MCS dans le Grenville : Découvertes et avancées dans la compréhension de leur processus d’enrichissement (cas des minéralisations en cuivre, Nb-ETR et du graphite)

Jacques Martignole (1939-2025) fut un géologue de renommée internationale dont les travaux ont profondément marqué la compréhension de la province géologique de Grenville. Originaire de Carcassonne en France, il arrive au Québec en 1964 afin d’y entreprendre un doctorat d’État sur le Complexe anorthositique de Morin, marquant le point de départ d’une carrière exceptionnelle à l’Université de Montréal. S’échelonnant sur plus de quatre décennies (1968-2012), son parcours scientifique se distingue par une approche intégrative combinant pétrologie, géochronologie, géologie structurale et métamorphisme qui visait à comprendre les processus orogéniques de la Province de Grenville.

Jacques Martignole représente l’archétype du géologue de terrain allié à la rigueur d’un pétrologue et la profondeur d’un penseur tectonicien. Sa contribution au programme Lithoprobe et à la compréhension de la géologie de la Province de Grenville est majeure, particulièrement dans trois domaines : (1) la pétrogenèse des anorthosites et des suites AMCG (anorthosite-mangérite-charnockite-granite); (2) l’architecture tectonique de la Province de Grenville; et (3) l’évolution structurale, thermique et chronologique de l’Orogénie grenvillienne. Son approche était intégrative, combinant observations de terrain, analyses pétrographiques détaillées, données géochronologiques et réflexion tectonique à grande échelle.

Jacques Martignole a formé, au fil des années, plusieurs générations de géologues en géologie structurale, dirigé de nombreux étudiants à la maîtrise et au doctorat, et collaboré avec un vaste réseau de chercheurs. Scientifique rigoureux et réservé, le professeur Martignole se distinguait par son bon sens de l’humour. Il était un passionné de montagne, de ski, de musique classique et de tapis persan.

La Ceinture centrale des métasédiments (CMB) fait partie de l’Allochtone monocyclique de la Province de Grenville au Québec. Elle s’est formée dans un contexte de bassins volcano-sédimentaires d’arrière-arc en marge de Laurentia, avant d’être incorporée à l’Orogène grenvillien. Elle constitue une zone métallogénique remarquable pour les métaux critiques et stratégiques, avec des gîtes de graphite, de métaux usuels (Cu, Zn, Ni), de métaux précieux (Au, Ag) et de métaux stratégiques (Nb, ETR, U), qui n’ont jusqu’ici fait l’objet que de travaux d’ampleur limitée.

Au nord de Mont-Laurier, deux grands bassins à dominante sédimentaire peuvent être reconnus de part et d’autre du promontoire antiforme du Baskatong, marqué par le linéament de Beauregard. Dans le bassin de Ducarny-Napigon, la Formation de l’Ascension (1,28 Ga) comprend des unités évaporitiques, carbonatées et pélitiques indiquant un milieu de plateforme peu profonde. Des rhyolites ainsi que des tufs à blocs et à lapillis témoignent par ailleurs d’une activité volcanique explosive felsique. Leur signature géochimique suggère un contexte d’arc ou d’arrière-arc.

Ce bassin renferme de nombreuses concentrations cuprifères dans des contextes volcano-sédimentaires, sédimentaires et magmatiques. Les indices de sulfures massifs de Ducarny et de Leroy s’alignent sur plus de 10 km en bordure du bassin. Ils présentent des analogies avec les minéralisations de type Kuroko. Des minéralisations cuprifères sont également présentes dans des environnements sédimentaires et plutoniques dans la partie nord-est du bassin. L’ensemble de ces observations souligne le potentiel métallogénique du secteur Ducarny-Napigon et justifie une investigation plus poussée.

