses géochronologiques U-Pb in situ par LA-ICPMS ont permis de déterminer la chronologie de la minéralisation aurifère. Les analyses de xénotime, un minéral paragénétiquement associé à la minéralisation dans les veines QTC, suggèrent un épisode de minéralisation principale contemporaine de la déformation, suivi d’un second épisode post-déformation. La composition en éléments de terres rares du xénotime combinée aux données géochronologiques facilitent la caractérisation de ces grains. De plus, l’imagerie infrarouge et les éléments en traces dans la pyrite permettent de mieux comprendre la formation des veines QTC. En effet, on observe une nette zonation du contenu en Co, Ni et As dans la pyrite, ce qui suggère qu’au moins deux fluides différents ont contribué à sa formation. Les deux épisodes mis en évidence par la géochronologie et les zonations dans la pyrite ont donc forcément participé à la mise en place de la minéralisation aurifère à Bonnefond.

Située dans le toit du chevauchement du Front du Grenville (Parautochtone), la Zone tectonique du Front du Grenville (ZTFG) contient des gneiss de haut grade variablement métamorphisés lors des orogenèses kenoréenne (environ 2,6 Ga) et grenvillienne (environ 1,0 Ga). L’histoire polymétamorphique de ces gneiss reste peu connue, mais est essentielle pour proposer un modèle tectonique d’évolution tant des provinces de Grenville que du Supérieur.

Près de Val-d’Or, la ZTFG marque la limite de la Sous-province néoarchéenne de Pontiac (Autochtone). Celle-ci est composée de paragneiss migmatitiques, de dykes néoarchéens de pegmatites et, localement, de lentilles et de dykes décamétriques de métabasite dont l’origine et l’âge sont incertains. Nous présentons ici de nouvelles observations de terrain, ainsi que des résultats d’analyses géochimiques et géochronologiques LA-ICP-QQQ-MS in situ (U-Pb sur titanite; Lu-Hf sur grenat) afin de déterminer la nature et l’évolution métamorphique de ces métabasites. Nos travaux permettent de distinguer trois unités : 1) des granulites mafiques migmatitisées à grenat + clinopyroxène recoupées par les pegmatites qui possèdent une signature géochimique de basalte non contaminé issu d’une source de type manteau primitif; 2) des métagabbros granulitiques recoupant les pegmatites et composés de l’assemblage hornblende + plagioclase + clinopyroxène + grenat ± orthopyroxène ± quartz ± ilménite ± titanite qui sont caractérisés par une signature géochimique de basalte contaminé issu d’une source de type manteau primitif; 3) des métagabbros subophitiques et coronitiques à plagioclase + clinopyroxène + grenat + biotite + ilménite ± olivine ± hornblende ± hercynite qui présentent une signature géochimique de basalte contaminé issu d’une source de type manteau enrichi. Ces trois unités sont respectivement corrélées avec 1) les basaltes synsédimentaires du Groupe de Pontiac (environ 2,7 Ga); 2) l’Essaim de dykes de Matachewan (environ 2,4 Ga) et 3) les Dykes de Sudbury (environ 1,2 Ga), toutes des unités reconnues dans la Sous-province de Pontiac. Les âges métamorphiques sur grenat et titanite sont archéens (environ 2,6 Ga) pour les granulites mafiques et les paragneiss, alors qu’ils sont grenvilliens (environ 1,0 Ga) pour les deux unités de métagabbros. Ces résultats suggèrent la présence de deux événements métamorphiques granulitiques superposés dans la ZTFG, soit un premier événement kenoréen enregistré dans les granulites mafiques et les paragneiss archéens et un second grenvillien reconnu seulement dans les dykes protérozoïques métamorphisés. Ainsi, des assemblages granulitiques formés lors d’épisodes métamorphiques séparés par plus de 1,6 Ga coexistent au sein de la ZTFG près de Val-d’Or. Des estimations des conditions de pression et de température sont en cours.

