Origine, évolution et minéralisation en métaux rares des pegmatites de l'Afrique de l'Ouest

Origin, evolution and rare-metal mineralization of the West-African pegmatites

• Auteur / Autrice : Wilédio Marc-Emile Bonzi
• Direction : Olivier Vanderhaeghe, Urbain Wenmenga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des Planètes Solides
• Date : Soutenance le 15/11/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Université Joseph Ki-Zerbo (Ouagadougou, Burkina Faso)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Vanderhaeghe, Urbain Wenmenga, Didier Béziat, Séta Naba, Emilie Bruand, Éric Gloaguen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kathryn M. Goodenough, Alain Nicaise Kouamelan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux des terres rares

Métallogénie

Pegmatites

Mots clés libres

Afrique de l'Ouest

Minéralisation

Pegmatite

Pegmatite

West Africa

Mineralization

Résumé

Les métaux rares sont essentiels au développement de l'industrie de pointe et à la transition vers une énergie décarbonnée. Les pegmatites granitiques sont des métallotectes de ces métaux, dont l'origine est discutée entre la fusion partielle de métasédiments, ou la différenciation magmatique d'un pluton enrichi. Le secteur de Mangodara (Sud-Ouest du Burkina Faso) expose des pegmatites à métaux rares associées à des roches métamorphiques, migmatitiques et magmatiques, dans un contexte de gneiss-granitoïdes du Craton Ouest-Africain Paléoprotérozoïque. Nous investiguons la pétrogenèse de ces pegmatites à travers une approche multiple pétrographique, géochimique et géochronologique. Le secteur étudié constitue un dôme régional, représentatif de la croûte moyenne à inférieure (4-7 kbar, baromètre Aluminium dans la hornblende), avec au cœur un gneiss tonalitique- trondhjémitique riche en plagioclase, enveloppé par un gneiss granodioritique interprété comme étant une diatexite, contenant des lambeaux d'amphibolites, paragneiss (sillimanite-grenat/staurotide) et migmatites de protolithes birimiens. Des roches plutoniques, formant deux séries géochimiques l'une Na-riche et l'autre K-riche, sont en contact diffus avec ces gneiss ou intrusifs dans ces derniers. Quatre types de pegmatites ont été identifiées dans le secteur. Les pegmatites de type titanite-allanite et apatite-zircon sont métalumineuses, peu évoluées, et issues la ségrégation tardive du gneiss tonalitique-trondhjémitique. Les pegmatites de type grenat-colombite (Li, Nb) sont peralumineuses, de famille Mixte Lithium-Césium-Tantale et Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). Elles sont issues de la fusion partielle de paragneiss avec un contrôle du fractionnement des métaux rares dans la source par les micas, les phosphates et le grenat, et une contamination par les liquides résiduels des pegmatites métalumineuses. Les pegmatites de type grenat-REE (Ti, Y, HREE) sont des pegmatites NYF, issues de la ségrégation tardive du gneiss granodioritique, avec un contrôle du fractionnement des métaux rares par l'allanite, les phosphates et l'amphibole. La cristallisation de la pegmatite de type titanite-allanite est datée à 2094,3 ± 8,8 Ma par la méthode U-Pb sur zircon. Le refroidissement régional à moins de 500 °C est indiqué par des âges U-Pb sur apatite dans le gneiss tonalitique-trondhjémitique (2094 ± 21 Ma), dans le gneiss granodioritique (2041 ± 33 Ma) et dans la pegmatite de type apatite-zircon (2055 ± 20 Ma). La genèse des pegmatites à métaux rares de Mangodara dérive à la fois de processus de ségrégation et de fusion partielle dans la croûte moyenne, mais le contrôle de minéraux porteurs de métaux rares est déterminant sur le fractionnement des métaux rares, et la signature pétrogénétique des pegmatites. Cela ouvre des perspectives de recherche des minéralisations liées aux métaux rares dans les zones de transition migmatitiques-magmatique.

Rare metals are essential to the development of high-tech industry and to the transition toward a low-carbon energy. The Mangodara district (South West of Burkina Faso, West African Craton) exposes rare metals pegmatites associated with metamorphic, migmatitic and magmatic rocks, in a paleaoproterozoic complex of gneiss-granitoids. We investigate the petrogenesis of these pegmatites, discussed between the partial melting of metasediments and the magmatic differentiation of an enriched pluton, through a multi-disciplinary petrographical, geochemical and geochemical and geochronological approach. The studied zone consists of a regional dome, situated in the middle crust (4-7 kbar, Al in hornblende), cored by a tonalitic-trondhjemitic gneiss rich in plagioclase, and mantled by a granodioritic diatexite hosting rafts of amphibolites, paragneisses (sillimanite-garnet/staurolite) and migmatites of birimian protoliths. Plutonic rocks, forming two geochemical Na-rich and K-rich series, are in diffuse contact gneisses or intrusives within. Four types of pegmatites have been identified in the district. Titanite-allanite type pegmatites and apatite-zircon type pegmatites are metaluminous, few evolved, deriving from the late segregation of the tonalitic-trondhjemitic gneiss. Garnet-columbite type pegmatites (Li, Nb) are peraluminous, from the petrogenetic family Mixed Lithium-Cesium-Tantalum and Niobium-Yttrium-Fluor (LCT+NYF). They come from the partial melting of paragneiss with a control of rare metals fractionation in the source by micas, phosphates and garnet, and a contamination by residual liquids from the metaluminous pegmatites. Garnet-REE type pegmatites are NYF pegmatites, originating from the late segregation of a granodioritic gneiss, with a control of rare metals fractionation in the source by allanite, phosphates and amphibole. Titanite-allanite type pegmatite crystallization is dated at 2094.3 ± 8.8 Ma (U-Pb in situ dating of zircon). Regional cooling below 500 °C is indicated by U-Pb dating of apatite from the tonalitic-trondhjemitic gneiss (2094 ± 21 Ma), granodioritic gneiss (2041 ± 33 Ma) and apatite-zircon type pegmatite (2055 ± 20 Ma). The genesis of Mangodara rare metals pegmatites originates from processes of melt segregation as well as partial melting in the middle crust, but the control by rare metals-bearing minerals is determining in the fractionation of these elements, and the petrogenetic signature of pegmatites. Our results open some perspectives in the research of rare metals mineralization related to migmatitic-magmatic transition zones.