Characterization and (U-Th-Sm)/He dating of Moroccan supergene ore deposits
: New insights to unravel the periods and potential causes of weathering processes.

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Les profils d’altération météorique résultent de l’exhumation de roches et minerais primaires (hypogènes) et de leur exposition aux agents atmosphériques. L’oxydation de sulfures (principalement), la dissolution des roches hôtes, le transport et la (re)concentration d’éléments chimiques permet la précipitation d’un large assortiment de minéraux secondaires (supergènes), augmente la teneur de certains métaux dans le minerai, et génère la formation de gisements supergènes. La caractérisation minéralogique, pétrographique et géochimique détaillée des minerais supergènes, motivée par la demande croissante en métaux et éléments rares pour les nouvelles technologies, a pour but l’identification de concentrations économiques en ces éléments, dans la partie altérée des gisements métalliques. L’omniprésence des (oxyhydr-)oxydes de fer tels que la goethite et l’hématite dans les environnements supergènes rend possible la datation des processus d’altération météorique par la méthode (U-Th-Sm)/He, alors que la présence locale d’alunite autorise l’obtention d’âges de cristallisation par la méthode 40K-39Ar. Cette thèse poursuit trois objectifs : 1) la définition des séquences paragénétiques de gisements métalliques supergènes et le positionnement des phases minérales datables dans ces séquences, 2) la datation des (oxyhydr-)oxydes de fer afin d’intégrer les processus d’altération dans un canevas temporel robuste, 3) la détermination de l’importance relative des paramètres influençant le développement des profils supergènes, que ce soit le climat, qui apporte les fluides nécessaires à l’altération et définit la cinétique des réactions chimiques, ou la géodynamique, qui provoque l’exhumation des roches et génère des gradients pour la progression des fluides. Quatre régions ont été sélectionnées pour répondre à ces questions : 1) trois sites du Haut Atlas Oriental du Maroc, le gîte de cuivre de Jbel Klakh, le gîte plomb-zinc de Jbel Haouanit et le gîte fer-manganèse-cuivre de Jbel Rhals, 2) le gisement de manganèse d’Imini situé dans le Haut Atlas Central du Maroc, 3) trois gisements et plusieurs chapeaux de fer de l’Anti-Atlas Occidental du Maroc comprenant les gisements de cuivre de Tazalaght, Agoujgal et Tizert, et 4) le district polymétallique de Nefza-Sejnane, au Nord de la Tunisie. La distribution verticale de zones d’altération minéralogique, composée, de bas en haut, de la zone hypogène (sulfures tels que la chalcopyrite, pyrite, tennantite, galène, sphalérite), de la zone de cémentation (sulfures tels que la bornite, digénite, chalcocite, djurleite, covellite), de la zone oxydée (i.e. malachite, azurite, brochantite, olivénite, chenevixite) et de la zone lessivée ou chapeau de fer ((oxyhydr-)oxydes de fer, mottramite, quartz, calcite), est particulièrement mise en exergue dans les gisements de cuivre, mais moins évidente dans les gisements de plomb-zinc-fer-manganèse de Jbel Haouanit, Jbel Rhals et Agoujgal. Des échantillons de tennantite altérée des gisements de Tazalaght et Agoujgal, présentant des textures en « boxwork » enregistrent aussi cette séquence à l’échelle de l’échantillon, en mettant en évidence l’évolution des interactions fluide-roche avec le temps. L’influence capitale de la nature de la roche hôte de la minéralisation est particulièrement observée dans les gisements contenus dans des roches carbonatées, qui présentent une grande variété de phases minérales oxydées dont la précipitation n’a été possible qu’après une neutralisation efficace de l’acidité des fluides par la dissolution des carbonates de la roche hôte. Les essais analytiques et les datations d’(oxyhydr-)oxydes de fer ont mis l’accent sur l’importance fondamentale de la sélection minutieuse des échantillons et de leur caractérisation approfondie pour l’obtention d’âges corrects, précis et significatifs. Ainsi, les échantillons de goethite botryoïdale sont considérés comme le matériel idéal pour la datation (U-Th-Sm)/He, alors que les échantillons microcristallins sont relégués en deuxième choix. Il est préférable d’éviter de dater des (oxyhydr-)oxydes de fer pseudomorphosant de la pyrite. Dans le Haut Atlas et l’Anti-Atlas marocains, une corrélation entre les âges de cristallisation des (oxyhydr-)oxydes de fer et de l’alunite, et des périodes de déformations du Crétacé Supérieur et du Cénozoïque suggère que l’exhumation de roches et minerais primaires est un processus clé requis pour le développement de gisements supergènes et de chapeaux de fer. Une interprétation similaire est proposée pour le district polymétallique tunisien de Nefza-Sejnane, où les âges des goethites indiquent la circulation de fluides météoriques en lien avec les événements géodynamiques identifiés dans cette région. Ainsi, la géodynamique est considérée, dans l’Atlas marocain et le Nord de la Tunisie, comme le facteur principal influençant le développement de minéralisations supergènes, conférant les gradients nécessaires à la circulation des fluides météoriques. Le manque de correspondance entre les âges des minéralisations supergènes et les climats cénozoïques (sub)tropicaux du Nord de l’Afrique suggèrent que les paramètres climatiques ne jouent qu’un second rôle dans la création de profils d’altération météorique, même si la présence de précipitations est requise pour assurer la présence de fluides météoriques.
la date de réponse9 sept. 2020
langue originaleAnglais
L'institution diplômante
  • Universite de Namur
SponsorsFund for Research Training in Industry and Agriculture (FRIA)
SuperviseurJohan Yans (Promoteur), Alain Bernard (Copromoteur), Cécile Gautheron (Copromoteur), Vincent HALLET (Président), Jocelyn Barbarand (Jury), Eric Pirard (Jury), Vinciane Debaille (Jury) & Lhou Maacha (Jury)

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