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

Résumé

Le bouclier précambrien du Canada, entité géologique d'importance majeure située au coeur du continent nord-américain, expose les roches les plus anciennes de notre planète datant du début de l'Archéen. Il se compose en grande partie de segments crustaux formés et stabilisés il y a plus de 2.7 milliards d'années (2.7 Ga). La géochimie isotopique, combinée à des approches géochronologiques et géochimiques, apporte des éléments essentiels pour mieux comprendre la formation et la stabilisation de la croûte continentale.

Cette thèse présente les résultats d'études isotopiques réalisées au sein du bouclier canadien dans deux entités géologiques distinctes: la zone centrale {core zone) du craton de Churchill située au sud de la Baie d'Ungava; et les sous-provinces de La Grande et de Nemiscau situées dans la partie nord-est de la Province du Supérieur, à l'est de la Baie d'Hudson. Chacun des trois chapitres principaux de cette thèse est un article destiné à être publié dans une revue scientifique internationale. Les résultats isotopiques présentés se sont grandement appuyés sur la spectrométrie de masse à ionisation thermique et la mise au point de nouvelles techniques analytiques, par spectrométrie ICP-MS à secteur magnétique et système de multi-collection, notamment pour ce qui concerne la systématique des isotopes du Lu et de l'Hf.

Le premier article fait l'objet d'une étude isotopique Pb-Pb et Sm-Nd de gneiss et de roches plutoniques affleurant le long de la baie d'Ungava et imbriqués, au Paléoprotérozoïque (ca. 1.8 Ga), entre les ceintures orogéniques du Nouveau-Québec et des Torngat. Les données isotopiques montrent clairement que cette core zone est en fait une portion de croûte archéenne ayant déjà subi, contrairement à ce que l'on pensait, des processus de haut grade métamorphique (amphibolite supérieur à granulite) dès la fin de l'Archéen. D'un point de vue géologique, on élimine dans ce travail les modèles qui rattachaient cette portion de croûte à la province du Rae, située plus au nord de même qu'à la Province du Nain située à l'est. Nos travaux permettent plutôt de souscrire pour un rattachement à la Province du Supérieur. Le comportement des éléments U, Th et Pb mis en évidence grâce à une étude à l'échelle minérale réalisée sur des feldspaths potassiques montre une diminution des rapports U/Pb et une augmentation des rapports Th/U au sein du réservoir crustal lors de l'événement métamorphique ayant transformé ces roches en gneiss aux environs de 2.6 Ga. De plus, le couplage avec les isotopes du Nd permet de mettre en évidence l'importance des phénomènes de différenciation intracrustale et d'anatexie affectant cette portion de croûte à 1.8 Ga.

Le second article présente une étude multi-isotopique Pb-Pb, Sm-Nd et Lu-Hf du socle granitoïde et des roches plutoniques mis en place, dans un laps de temps de près de 300 millions d'années (2.9-2.6 Ga), dans les sous-provinces de La Grande et de Nemiscau au nord-est de la Province du Supérieur. Les signatures isotopiques évoluées en Nd, Hf et Pb du socle tonalitique (complexe de Langelier) daté entre 2.8 et 2.9 Ga démontrent que ces roches ne proviennent pas d'un apport juvénile direct du manteau. Elles requièrent l'existence d'une croûte encore plus ancienne dans la région et nos modélisations suggèrent l'existence d'une croûte âgée d'au moins 3.2 Ga. Les plutons syn- à tardi-tectoniques mis en place entre 2.73 et 2.62 Ga présentent des compositions isotopiques reflétant des contextes tectoniques distincts. D'une part, les plutons situés dans la partie septentrionale de la sous-province (domaine de La Grande) possèdent des compositions isotopiques en Pb, Nd et Hf plus enrichies que ceux situés dans sa partie méridionale (domaine de la Rivière Eastmain). Cette distinction est mise en lien avec la présence d'un socle tonalitique au nord, et son absence au sud. D'autre part, les compositions isotopiques observées s'expliquent très bien dans un modèle de mélange à deux pôles entre un réservoir mantellique appauvri en éléments incompatibles, comme celui défini plus au sud dans la sous-province de l'Abitibi, et un réservoir crustal ayant les caractéristiques isotopiques propres au socle présent à l'affleurement (complexe de Langelier). En comparaison, les compositions isotopiques des plutons post-tectoniques tranchent nettement et requièrent, sur toute la région étudiée, la contribution d'un socle ancien ou de sédiments dérivés de ce socle. Ceci est interprété comme résultant de l'épaississement de la croûte continentale suite à son chevauchement du nord vers le sud. Dans l'ensemble, nos résultats tranchent fortement avec les données disponibles pour des intrusions contemporaines mises en place dans la partie méridionale de la Province du Supérieur {e.g. sous-provinces de l'Abitibi et du Pontiac): elles témoignent de l'importance du recyclage crustal dans la partie nord du craton, tandis que sa partie sud s'est vraisemblablement formée en milieu de plateau ou d'arcs océaniques.

Le troisième article est une étude géochimique et isotopique (Hf-Nd-Pb) de séquences volcaniques mafiques présentes dans les sous-provinces de La Grande et de Nemiscau. Elle met en évidence la présence d'un réservoir mantellique appauvri sous la sous-province de La Grande. L'argument le plus porteur est la signature isotopique en Hf des komatiites (séquence du Lac Guyer) qui est identique à celle des séquences classiques de komatiites étudiées en Abitibi. Dans le cas des séquences de basaltes, la géochimie des éléments majeurs, des éléments traces et la systématique Sm-Nd sont ambiguës quant à l'interaction de ces magmas avec la croûte continentale pendant leur mise en place; toutefois, la systématique Lu-Hf montre clairement que la composition des basaltes a été modifiée par interaction avec des matériaux enrichis et se montre le meilleur discriminant pour reconnaître les processus de contamination crustale. Ces résultats sont en accord avec le contexte tectonique continental où l'on retrouve ces basaltes de même qu'avec les résultats isotopiques en Pb, Nd et Hf obtenus pour les roches felsiques recoupant ces mêmes séquences (article 2).