La première observation de carbonatites et de fénites dans le secteur au nord d’Ottawa, dans la Province de Grenville, a été réalisée par Hogarth (1966) dans le parc de la Gatineau. Des travaux de recherche subséquents ont démontré l’existence de plusieurs dykes de carbonatite et des fénites associées (0,9 à 1,1 Ga) à plusieurs autres endroits vers l’est, jusqu’à Buckingham, avec les carbonatites au nord de Gatineau montrant le plus grand enrichissement en éléments de terres rares (ETR) légères.

Les levés cartographiques entrepris dans le cadre de cette étude ont révélé la présence de dykes de carbonatite centimétriques à métriques montrant une structure massive à bréchique et orientés généralement NNE-SSW à NE-SW, subparallèles à la foliation régionale. Ils sont encaissés dans un socle métasédimentaire constitué de paragneiss, de quartzites, de marbres et de roches calcosilicatées. Cet ensemble est recoupé par des orthogneiss, des granites, des pegmatites et des dykes de syénite.

La minéralogie des carbonatites est dominée par les carbonates (> 50 %) (calcite dominante et dolomite) avec de l’apatite, du quartz, des micas, de la barytine et des oxydes de fer en une plus faible proportion. Les brèches contiennent des enclaves décimétriques de gneiss et/ou de granite fénitisés qui sont entourées d’une couronne réactionnelle riche en phlogopite et apatite. Géochimiquement, les dykes sont des calciocarbonatites et des magnésiocarbonatites qui montrent des enrichissements en Sr (< 0,3 %) et Ba (< 11 %) attribuables respectivement à la présence de disséminations de célestine et de barytine. Ces carbonatites présentent également des teneurs élevées en ETR qui atteignent 4 % ETR_tot. Ces valeurs sont associées aux phosphates de TR (monazite) et aux carbonates de TR (parisite).

Un métasomatisme de la roche encaissante (fénitisation) est spatialement associé aux dykes de carbonatite, aux intrusions alcalines et/ou à la présence de carbonatites non affleurantes. On distingue une fénitisation potassique proximale, dominée par le microcline (hématitisé) et la phlogopite, et une fénitisation sodique distale à pyroxène (ægyrine) et amphibole (richtérite et riébeckite). Ces fénites potassiques sont enrichies en fer et en ETR (jusqu’à 1 % ETR_tot) et contiennent de la monazite et des carbonates de TR disséminés. L’association fénite-oxydes de fer a déjà été invoquée pour expliquer la mise en place du gisement de fer de Haycock avoisinant (Lapointe, 1979). Nos observations suggèrent que le système minéralisé à ETR-Fe est lié génétiquement à un système métasomatique hydrothermal dynamisé par des dykes tardifs de carbonatites et contrôlé par un système de failles régionales (NE-SE, E-W à NW-SE).

La pétrochronologie U-Pb sur monazite permet de dater les événements métamorphiques et d’interpréter leur signification géologique en se basant sur le contexte textural et la composition chimique de la monazite qui peuvent être liés aux conditions de (re)cristallisation et à certaines réactions métamorphiques.

Six échantillons provenant du Complexe métasédimentaire de Wabash, dont l’âge maximal de déposition est de 1204 ±12 Ma, ont été choisis afin de mieux définir l’évolution métamorphique de ces roches lors de l’Orogénie grenvillienne en Haute-Mauricie. Les échantillons sont des paragneiss migmatitiques à Grt-Sil-Bt-Kfs-Pl-Qz-Ilm ± Gr ± Rt ± Hc-Mnz-Zrn-Ap métamorphisés au faciès supérieur des amphibolites ou à celui des granulites. La distribution des inclusions et la composition chimique du grenat de certains échantillons suggèrent l’existence de deux périodes de croissance du grenat.

