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ANNÉE 2016

THÈSE / UNIVERSITÉ DE RENNES 1

sous le sceau de l'Université Bretagne Loire pour le grade de

DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE RENNES 1

Mention : Sciences de la Terre

Ecole doctorale Sciences de la Matière

présentée par

Christophe Ballouard

Préparée à l'unité de recherche Géosciences Rennes OSUR (Observatoire des sciences de l'Univers) - UMR 6118

UFR Sciences et Propriétés de la Matière

Origine, évolution et

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

Thèse soutenue à Rennes

le 2 décembre 2016 devant le jury composé de :

Laurence Robb

Professeur, University of Oxford / rapporteur

Jean-Louis Paquette

Directeur de recherche, Université Blaise Pascal -

Clermont-Ferrand II /

rapporteur

Robin Shail

Senior lecturer, University of Exeter / examinateur

Antonin Richard

Maître de Conférences, Université de Lorraine/ examinateur

Denis Gapais

Directeur de recherche, Université de Rennes 1 / examinateur

Marc Poujol

Maître de Conférences, Université de Rennes 1 / directeur de thèse

Marc Jolivet

Directeur de recherche, Université de Rennes 1 / co-directeur de thèse

Remerciements

Mes remerciements vont tout d'abord à mes deux encadrants Marc et Marc ainsi qu'à Philippe. Marc P.

je te remercie de m'avoir fait confiance depuis mon master 1 en m'envoyant faire ce fantastique stage

dans les contrés éloignées de l'Abitibi. Ensuite, tu m'as initié (avec Philippe) à l'étude des granites

bretons, la géochronologie et la métallogénie de l'uranium en me proposant ce stage de master 2 sur le

granite de Guérande. Cela m'a beaucoup plu, la preuve en est que j'ai remballé pour 3 ans

supplémentaires ! Durant ces années, j'ai beaucoup aimé travailler avec toi. Tu m'as toujours soutenu

et tu m'as laissé la liberté de penser et d'action dont j'avais besoin pour m'épanouir dans ce domaine

qu'est la recherche. J'ai aussi beaucoup apprécié les " repas » aux tournebrides ! Merci Marc J. de

m'avoir initié à l'art des traces de fission. Tu vois malgré toutes les lames de standards Durango que j'ai

cassé et que tu as du réparé au vernis j'ai fini par l'avoir mon Zeta ! J'ai aussi beaucoup aimé travailler

avec toi. Philippe, tu as été mon co-encadrant de master

2 et tu es l'encadrant officieux de cette thèse.

Tu m'as toujours encouragé (en particulier sur mon travail du " dimanche »), et j'ai beaucoup apprécié

les discussions scientifiques (et autres !) qu'on a eu ensemble. Un très grand merci à tous les trois !

Je remercie tous les membres de mon jury pour avoir accepté d'évaluer cette thèse ainsi que pour les

discussions scientifiques qui ont suivi ma soutenance. Un grand merci à mes deux rapporteurs qui ont

relu le manuscrit en détail. Laurence, j'ai bien rajouté un petit paragraphe sur le Nb/Ta dans le résumé,

mais désolé je suis limité à une page ! Jean-Louis, vous verrez que j'ai bien remis les ellipses à 2ı dans

mes diagrammes concordia ! Robin et Antonin, j'espère que vous avez apprécié la sortie à Piriac sur

Mer ! Moi, j'ai eu du mal à me lever... Merci prési dent Gapais pour les discussions sur la tectonique hercynienne !

Merci à toutes les personnes avec qui j'ai travaillé et discuté " sciences » durant cette thèse. Merci Julien

pour ton enthousiasme dans l'étude des gisements d'uranium bretons et pour m'avoir accueilli à Nancy !

Jean-Louis, merci de m'avoir accompagné sur le chemin du fractionnement du Nb-Ta ! Merci beaucoup

aux deux Michels pour vos conseils et le prêt d'échantillons ! Yannick, merci pour tes encouragements

et les discussions qu'on a eu ensemble ! Armin, merci pour l'accueil à Frankfurt et l'initiation à l'Hf !

