Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les grandes intrusions litées mafiques et ultramafiques comme le Complexe du Bushveld (Afrique du Sud) et le Complexe de Stillwater (Montana, Etats-Unis) peuvent contenir des niveaux minéralisés riches en EGP appelé «reef». Le Merensky Reef (Complexe du Busveld) et le J-M Reef (Stillwater complex) sont deux exemples de niveaux minéralisés enrichis en EGP associés avec des sulfures disséminés (pyrrhotite, pentlandite et chalcopyrite) et localisés dans la partie inférieure (~ 1/3 de la base) d'intrusions litées.

Plusieurs processus ont été envisagés pour tenter d'expliquer la présence de ces zones minéralisées enrichies en EGP et métaux communs. Deux modèles de formation pour ces types de minéralisation sont principalement proposés, mais restent sujet à de nombreux débats. Certains auteurs ont suggéré que les EGP sont collectés par un liquide sulfuré enrichis en métaux de base. Ce liquide sulfuré ségrége à partir du magma et percole vers le bas dans la pile de cumulât (silicates et/ou oxydes). D'autres auteurs ont proposés que les EGP sont plutôt captés par des fluides aqueux d'origine magmatique enrichis en chlore qui percolent vers le haut dans la pile de cumulât lors de la compaction et précipitent les EGP, S, Ni, Cu lorsque le fluide se dissout dans le liquide silicate intercumulus.

Le but premier de cette thèse est de tester par une approche multidisciplinaire (microtomographique, microstructurale, et géochimique) le modèle d'accumulation des EGP par un liquide sulfuré d'origine magmatique et d'évaluer le rôle de la compaction sur la distribution des minéraux sulfurés. Dans un deuxième temps, la redistribution des EGP par des fluides sera considérée. Ces deux études devront permettre de mieux contraindre le mode de formation des minéralisations enrichies en EGP dans les intrusions litées. Cette étude sera réalisée sur des échantillons du Merensky Reef et du J-M Reef.

Cette étude impliquera :

- la détermination de la distribution en 3-D (par microtomographie) et en 2-D (en lame mince) des minéraux sulfurés - la détermination du rôle de la compaction et/ou de la lithologie sur la distribution des sulfures (i.e. sur la migration des liquides sulfurés) -la détermination des phases contenant les EGP (sulfures, minéraux du groupe du platine ou autres phases) - la détermination du rôle des liquides sulfurés et de l'altération sur l'enrichissement en EGP - la synthèse des différents résultats pour proposer un modèle de formation pour ce type de minéralisation riche en EGP

L'étude microtomographique a permis de mettre en évidence que :

- les sulfures dans les roches silicatées du Merensky Reef et du J-M Reef sont localisés dans des réseaux verticaux d'échelle millimétrique à centimétrique. Dans le Merensky Reef, ces réseaux de sulfures s'arrêtent au niveau de chromite sous-jacente où les sulfures sont sous forme de gouttelettes - dans le Merensky Reef, le contenu en sulfure diminue vers le haut de la section et est maximal juste au-dessus des niveaux de chromite

Les études microstructurales des échantillons du Merensky Reef et du J-M Reef montrent que :

- toutes les lithologies contiennent des indices de déformation des cristaux à hautes températures (contacts indentés, macles de déformations, extinction ondulantes, bandes de déformation, etc.) - les sulfures sont distribués en réseaux verticaux et localisés le long de la bordure entre les grains de pyroxene, olivine et/ou plagioclase

Toutes les observations sont en accord avec une direction de compression maximale (al) orientée selon la paléo-verticale et due à la compaction de la pile de minéraux cumulais. Pendant cette compaction, des zones de moindres contraintes (dilatences) se formeraient et faciliteraient la percolation vers le bas des liquides sulfurés.

Les analyses géochimiques et minéralogiques ainsi que les résultats des modélisations indiquent que :

- dans les deux complexes, Pt et Au ne se concentrent pas dans les sulfures mais se trouvent sous forme de minéraux du groupe du platine (principalement des sulfures de Pt+/-Pd, des tellures de Pt+/-Pd, et des alliages de Pt-Fe) et de l'electrum - dans les deux cas, la plupart des autres EGP se retrouve dans la pentlandite et la pyrrhotite et le restant des EGP se retrouve sous forme de minéraux du groupe du platine (principalement laurite et alliage de Pd-Cu pour le J-M Reef) - tous les EGP présents dans les roches silicatées du Merensky Reef et du J-M Reef peuvent être modélisés par le processus de capture des EGP par un liquide sulfuré d'origine magmatique - les EGP observés dans les niveaux de chromite ont deux origines et deux processus se superposent : la cristallisation primaire à partir du magma silicate de minéraux du groupe du platine (avant la saturation en sulfure du magma) ; et par la suite la percolation d'un liquide sulfuré immiscible et enrichis en EGP - les alliages de platine (isoferroplatinum) observés dans les deux zones minéralisées seraient produits par la désulfurisation partielle des sulfures - les autres minéraux de groupe du platine (tellures et sulfures) s'exsolveraient à partir des sulfures lors du refroidissement - dans le J-M Reef, un événement tardif (le. après la capture des EGP par un liquide sulfuré et après la désulfurisation partielle des sulfures) aurait provoqué un enrichissement de certains échantillons en Pd et Pt et aurait lessivé partiellement les cumulais situés sous la zone minéralisée. Cela se serait produit à une température située entre 250 et 465 °C (basée sur la composition des alliages de Pd-Cu)