Les monazites des six échantillons ont principalement des âges grenvilliens, bien que deux échantillons aient aussi donné des analyses plus anciennes (~1,4 Ga) dont la signification reste à évaluer. Les monazites grenvilliennes progrades forment des inclusions dans le grenat et des grains dans la matrice et sont caractérisées par un contenu élevé en Y+TRlourdes et une anomalie en Eu faiblement négative. La cristallisation de la monazite prograde a commencé vers ~1100-1080 Ma dans cinq échantillons et vers ~1150 Ma dans le sixième. L’augmentation de l’anomalie négative en Eu et du rapport Th/U implique la stabilisation du feldspath potassique pendant le pic métamorphique et la cristallisation du liquide de fusion partielle lors du refroidissement régional qui a commencé entre ~1050 Ma et ~1020 Ma. Le contenu en Y+ TRlourdes dans les monazites âgées <1050 Ma est variable selon l’échantillon. Dans un échantillon, les monazites associées à la biotite qui remplace le grenat et qui définit la foliation sont riches en Y+ TRlourdes et sont datées à ~980 Ma. Cela indique que cet échantillon a été déformé tardivement pendant la résorption du grenat. En revanche, dans un autre échantillon, des inclusions de monazite pauvres en Y+ TRlourdes dans la surcroissance du grenat, qui comprend également des inclusions de sillimanite et de liquide d’anatexie cristallisé, sont datées à ~1005 Ma. Elles indiquent une croissance tardive du grenat dans des conditions suprasolidus possiblement entraînée par l’apport thermique associé aux intrusions alcalines tardi-grenvilliennes. Les effets du métamorphisme lors de la phase ottavienne (1090 à 1020 Ma) sont relativement homogènes dans toute la zone d’étude, tandis que la phase de Rigolet (1005 à 980 Ma) est marquée par la croissance de grenat, sa résorption ou l’absence de cristallisation de monazite selon l’échantillon.

La Zone de déformation de Saint-Fulgence, située dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean, présente une histoire géologique complexe qui touche plusieurs unités lithodémiques de la région. La zone de déformation s’étend sur 400 km de longueur et plus de 2 km de largeur et est le résultat de plusieurs phases de déformation liées à l’Orogénie grenvillienne. Cette structure a joué un rôle majeur dans la tectonique régionale et l’évolution magmatique du secteur.

Ce projet de recherche propose d’étudier en détail cette zone afin d’améliorer la compréhension des structures géologiques et de la chronologie des épisodes de déformation, ainsi que pour évaluer son influence sur l’évolution tectonique, magmatique et métallogénique de la région. Les structures de déformation montrent trois orientations principales : (1) NE-SW à pendage modéré vers le SE avec un mouvement dextre inverse, (2) N-S à pendage modéré vers l’est et à mouvement dextre inverse et, plus rarement, (3) N-S à NW-SE à pendage modéré vers le SW et le NE et à mouvement senestre inverse. Les linéations associées aux structures dextres présentent trois orientations : des plongements modérés vers le NNE et le NE dominants, des plongements faibles à modérées vers le sud à SSW développées localement et des plongements faibles vers le nord associés aux structures N-S. Ces différentes familles de linéations pourraient être associées à des épisodes de déformation distincts ou des réponses variables en fonction des lithologies. Les structures senestres recoupent les structures NE-SW dextres et sont donc postérieures. La chronologie relative des autres structures n’est pas encore établie.

Les assemblages métamorphiques et les microstructures (mécanismes de déformation des minéraux, indicateurs cinématiques) développés dans les diverses lithologies examinées (paragneiss, quartzites, orthogneiss, mylonites, ultramylonites, amphibolites, granites à feldspath alcalin, mangérites, syénogranites, charnockites, syénites avec ou sans hypersthène, gabbronorite et leuconorite) seront étudiés en lames minces orientées. Les échantillons riches en quartz seront soumis à une analyse de l’orientation des axes cristallographiques du quartz par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) pour confirmer le sens et la température de la déformation. Des échantillons de paragneiss mylonitisé et de leucosome boudiné de façon asymétrique seront datés par géochronologie U-Pb sur monazite et zircon afin de déterminer respectivement l’âge de la déformation et d’évaluer ses relations avec le métamorphisme régional. Les observations de terrain seront complétées par l’analyse des données LiDAR et aéromagnétiques pour délimiter les domaines structuraux et l’étendue des zones de cisaillement.

