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Les gisements de type discordance du bassin d’Athabasca (Canada) sont les gisements d’uranium aux teneurs les plus importantes connues sur Terre. Ils se sont formés suite à des circulations massives de fluides hydrothermaux à l’interface entre le bassin sédimentaire et le socle cristallin sous-jacent. Ces circulations ont été spécifiquement contrôlées par la perméabilité des environnements géologiques et les réseaux structuraux, dont l’expression la plus visible aujourd’hui est la présence de failles dans le bassin et le socle. Ces circulations hydrothermales ont entrainé, outre la précipitation d’oxydes d’uranium, des altérations fortes des roches encaissantes. Ces altérations sont notamment caractérisées par la précipitation de plusieurs phases argileuses ainsi qu’une mobilité importante de la silice (déquartzification, silicification). Les travaux industriels sur les différents sites d’exploration ont permis de définir pour chaque site exploré une distribution spatiale individuelle de ces différents marqueurs (comme la présence d’uranium et d’argiles, la nature des structures, la présence ou absence de quartz, etc.). Ces différences et la variation de leur localisation vis-à-vis de la discordance ont abouti à la définition de différents sous-types de gisements et de modèles génétiques aujourd’hui utilisés par les compagnies minières.La comparaison de la distribution de ces marqueurs entre sites, ainsi que les données géochronologiques connues sur la minéralisation et les minéraux d’altération indiquent que ces gisements sont la résultante de multiples épisodes hydrothermaux qui ont été actifs dans cet environnement au cours des 1,7 derniers milliards d’années. Les variations probables du nombre, du séquençage et de l’intensité des activités hydrothermales successives dans les différentes parties du bassin sont à l’origine de la variabilité de leur localisation vis-à-vis de la discordance, ainsi que de leurs caractéristiques propres. Ces dernières incluent des variabilités dans la distribution spatiale et la teneur en uranium, des variations dans la nature des minéraux argileux (illites, kaolinites, chlorites, tourmalines, APS), des distributions spécifiques du quartz et des expressions d’états d’oxydo-réduction variables (changement de couleurs).
Toutefois, l’absence de données minéralogiques, physico-chimiques, structurales et de contraintes temporelles directes propre à chaque épisode hydrothermal limite notre compréhension du rôle joué par chacun des différents épisodes sur les caractéristiques actuelles de ces gisements. L’objectif de ce projet doctoral est de mieux définir la nature et les conditions des interactions fluide-roche successives dans ces gisements, leur timing de formation, leurs conséquences sur les propriétés du milieu (minéralogique, pétrophysique, physico-chimique) et sur les conditions de mobilité et de précipitation de l’uranium. Pour cela, le ou la doctorant.e se focalisera sur l’étude de minéraux marqueurs des conditions P-T-t-x des circulations hydrothermales associées aux gisements d’altération : minéraux argileux, quartz et minéraux accompagnateurs (phosphates, carbonates, minéraux porteurs de titane).
Trois actions sont proposées dans le cadre de ce projet de thèse :
- Identification, qualification et étude de la distribution spatiale de différents marqueurs clés à l’échelle d’un site d’exploration, par couplage des données de terrain acquises de façon systématique sur les forages par les géologues d’exploration ainsi que de données complémentaires acquises par le ou la doctorant.e sur le terrain via l’usage d’outils portables. Les marqueurs clés seront établis en lien avec les données précédemment acquises ou à acquérir au laboratoire (actions 2 et 3) permettant d’identifier les différents épisodes hydrothermaux. Ce travail permettra d’établir la géométrie des altérations successives associées, en appui des modèles numériques proposés pour la caractérisation de l’hydrothermalisme à l’interface bassin-socle. L’objectif est d’appliquer cette approche : i) sur différentes coupes minéralisées et non minéralisées en uranium par site, ii) sur des sites de différentes teneurs/tonnages et iii) entre des sous régions du bassin d’Athabasca. Ce travail sera réalisé en collaboration étroite avec les géologues d’exploration d’Orano Canada.
- Identification des différents processus hydrothermaux, et distinction avec les potentiels épisodes diagénétiques régionaux. La définition des assemblages de minéraux marqueurs de chaque épisode, associé à leur répartition spatiale (en lien avec l’action 1), permettra de définir les conditions P-T-t-x propre à chaque épisode hydrothermal. Ce travail sera réalisé au laboratoire et avec des collaborations nationales et internationales.
- Réévaluation et établissement de nouveaux modèles numériques géochimiques 1D intégrant les variations de phases et conditions géochimiques connues pour chaque épisode hydrothermal. Les données acquises au cours des deux actions précédentes permettront d’établir ces modèles réactifs afin d’appréhender les processus d’interactions fluides/roche, leur évolution et définir les paramètres critiques contrôlant l'évolution minéralogique propre à chaque évènement.L’ensemble de ces résultats permettra de proposer un nouveau modèle de formation et d’évolution des systèmes uranifères du bassin de l’Athabasca.