Cette conférence présente les résultats des campagnes de cartographie réalisées au cours des étés 2024 et 2025 dans les régions des lacs Musquanousse (feuillet 12K06) et D’Auteuil (feuillet 12K11). Ce secteur est essentiellement constitué d’un cortège de roches intrusives, dont le socle d’âge wakamien (1582 Ma), qui correspond au Complexe de l’Aigle. Celui-ci est surmonté par l’ensemble volcano-sédimentaire du Complexe de Coude (∼1519 à 1491 Ma). Le tout est injecté par des plutons intermédiaires à felsiques pinwariens, notamment les suites intrusives de Marie-Claire (∼1505 à 1479 Ma), de Grand Priant (∼1502 Ma) et de D’Auteuil (∼1494 Ma), ainsi que la Granodiorite de Grand Portage (∼1500 Ma), auxquels s’ajoutent les intrusions mafiques de la Suite intrusive de Lillian. Des intrusions plus tardives, comprenant l’Intrusion de Dabin (∼1276 Ma), la Suite intrusive de Mantuh (∼1088 Ma) et l’Intrusion gabbroïque de Musquaro (∼1069 Ma), précèdent la mise en place des intrusions peu déformées de la Suite intrusive de Washicoutai (∼1043 à 1031 Ma) et des granites tardifs de la Suite intrusive de Bouin (∼1027 Ma) qui représentent les derniers épisodes magmatiques reconnus dans la région. Quelques indices minéralisés ont été répertoriés dans la région, dont un en éléments des terres rares (ETR), ainsi que des indices de Zn et de Cu. La région est caractérisée par quatre grands types d’altération hydrothermale (sodique, alumineuse, ferrifère-magnésienne et potassique) principalement associée aux roches du Complexe de Coude et à la Suite intrusive de Grand Priant. Métamorphisées au faciès des amphibolites, ces zones d’altération sont interprétées comme l’expression d’un système hydrothermal zoné.

Les carbonatites constituent l’un des principaux hôtes naturels des minéralisations en éléments de terres rares (ETR) et en niobium (Nb), des métaux critiques pour les technologies modernes. Si le potentiel métallogénique de ces roches est largement reconnu, les processus précis menant à l’enrichissement économique en Nb et ETR demeurent complexes et multifactoriels. Parmi ceux-ci, la combinaison et l’interaction entre les magmas carbonatitiques et les lithologies silicatées encaissantes (syénite, gneiss, pyroxénite, etc.) jouent un rôle dans la genèse, la concentration et la redistribution de ces éléments. Ces interactions, tant magmatiques qu’hydrothermales, se traduisent par des phénomènes physiques (bréchification, assimilation), chimiques (fénitisation, métasomatisme, hydrothermalisme) et minéralogiques qui influencent fortement la géométrie et la nature des zones minéralisées. Cette présentation est centrée sur les carbonatites et propose d’évaluer les processus de minéralisation en Nb et ETR en s’intéressant aux lithologies de cinq complexes alcalins minéralisés représentatifs de la Province de Grenville, soit ceux de Crevier, Grand lac Brochet, Saint-Honoré, Terres Rompues et Girardville. Cette approche repose sur une combinaison d’observations de terrain, d’analyses pétrographiques et géochimiques (éléments majeurs et en traces) ainsi que de microanalyses minéralogiques, notamment par LA-ICP-MS sur biotite, afin de mieux caractériser les signatures de ces minéralisations et comprendre les processus permettant la mobilité du Nb et des ETR.

Les séquences métasédimentaires de la Province de Grenville présentent un fort potentiel pour plusieurs types de minéralisation en métaux et minéraux critiques et stratégiques, notamment le graphite, la silice de haute pureté, le cuivre et le zinc. Une grande partie de ces minéralisations sont syngénétiques, c’est-à-dire qu’elles se sont formées simultanément au dépôt des roches qui les encaissent. La compréhension du contexte géologique dans lequel ces séquences métasédimentaires se sont développées est donc essentielle pour expliquer et prédire la distribution de ces gisements.