Les massifs anorthositiques protérozoïques sont connus mondialement pour leurs grands gisements magmatiques de Fe-Ti-P ± V (p. ex. Lac Tio, Qc). Bien que ces massifs contiennent une abondance de minéraux critiques et stratégiques, la formation et la distribution de ces gisements restent encore mal comprises, ce qui complique l’exploration dans ces massifs. Dans la Province de Grenville, la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (SALSJ) est l’hôte de nombreux indices de Fe-Ti-V-P, notamment le gisement de Saint-Charles-de-Bourget.

Ce projet touche essentiellement un corridor minéralisé dans les secteurs de Saint-Charles-de-Bourget et de Bégin-Lamarche, le long de la marge sud de la SALSJ (Saguenay). Le but de cette étude est de mieux comprendre le lien entre les minéralisations de Fe-Ti-V ± P et les roches anorthositiques hôtes dans ce secteur en utilisant la cartographie des faciès anorthositiques, la lithogéochimie de la roche totale et la chimie du plagioclase par XRF portative.

Un total de 224 échantillons a été collecté sur les 96 affleurements visités durant les campagnes de terrain (étés 2023 et 2024) le long de trois transects E-W : Saint-Charles-de-Bourget (29 km), Bégin-Lamarche (  km) et un dernier entre les deux (9 km). Ces transects, centrés sur le corridor minéralisé, sont orientés perpendiculairement à la stratigraphie, aux structures locales et aux mégadykes de diorite (Diorite du Lac Chabot) et de leucotroctolite (Mégadyke de Bégin). Les lithologies dominantes observées sont : anorthosite (± olivine et/ou orthopyroxène), leuconorite (± olivine), leucotroctolite (± orthopyroxène ou clinopyroxène) et (leuco)gabbronorite (± olivine). La minéralisation comprend des lentilles de magnétitite massive (Fe-Ti ± V) à olivine (± orthopyroxène) et de nelsonite massive ou rubanée (Fe-Ti-P) ± olivine (et/ou orthopyroxène). Ces minéralisations sont directement associées à l’anorthosite (± olivine et/ou orthopyroxène), la leucotroctolite (± orthopyroxène) ou à des dykes de ferrodiorite et/ou leucogabbronorite à olivine. Ces lithologies se trouvent également en enclaves dans les minéralisations.

La composition du plagioclase dans les 3 transects a permis de distinguer 3 domaines. Le domaine Central (corridor minéralisé) est caractérisé par des anorthosites (à olivine et/ou orthopyroxène) et des leucotroctolites (± orthopyroxène) avec un plagioclase de composition andésine (An30-50) présentant des teneurs en strontium élevées (≥ 0,1 %). Les domaines Est et Ouest, de part et d’autre du corridor minéralisé, sont dominés par des leuconorites avec quelques bandes leucotroctolitiques qui se distinguent par un plagioclase de composition variant d’andésine à labradorite (An36-62) et des teneurs en strontium généralement faibles (≤ 0,1 %).

Les suites anorthositiques protérozoïques de la Province de Grenville, comme la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (SALSJ), sont les hôtes de minéralisations en métaux critiques et stratégiques, notamment en Ni-Cu-Co et en Fe-Ti-V-P. Cependant, les relations entre ces minéralisations et les différents faciès de l’anorthosite ne sont pas bien définies. Ce projet de maîtrise vise à cartographier les faciès et la composition géochimique du plagioclase des anorthosites de la marge nord de la SALSJ, dans la région de Lac à Paul, reconnue pour ses indices de Fe-Ti-P et de Ni-Cu, pour mieux comprendre les relations entre les lithologies et les minéralisations de Ni-Cu.

À l’été 2024, la cartographie et l’échantillonnage de la marge nord de la SALSJ, principalement autour des indices de Nourricier, MHY et Léo-Charl, et d’un transect E-W à travers ce secteur, ont permis de prélever 84 échantillons sur 59 affleurements. Ce secteur expose diverses lithologies mafiques (anorthosite, [leuco]norite, [leuco]troctolite) et ultramafiques (orthopyroxénite) de la SALSJ.