Torsten, merci, j'ai beaucoup apprécié les analyses en isotopes de l'oxygène avec toi à Lausanne !

Romain, merci pour tes encouragements et tes conseils, promis maintenant j'arrête de t'envoyer mes

posters ! Etienne, merci pour l'initiation à la sonde ionique ! Marie-Pierre, merci, heureusement que tu

étais là pour l'échantillonnage à Crozon ! Pipo, merci pour les discussions qu'on a eu ensemble ! David, un grand merci pour ta bonne humeur et les analyses en Sr et Nd ! Dominique, je ne sais pas comment j'aurai fini mon Powerpoint sans tes paquets de chips ! Merci à Yann et Xavier pour le broyage

d'échantillons et la réalisation de lames minces sans quoi cette thèse n'aurait jamais pu aboutir. Marie-

Anne, merci pour ton aide dans toutes les tâches administratives ! Merci à Jessica à l'Ifremer et tout le

personnel du CMEBA à Rennes et du SCMEM à Nancy pour l'aide durant les analyses au MEB et à la

microsonde électronique. Merci à Cédric D. pour tous les coups de main à Nancy. Merci à Areva pour

le prêt d'échantillons. Enfin, je tiens à remercier l'ensemble du personnel de Géosciences Rennes pour

ces 4 années inoubliables !

Bien évidemment je tiens à remercier ma famille qui m'a toujours soutenu même à l'époque où

j'essayais (en vain) de déterrer des fossiles de dinosaures dans le remblai derrière la maison de Saint-

Lô. Papa, Maman vous avez toujours été là pour moi, MERCI. Sophie, t'es une soeur fantastique et toi

aussi tu as toujours été là. Merci aux petits dragons (Juliette et Alexis) et à Rico ! Felix, tu fais aussi

partie de ma famille et toi et tes parents je vous remercie. Merci à mes papis, mes mamies, Christine,

Marie-Paule et Jacques, tous mes tontons, tatas et cousins - cousines.

Bien sûr un énorme merci à tous les copains de Rennes et d'ailleurs !!! Tout d'abord, merci à mes deux

fantastiques colocataires du bureau 115/1 : Benoît, il faut qu'on se l'avoue une bonne fois pour toute :

on a partagé une chambre d'ado pendant deux ans pas un bureau ! Gemmouuu !!! on s'est bien marré

pendant toutes ces années et je n'aurai pas pu espérer une meilleure colocataire pour cette fin de thèse !

Thomas que dire.... Et bien pour résumé : sodium, russe blanc, Hellfest, bière, fléchettes, bière, 206,

guitares, hamburgers au micro-onde, Gojira, kinder delices, O'Connels ! Bob, je ne peux plus aller dans

le Finistère ou regarder un navet au cinéma san s penser à toi ! Antoni, on se refait un karaoké sur

Bohemian Rhapsody au Yumi bar quand tu veux ! Cholenn, je suis sûr que tu lis ces remerciements juste

pour ça : merci d'avoir corrigé mon résumé !! Marylou, on se revoit à Johannesburg ! Merci à JP, Caro,

Matthieu (alias Barthi), Guillaume, Justine, Antoine (alias La Deul), Marie, Youssef, Benjamin, Paul,

Dani, Roman, Camille, Sylvia, Loïc, Massi, Charlotte, Marion, Inoussa, Maxime, Frank, Antoine,

Tristan, Olivier, Louise, Charline, Regis, Vicky, Luc... les potes de Nancy : Matthieu (Baloo), Kévin,

Cédric, Florence, Matthieu (Harlaux), François, Glin... bref tous les doctorants et autres étudiants

" géologues » que j'ai côtoyé durant ces années !! Merci à tous les copains " non géologues »: Virginie,

Morgane, Johan, Beber, Antoine, Vince, ... (Désolé je n'ai pas mis tout le monde !) Merci aussi à Mario

et Matthieu, les deux amis d'enfance de la cité de l'automne !