Toutefois, les épisodes de métamorphisme et de déformation associés aux différentes phases orogéniques ayant affecté la Province de Grenville compliquent considérablement l’interprétation de ces successions rocheuses. À l’échelle de la province, les roches sédimentaires affleurent principalement sous la forme de lambeaux tectoniques discontinus et fortement remaniés qui peuvent présenter des histoires métamorphiques distinctes. La classification actuelle de ces séquences est basée sur un nombre limité de données géochronologiques et s’appuie principalement sur les caractéristiques lithologiques et le degré de métamorphisme des roches.

Des travaux récents menés par notre groupe ont mis en évidence les limites de cette approche et soulignent la nécessité de réviser en détail la subdivision de ces séquences métasédimentaires. Une telle réévaluation est indispensable afin d’améliorer notre compréhension de leur évolution géologique et d’optimiser l’exploration des ressources en minéraux critiques et stratégiques qu’elles renferment.

Les zones de cisaillement exercent un contrôle de premier ordre sur la répartition des domaines tectoniques de la Province de Grenville et, par extension, sur la distribution des ressources minérales. Le centre de cette province est affecté par un réseau de zones de cisaillement syn-ottaviennes à tardi-ottaviennes, tandis que les structures d’épaississement crustal de l’Ottavien précoce (> 1080 Ma) sont plutôt rares. La zone de cisaillement NE-SW dextre (± oblique-inverse) de Saint-Fulgence au Lac-Saint-Jean a enregistré une déformation à haute température (650 à 800 °C) vers 1060 Ma, postérieure au pic métamorphique. Cette structure a pu jouer un rôle dans la mise en place de dykes granitiques, localement riches en Th-U-ETR, qui sont parallèles et synchrones à celle-ci. En Mauricie toutefois, les zones de cisaillement N-S de Taureau orientale et de Tawachiche enregistrent respectivement des mouvements normaux à haute température (675 à 775 °C) vers 1065 Ma, et à température modérée entre 1065 et 1035 Ma. Ces zones de cisaillement sont responsables de l’exhumation de la croûte profonde et de sa juxtaposition avec les séquences volcano-sédimentaires de Montauban, lesquelles contiennent, entre autres, des minéralisations de Zn-Cu-Au-Ag sous la forme de sulfures massifs. Un raccourcissement tardif (1035 à 1000 Ma) à basse température (400 à 500 °C) est exprimé par des zones de cisaillement senestres NNW-SSE, telles que celle de Saint-François-de-Sales, et de plus rares zones de cisaillement dextres conjuguées NE-SW. L’ensemble de ces structures permet de mieux comprendre l’évolution crustale de la Province de Grenville centrale après le pic de la collision.

Le graphite, minéral critique et stratégique, est généralement formé soit par la graphitisation métamorphique de la matière organique, soit par la précipitation de carbone à partir de fluides hydrothermaux. Le gisement de la mine de Lac-des-Îles, située dans la Ceinture métasédimentaire centrale de la Province de Grenville, est traditionnellement interprétée comme une minéralisation orogénique mise en place dans un contexte métamorphique-hydrothermal, mais plusieurs aspects demeurent mal compris, notamment l’origine du carbone, le rôle des fluides riches en CO₂ et l’influence des structures régionales dans la concentration du graphite. Les travaux réalisés en 2025 comprennent la description de 88 affleurements, l’étude de six indices minéralisés, ainsi que des analyses pétrographiques, géochimiques, structurales et géochronologiques.

Les observations démontrent que le graphite est présent sous la forme de paillettes disséminées dans les roches métasédimentaires encaissantes de trois sites étudiés. Toutefois, à la mine de Lac-des-Îles et à l’indice de Lac  Bouleaux, les concentrations les plus importantes sont associées à des marbres graphiteux nodulaires et à des roches calco-silicatées riches en graphite. Ces unités montrent de nombreuses textures de remplacement par la calcite et le graphite, des veines de calcite-graphite, ainsi que des concentrations locales pouvant atteindre 50 % de graphite.