L’analyse des données révèle que la (leuco)norite domine, avec des proportions mineures de (leuco)troctolite, d’anorthosite et d’orthopyroxénite. La (leuco)norite et la (leuco) troctolite contiennent communément des oxydes de fer (1 à 25 %) et de l’apatite (1 à 20 %), avec localement des amas de nelsonite. La norite et l’orthopyroxénite constituent les roches encaissantes principales des minéralisations de Ni-Cu, notamment à l’indice de Léo-Charl. Dans cette zone, la minéralisation sulfurée (pyrrhotite avec pyrite et chalcopyrite mineures) se présente sous la forme de veines dans un dyke d’orthopyroxénite et de petits amas massifs à semi-massifs dans la norite associée au dyke. Les analyses de la calcicité du plagioclase, effectuées par XRF portatif sur des surfaces planes d’échantillons sciés, montrent que la partie est du secteur d’étude est dominée par l’andésine (An_38-47), avec une tendance vers une composition transitionnelle (An_48-51) dans les parties sud-ouest et nord. Les lithologies contenant de la labradorite (An_50-70) sont rares. Les valeurs en Sr mesurées dans ces roches suggèrent l’existence de deux populations distinctes : une population dominante présentant de faibles valeurs de Sr (0,07 à 0,08 %) située en périphérie et une seconde avec des valeurs plus élevées (jusqu’à 0,107 %) concentrée au centre du secteur. Des travaux futurs, incluant l’étude des minéralisations à partir des carottes de forage, de la pétrographie et des analyses géochimiques, viseront à confirmer ces observations et à approfondir la compréhension des relations entre les minéralisations de Ni-Cu et les lithologies de la SALSJ dans ce secteur très favorable.

Les éléments de terres rares (ETR) sont d’une importance capitale dans les technologies industrielles. Ces éléments regroupent les lanthanides, auxquels s’ajoutent le scandium et l’yttrium. L’exploitation des ETR au Canada pourrait engendrer des gains économiques considérables en réduisant la dépendance du pays vis-à-vis de la Chine, qui en est le principal producteur.

Comme pour d’autres métaux, l’exploitation des ETR peut présenter un risque de contamination des eaux de drainage des haldes à stériles. Nos travaux portent sur 4 lithologies stériles (lamprophyre, carbonatite, fénite et brèche) provenant d’un gisement de carbonatite à ETR. Des échantillons de stériles ont été caractérisés pour leurs propriétés physiques, chimiques et minéralogiques. Des échantillons de 10 kg ont ensuite été soumis à des essais en colonnes (14 cm de diamètre interne, 50 cm à 1 m de hauteur) rincés toutes les deux semaines avec 1,8 l d’eau désionisée durant 1 an. Les lixiviats ont été analysés après chaque rinçage.

Ces travaux démontrent que les stériles ne sont pas potentiellement générateurs d’acide, contenant seulement des traces de sulfures et suffisamment de minéraux neutralisants. Le pH des lixiviats oscille entre 7,9 et 8,7, alors que la conductivité électrique et l’alcalinité se stabilisent respectivement entre 250 et 600 µS/cm et entre 100 et 175 mg CaCO₃/l. Le cérium, le lanthane et le néodyme sont les principaux ETR détectés dans les lixiviats des stériles, suivis du praséodyme, du samarium et de l’yttrium. La brèche est la lithologie la plus génératrice d’ETR parmi celles étudiées. Le plomb (jusqu’à 0,06 mg/l), le baryum (0,1 à 0,3 mg/l) et le fluor (tendance à la baisse, de 8 à 16 mg/l en début d’essai à 2 à 4 mg/L à la fin) figurent parmi les métaux principaux détectés dans les lixiviats.

En conclusion, les résultats préliminaires montrent que ces stériles présentent une faible génération de contaminants, avec des concentrations de métaux dissous généralement inférieures aux limites réglementaires. Toutefois, le risque associé à certains éléments comme le plomb, le baryum et le fluor doit être précisé dans la suite du projet.

La désulfuration environnementale est un mode de gestion des rejets miniers de plus en plus utilisé dans la restauration des parcs à résidus. Bien que les résidus désulfurés soient non générateurs de drainage minier acide, ils peuvent encore contenir des sulfures résiduels. Il devient indispensable d’étudier le comportement géochimique des rejets désulfurés dès leur déposition ainsi qu’à long terme pour réduire les risques associés à la génération du DMA et des effluents contaminés en métaux.

