Origine, évolution et exhumation des leucogranites peralumineux de la chaîne hercynienne armoricaine : implication sur la métallogénie de l'uranium

par Christophe Ballouard

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Marc Poujol et de Marc Jolivet.

Soutenue le 02-12-2016

à Rennes 1 , dans le cadre de SCIENCES DE LA MATIERE , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) et de Géosciences (Rennes) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les granites peralumineux sont les acteurs principaux de la différentiation de la croûte continentale et représentent un enjeu sociétal important car ils sont associés à de nombreux gisements métallifères. Dans la chaîne hercynienne européenne, la majorité des gisements hydrothermaux d'uranium (filons ou épisyenites) sont associés à des leucogranites peralumineux d'âge tardi-carbonifère. Ainsi dans le Massif armoricain, 20000 t d'uranium (U) (~20% de la production historique française), ont été extraites des gisements associés aux leucogranites de Mortagne, Pontivy et Guérande. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre le cycle de l'uranium dans la chaîne hercynienne armoricaine depuis la source des leucogranites, leur évolution et leur mise en place dans la croûte supérieure jusqu'à leur lessivage par des fluides, la formation des gisements puis leur exhumation en sub-surface. Dans ce but, des données pétro-géochimiques, géochronologiques et thermochronologiques ont été obtenues sur les leucogranites de Guérande, Pontivy et leurs gisements d'uranium associés. Les leucogranites de Guérande et de Pontivy se sont mis en place, respectivement, à ca. 310 Ma dans une zone de déformation extensive dans le domaine interne de la chaîne et ca. 315 Ma dans le domaine externe le long du cisaillement sud armoricain (CSA), une faille décrochante d'échelle lithosphérique. Les deux leucogranites sont issus d'un faible taux de fusion partielle de métasédiments détritiques et d'orthogneiss peralumineux, la fusion de ces derniers ayant vraisemblablement joué un rôle majeur dans la richesse en uranium des leucogranites. La fusion de la croûte continentale dans la zone interne de la chaîne a été induite par l'extension tardi-orogénique alors que la fusion de la croûte mais aussi du manteau dans la zone externe était probablement contrôlée par une déformation décrochante diffuse. La cristallisation d'oxydes d'uranium magmatiques dans les facies les plus évolués des leucogranites au moment de leur mise en place a été vraisemblablement rendue possible grâce à l'action combinée de la cristallisation fractionnée et d'une activité magmatique-hydrothermale diffuse. De ca. 300 Ma à 270 Ma, une activité tectonique fragile le long du CSA et des détachements a permis l'infiltration de fluides météoriques oxydants en profondeur induisant la mise en solution des oxydes d'uranium des leucogranites. Ensuite, les fluides ont précipité leur U dans des failles ou des fentes de tension à proximité du contact avec des lithologies sédimentaires avec un caractère réducteur variable. Les leucogranites étaient toujours en profondeur à des températures supérieures à 120°C au moment de la formation des gisements et leur exhumation en sub-surface n'est pas enregistrée avant le Trias ou le Jurassique. Ce modèle métallogénique n'est probablement pas exclusif au Massif armoricain car la période de formation des gisements d'U dans la région entre 300 et 270 Ma est la même que dans l'ensemble de la chaîne hercynienne européenne.

  • Titre traduit

    Origin, evolution and exhumation of the peraluminous leucogranites from the Armorican Hercynian belt : implication for uranium metallogenesis


  • Résumé

    Peraluminous leucogranites are the principal actors for the differentiation of the continental crust and play an important economic role because they are commonly associated with significant metalliferous deposits. Most hydrothermal uranium (U) deposits (vein or episyenite types) from the European Hercynian belt are spatially associated with Carboniferous peraluminous leucogranites and in the French Armorican Massif (western part of the European Hercynian belt) 20000 t of U (~20 % of the French production) were extracted from the deposits associated with the Mortagne, Pontivy and Guérande leucogranites. The objective of this work is to improve our knowledge about the U cycle in the Armorican Hercynian Belt from the leucogranites sources, their evolution and emplacement in the upper crust to U leaching, deposit formation and leucogranites exhumation at the subsurface level. For that purpose, petro-geochemical, geochronological and thermochronological data were obtained on the Guérande and Pontivy leucogranites as well as their spatially associated U deposits. The Guérande leucogranite was emplaced ca. 310 Ma ago in an extensional deformation zone in the internal domain of the belt whereas the Pontivy leucogranite was emplaced ca. 315 Ma ago in the external domain along the South Armorican Shear Zone (SASZ), a lithospheric scale wrench fault. Both leucogranites were formed by a low degree of partial melting of detrital metasediments and peraluminous orthogneisses; the fusion of the latter probably played a major role in the generation of U rich leucogranites. Partial melting of the crust in the internal zone of the belt was triggered by late orogenic extension whereas partial melting of the crust but also the mantle in the external zone was likely controlled by pervasive wrenching. The crystallization of magmatic uranium oxides in the most evolved leucogranitic facies was induced by fractional crystallization and probably enhanced by magmatic-hydrothermal processes. From ca. 300 to 270 Ma, a fragile tectonic activity along detachments and the SASZ, allowed for the infiltration at depth of meteoric oxidizing fluids, able to dissolve magmatic uranium oxides in the leucogranites. These fluids have then precipitated their U in faults or tension gashes close to the contact with sediments having a variable reducing character. The leucogranites were at depth above 120°c during the formation of U deposits and the exhumation of these intrusions did not occur before the Trias or the Jurassic. The proposed metallogenic model is likely not exclusive to the Armorican Massif as the timing of U deposits formation in the region from ca. 300 to 270 Ma is similar to the main U mineralizing event in the whole European Hercynian belt.


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