Résumé

Les granites peralumineux sont les acteurs prin

cipaux 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 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'U 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'U 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, 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 U 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 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.

A une échelle plus globale, le fractionnement d'éléments géochimiques " jumeaux » comme le

niobium (Nb) et le tantale (Ta) dans les leucogranites peralumineux est principalement lié à l'action

combinée de la cristallisation fractionnée et d'une altération magmatique-hydrothermale. La valeur

Nb/Ta ~ 5 apparait comme un bon outil d'exploration pour différencier les granites spatialement associés

à des gisements de métaux comme l'étain, le tungstène, l'uranium ou les métaux rares.

Abstract

Peraluminous leucogranites are the principal actor s 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.

On a larger scale, the fractionation of "twin" elements such as niobium (Nb) and tantalum (Ta) in peraluminous leucogranites is mostly the result of both fractional crystallization and magmatic- hydrothermal alteration. From an exploration point of view, the value Nb/Ta ~5 appears to be a good

geochemical indicator to differentiate barren peraluminous granites from granites spatially associated

with tin, tungsten, uranium or rare metal deposits.

Table des matières

Introduction générale

Partie I : Granites peralumineux, uranium et Massif armoricain Chapitre 1 : Le magmatisme peralumineux et ses spécificités métallogéniques Chap it r e 2 : Gisements d'uranium et granites Chap it r e 3 : La chaîne hercynienne armoricaine

Partie

II : La tra ns itio n magmatique-hydrothermale dans les systèmes peralumineux Article #1 : Nb-Ta fractionation in peraluminous granites : a marker of the magmatic- hydrothermal transition A rticle #1 : Reply to the comment of Stepanov et al., 2016

Discussion complémentaire

Partie III : Le magmatisme tardi-carbonifère du Massif armoricain et ses implications sur la géodynamique hercynienne Article #2 : Tectonic record, magmatic history and hydrothermal alteration in the Hercynian Guérande leucogranite, Armorican Massif, France

Discussion complémentaire

Article #3 : Crustal recycling and juvenile addition during lithospheric wrenching: The Pontivy- Rostrenen magmatic complex, Armorican Massif, European Hercynian Belt.

Discussion complémentaire

D atati on

U-Pb sur

zi rcon du granite de Huelgoat Partie IV : Le cycle de l'uranium dans le Massif armoricain - de la source des leucogranites aux gisements

Chapitre 1 : Modèle de genèse des gisements d'uranium hydrothermaux associés aux leucogranites

peralumineu x du Massif armoricain

Article #4 : Magmatic and hydrother

mal behavior of uranium in syntectonic leucogranites: The uranium mineralization associated with the Hercynian Guérande granite (Armorican Massif,

France)

Article #5 : U metallogenesis in peraluminous leucogranites from the Pontivy-Rostrenen magmatic complex (French Armorican Hercynian Belt): the result of long term oxidized hydrothermal alteration during strike-slip deformation. Chapitre 2 : Traçage de la source des leucogranites fertiles en uranium du Massif armoricain Partie IV : discussion préliminaire sur l'évolution mésozoïque du Massif armoricain

Conclusion générale

Références bibliographiques

quotesdbs_dbs47.pdfusesText_47

[PDF] marge continentale passive def

[PDF] Marge d'erreur

[PDF] marge d'erreur acceptable

[PDF] marge d'erreur film

[PDF] marge d'erreur intervalle de confiance

[PDF] marge d'erreur sondage 1000 personnes

[PDF] marge d'erreur statistique

[PDF] marge indesign impression

[PDF] marge industrielle

[PDF] marge océanique

[PDF] marge passive animation

[PDF] marge passive schéma

[PDF] marge passive terminale s

[PDF] marge passive volcanique

[PDF] marge rapport de stage