Cette étude vise à évaluer l’impact des résidus désulfurés utilisés comme couverture monocouche pour contrôler le DMA. Les résidus utilisés proviennent des mines Doyon et Éléonore. Les matériaux ont été soumis à une caractérisation initiale pour déterminer leurs propriétés physiques, chimiques et minéralogiques. Six essais en colonnes ont été montés en laboratoire avec les caractéristiques suivantes : 80 m de hauteur, 14 mm de diamètre, une nappe phréatique de 2 m de profondeur, une couche de 30 cm d’épaisseur de résidus et des sondes de teneur en eau volumique. Des résidus oxydés et faiblement oxydés de Doyon et des résidus oxydés d’Éléonore ont été recouverts par du sable, des résidus désulfurés ou des résidus frais afin de quantifier l’influence des résidus désulfurés dans la qualité de l’effluent. Les colonnes ont subi huit cycles de mouillage/drainage (1 cycle/mois), à la suite desquels la composition des lixiviats a été analysée.

Les résultats montrent que les lixiviats des colonnes de résidus de Doyon (oxydés et faiblement oxydés) et des recouvrements de résidus désulfurés de Westwood et de sable présentent des pH acides inférieurs à 3,2, une alcalinité élevée (7486 à 1000 mg CaCO₃/l) et de fortes teneurs en métaux (Zn, Fe). À l’opposé, les résidus frais d’Éléonore et le sable inerte utilisé comme couches de recouvrement sur les résidus oxydés d’Éléonore ont montré un comportement géochimique assez semblable avec des pH légèrement basiques (supérieurs à 7) et de faibles teneurs en métaux. Les lixiviats issus de la colonne avec un recouvrement de résidus d’Éléonore frais montrent des concentrations élevées en arsenic qui diminuent progressivement. Cependant, les concentrations en arsenic croissent avec le temps dans l’essai réalisé avec une couverture de sable inerte. Les résultats démontrent que le comportement géochimique des parcs à résidus recouverts avec des rejets désulfurés varie principalement en fonction de la nature des résidus sous-jacents. Ainsi, l’utilisation de rejets désulfurés comme recouvrement a peu d’influence sur la qualité du lixiviat.

Le drainage alcalin (DA), une problématique environnementale émergente, est caractérisé par un pH et une alcalinité élevés, ainsi que par des concentrations en contaminants métalliques pouvant excéder les normes en vigueur. L’objectif de cette étude est d’évaluer le comportement hydrogéochimique des scories de Fe-Ti génératrices de DA dans le but de comprendre l’évolution du pH, de l’alcalinité et de la mobilité potentielle des contaminants au fil du temps.

À cette fin, six échantillons de résidus de scories de Fe-Ti (PH1, PH2, PH3, Pkiln, Oxydes UGS et UAE) ont été prélevés à la fonderie de Rio Tinto Fer et Titane à Sorel-Tracy. Une caractérisation physicochimique et minéralogique détaillée de ces résidus a été réalisée. Des essais de lixiviation simple (TCLP et SPLP) et cinétique (colonnes et cellules humides) ont ensuite été effectués afin d’évaluer la mobilité des contaminants à court et à long terme. Les lixiviats des cellules humides et des colonnes, collectés hebdomadairement ou mensuellement, ont été analysés.