Les résultats préliminaires des travaux suggèrent que ces marbres graphiteux nodulaires pourraient ne pas être de nature primaire, mais représenter plutôt des roches calco-silicatées transformées par des processus métasomatiques impliquant des fluides riches en CO₂. Cette hypothèse est appuyée par les textures de remplacement observées, la présence de fragments calco-silicatés préservés et l’enrichissement local du graphite dans des veines et des zones de déformation. L’étude propose ainsi qu’un enrichissement secondaire du graphite s’est produit au cours du métamorphisme et de la déformation grenvillienne, probablement contrôlé par des pièges lithologiques et structuraux. Les alignements régionaux NE-SW, qui regroupent les mines de Lac-des-Îles, Standard Graphite et de nombreux indices de graphite, pourraient avoir servi de corridors de circulation de fluides permettant la remobilisation du carbone.

Les travaux futurs viseront à préciser la géochimie des roches hôtes, l’âge des minéralisations, l’origine des marbres graphiteux nodulaires et les relations entre minéralisations et structures régionales. Ces résultats devraient permettre de proposer un nouveau modèle métallogénique pour le graphite dans le sud-ouest du Grenville et d’améliorer les critères d’exploration au Québec.

Les carbonatites et les intrusions alcalines associées constituent d’importants hôtes de minéralisations de terres rares (ETR). Un exemple notable est le Complexe néoprotérozoïque de Saint-Honoré, situé dans le graben du Saguenay, un système alcalin-carbonatitique caractérisé par une zonation concentrique et qui renferme le gisement Nb-ETR de Niobec. Bien que des études antérieures aient proposé une origine hybride magmatique-hydrothermale pour la minéralisation en ETR, la distribution des minéraux en profondeur demeure encore peu connue.

Cette étude vise à caractériser la variabilité minéralogique et géochimique de la zone minéralisée en ETR dans un intervalle de 113 à 1254 m provenant du forage le plus profond à Niobec. Une approche intégrée combinant la diffraction des rayons X quantitative (DRXQ) avec raffinement de Rietveld et la fluorescence des rayons X (FRX) a été utilisée afin de quantifier les phases minérales et d’évaluer leur évolution en profondeur.

Les résultats montrent une prédominance de dolomite-ankérite et de sidérite, accompagnées de faibles proportions de calcite. Les résultats mettent en évidence des variations dans les phases principales et secondaires, notamment la prédominance de dolomite et d’ankérite, la présence de sidérite (0 à 23 %) et de calcite en quantités mineures. Les principaux minéraux porteurs d’ETR identifiés sont la barytine (jusqu’à ~34 %), la fluorapatite (≤ 25 %), la monazite (≤ 10 %) et la bastnaésite (≤ 6 %). Les données géochimiques corroborent ces assemblages (CaO 15 à 28 %; MgO 4,5 à 16 %; Fe₂O₃ 6 à 21 %) et révèlent des niveaux enrichis en ETR (≤ 9 %), alors que les teneurs en Nb₂O₅ demeurent faibles (< 0,3 %).

L’analyse statistique des données de DRXQ a permis de distinguer trois faciès minéralogiques : une ferrocarbonatite riche en dolomite-ankérite, un faciès carbonaté enrichi en barytine et un faciès enrichi en ETR dominé par la monazite et la fluorapatite. Ces faciès reflètent une variabilité magmatique primaire; les minéraux hydrothermaux (kaolinite, annite, quartz, calcite) se superposent aux assemblages primaires plutôt que de former une zone d’altération distincte. Les faciès les plus riches en ETR se concentrent en profondeur (≈968 à 1254 m), ce qui laisse supposer la préservation ou le développement d’une zone localisée enrichie en terres rares.

Les données QXRD affinées par Rietveld et la spectroscopie XRF offrent une stratégie analytique solide et fiable pour quantifier l’hétérogénéité minéralogique des systèmes carbonatitiques, ce qui vient étayer les modèles d’exploration et la caractérisation des ressources pour les gisements de terres rares.