Les principaux résultats obtenus montrent que les lixiviats des résidus de Fe-Ti contiennent de très faibles concentrations en As, Ba, Cd, Cr, Pb et Se (essai TCLP), avec des valeurs ne dépassant pas les critères « risque élevé » de la Directive 019. Les lixiviats des résidus Pkiln et Oxydes UGS présentent des concentrations plus élevées en Ca et Mg (essai SPLP) avec des valeurs respectives de 100 et 222,4 mg/l Ca et de 21,9 et 12,2 mg/l Mg. Les résultats des essais cinétiques révèlent que le pH et l’alcalinité des lixiviats ont tendance à augmenter avec le temps. Les lixiviats des cellules humides présentent des pH variant de 8 à 11,79 et une alcalinité comprise entre 33,68 et 145,92 mg CaCO₃/l. De plus, les colonnes montrent un pH compris entre 7,65 et 10,06 et une alcalinité allant de 24,88 à 348,08 mg CaCO₃/l. Enfin, l’azote ammoniacal des lixiviats des colonnes présente une concentration initiale élevée dans les résidus Pkiln qui diminue rapidement avec le temps. En revanche, les lixiviats des cellules humides révèlent des concentrations en azote ammoniacal inférieures à la limite de détection (<0,1 mg/l). La caractérisation minéralogique détaillée des échantillons est en cours.

L’activité minière, bien qu’essentielle à l’économie québécoise, génère de vastes parcs à résidus présentant des défis environnementaux majeurs et qui nécessitent une revégétalisation. L’ancienne mine de fer de Gagnon, abandonnée depuis 1985, en est un exemple, avec 95 % de sa surface qui est toujours non végétalisée. Des facteurs de stress limitent les successions naturelles et la recolonisation de cet habitat, rendant impérative une meilleure compréhension des dynamiques de recolonisation. Parmi ces facteurs, les microorganismes du sol jouent un rôle clé. En effet, les plantes pionnières ne colonisent pas seules de nouveaux environnements : leurs racines interagissent avec une grande diversité de microorganismes qui sont essentiels à la santé des plantes et des sols. La biodiversité de ce microbiome est généralement corrélée à la performance des plantes et à la qualité des sols. Cependant, la plupart des connaissances sur ces interactions proviennent d’écosystèmes naturels ou semi-naturels et peu d’études concernent les successions primaires comme celles observées dans les parcs à résidus miniers. Il est donc crucial de mieux comprendre ces habitats afin d’en assurer une gestion durable et sélectionner les plantes et microorganismes optimaux en vue de restaurer efficacement la mine de Gagnon.

Ce projet vise à caractériser l’influence des microorganismes sur la recolonisation des parcs à résidus miniers. Nous analyserons deux types de microbiomes, celui des sols non colonisés et celui des sols rhizosphériques des cinq plantes présentes sur le site, en utilisant des approches biomoléculaires avancées. Cette analyse permettra de distinguer les microorganismes présents dans le sol en l’absence de plantes et ceux spécifiquement associés au sol colonisé par des plantes. Nous allons aussi réaliser une expérience in vitro en serre afin de mesurer les rétroactions plante-sol entre les différentes espèces et rhizosphères du site. En corrélant ces données avec la diversité des microbiomes, nous tenterons d’identifier les microorganismes qui ont le plus d’impact sur la performance des plantes et de déterminer comment le microbiome influence la coexistence entre les plantes. Ces informations seront essentielles pour comprendre comment le microbiome de ces plantes leur ont permis de coloniser et de coexister dans cet environnement hostile. Ces recherches nous permettront d’identifier quelles espèces végétales possèdent des communautés microbiennes avec des fonctions complémentaires. Nous pourrons alors proposer des assemblages synergiques de végétaux pour accélérer le rétablissement écologique des sites perturbés par l’activité minière. Cette étude contribuera plus largement à comprendre le rôle du microbiome dans la restauration des habitats endommagés.

Malgré ses retombées économiques, l’activité minière produit des volumes importants d’extrants, notamment des résidus fins. Les parcs où sont stockés ces résidus, bien qu’ils représentent des environnements hostiles à l’établissement des plantes, doivent être revégétalisés. Ce processus de végétalisation constitue la première étape vers le retour à l’état naturel d’un site minier. Le site de l’ancienne mine de fer de Gagnon-Lac Jeannine comporte un parc à résidus de 4 km². Malgré la faible présence de nutriments, le parc est lentement colonisé par des plantes pionnières, mais demeure en grande partie exempt de végétation.

Dans un premier volet, notre équipe s’est intéressée aux modifications que ces plantes colonisatrices apportent à leur environnement. Afin de déterminer l’importance de leur effet sur les résidus fins du site, nous avons étudié deux types de sols, soit le sol rhizosphérique associé à cinq (5) espèces de végétaux présents sur le site et le sol non colonisé par des plantes (les résidus). Les végétaux étudiés sont : la dryade de Drummond, l’aulne crispé, la sabline, le saule arbustif et les tapis de bryophytes. Sur ces 54 échantillons de rhizosphère et 50 échantillons de résidus non colonisés, nous avons ainsi mesuré la fixation d’azote microbienne, la teneur en carbone, le taux de respiration du sol et la capacité d’échange cationique. Ces variables sont toutes importantes, car elles jouent des rôles clés dans le rétablissement des écosystèmes. Dans un deuxième volet, notre équipe a porté une attention particulière à une plante symbiotique (la dryade de Drummond) connue pour avoir un effet notable sur la fixation de l’azote. Il s’agit d’une espèce très présente sur ce site minier, même dans les zones les plus stressées, et dont la répartition, à échelle provinciale, est éparse. Le site du Lac Jeannine est en effet l’un des rares endroits où la dryade a été répertoriée au Québec. Nous allons donc étudier en profondeur les communautés fixatrices associées à cette plante pionnière, notamment sa capacité à établir une symbiose avec l’actinobactérie Frankia sp.

Ces recherches nous permettront de faire des recommandations pour améliorer la biodiversité végétale dans les sites en voie de restauration et pour réduire le coût environnemental et monétaire de ces opérations. Plus spécifiquement, nous visons à déterminer si certaines plantes présentes sur le site du Lac Jeannine ont des fonctions complémentaires qui pourraient faciliter la succession végétale.

L’essor de l’industrialisation a considérablement influencé le quotidien des populations et laissé une empreinte négative dans l’environnement. Dans le cadre de l’exploitation minière, l’une des activités du secteur primaire de l’économie, de nombreuses recherches ont réussi à démontrer l’impact indéniable de la mauvaise gestion des rejets miniers dans les écosystèmes environnants (eaux de surfaces, eaux souterraines et pédosphère). En effet, les résidus miniers au contact de l’oxygène et l’eau auront tendance à s’oxyder et à libérer des contaminants dans l’environnement : c’est le phénomène du drainage minier acide. Pour gérer ce problème, plusieurs méthodes de restauration minières ont été testées, notamment la désulfuration et la réutilisation des rejets miniers lors des travaux de restauration. L’utilisation des rejets miniers désulfurés comme matériau de restauration présente de nombreux avantages tant économiques qu’environnementaux. Néanmoins, cette pratique présente encore des zones d’ombres quant à son efficacité à long terme et les interactions géochimiques en conditions anaérobies.

Dans cette optique, la présente recherche vise principalement à comprendre le comportement géochimique des résidus miniers désulfurés dans des conditions aérobies et anaérobies. Pour ce faire, des essais cinétiques ont été réalisés sur des résidus miniers des mines Doyon, Éléonore et Westwood tant en présence qu’en l’absence d’oxygène. Des analyses des paramètres physico-chimiques (Eh, pH, conductivité électrique, acidité, alcalinité) et géochimiques (cations, anions et métaux) ont été effectuées sur les lixiviats. Les échantillons post-rinçage ont subi une caractérisation finale (analyse minéralogique [MO, MEB, DRX]) et une extraction parallèle dans le but d’identifier les différentes phases lixiviées lors de l’essai cinétique.

Les rejets sulfurés ont des comportements similaires dans les deux conditions : les lixiviats des rejets de Doyon ont des pH acides, alors que les rejets d’Eléonore sont neutres avec des concentrations en Zn, Fe, Ni, Cu et Pb très faibles. Les teneurs en As sont presque nulles dans les rejets de Doyon, mais elles sont supérieures à celles indiquées dans la Directive 019 pour Éléonore. Les lixiviats des rejets désulfurés, quant à eux, ont aussi des pH neutres et les concentrations en métaux sont conformes aux normes de la Directive 019. Une modélisation géochimique a également été réalisée et a permis de visualiser l’équilibre thermodynamique lors des rinçages.