Analyse thermochronologique, géochimique et structurale du système hydrothermal de la faille de la Têt (Pyrénées, France) : un nouvel outil d’exploration géothermique

Thermochronological, geochemical and structural analyses of the Têt fault hydrothermal system (Pyrénées, France) : a new tool for geothermal exploration

• Auteur / Autrice : Gaétan Milesi
• Direction : Roger Soliva, Patrick Monie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Bosch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roger Soliva, Patrick Monie, Delphine Bosch, Raphaël Pik, Laurent Jolivet, Peter van der Beek, Laurent Guillou-Frottier, Stéphanie Brichau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Pik, Laurent Jolivet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terres rares

Thermochronologie

Géothermie

Mots clés libres

Géothermie

Thermochronologie

Pyrénées

Failles

Terre rares

Modélisation thermique et thermo-Cinématique

Geothermal

Thermochronology

Pyrénées

Faults

Rare Earth Elements

Thermal and thermo-Kinematic modelling

Résumé

Dans les chaînes de montagne, les évidences de circulations hydrothermales sont communes. Les nombreuses failles qui parcourent les orogènes sont des zones perméables capables de constituer des drains efficaces pour la remontée de fluides hydrothermaux et localiser des anomalies thermiques. Les systèmes hydrothermaux en contexte orogénique, peu considérés dans le potentiel de production d’énergie géothermique, offrent pourtant de réelles perspectives d’exploitation.Dans la partie Est des Pyrénées (France), la faille de la Têt est un accident NE-SO crustal majeur qui localise de nombreuses sources hydrothermales en bordure du massif Canigou-Carança. Les manifestations hydrothermales le long de cette faille questionnent sur la géométrie de l’anomalie thermique associée, son intensité et son histoire dans le contexte géologique. Pour répondre à ces questions, différentes approches ont été utilisées en couplant des analyses structurales, pétrologiques, thermochronologiques et géochimiques.L’approche structurale a permis de caractériser la géométrie du réseau de failles et de la fracturation à différentes échelles. L’analyse structurale fine de la faille de la Têt a permis de définir que la zone d’endommagement localise les sources et de mettre en évidence le rôle de l’intersection des failles secondaires, qui ont pu également servir de drain aux circulations hydrothermales. L’intensité de ces circulations est soulignée par la présence de chlorite dans les zones fracturées, et localement par de l’apatite et du sphène d’origine hydrothermale. De par sa sensibilité aux variations de température, la thermochronologie associée à l’analyse des Terres Rares dans les apatites est un outil qui permet de caractériser l’évolution spatio-temporelle des anomalies thermiques associées à des circulations de fluides hydrothermaux en profondeur. Les résultats montrent que les circulations de fluides perturbent le système isotopique (U-Th)/He et la teneur en Terres Rares des apatites. Leur rajeunissement coïncide avec un appauvrissement en Terres Rares dans la zone d’endommagement de la faille de la Têt, en particulier pour les sources les plus chaudes de Thuès. Des zones de paléo-circulations de fluides ont également été mises en évidence. Les thermochronomètres de plus haute température, traces de fission et (U-Th)/He sur zircon, n’apparaissent pas perturbés par ces circulations.L’utilisation des données non impactées par l’hydrothermalisme a permis de préciser l’évolution tectonique de l’Est de la Zone Axiale des Pyrénées grâce à des modèles d’évolution thermique et thermo-cinématique de différents massifs. Ces modèles permettent de discuter de l’activité tectonique de la chaîne depuis la compression Éocène. Le démarrage de l’extension oligo-miocène est caractérisé par le jeu normal de la faille de la Têt qui exhume le massif du Canigou. Ces travaux mettent en évidence une propagation de la déformation vers l’Ouest sur la faille de la Têt au Miocène, jusqu’en Cerdagne. Sur le segment Carança, des sous-blocs d’histoire thermique différente ont été identifiés. Ils sont séparés par des failles NO-SE, dont la (ré-) activation est liée à un changement d’orientation de l’extension (NE-SO) durant le Miocène. Le polyphasage le long de la faille de la Têt permet d’individualiser plusieurs segments aux limites desquels des circulations hydrothermales se localisent. Le cluster de Thuès, situé proche de l’extrémité du segment le mieux marqué dans la topographie, combine différentes conditions favorables aux circulations hydrothermales : un fort gradient topographique, une fracturation intense et une activité polyphasée. Il est possible que cette activité hydrothermale soit épisodique ou continue depuis le Miocène le long de la faille de la Têt.

In mountain ranges, evidences of hydrothermal circulations are common. The numerous faults that run through the orogens are permeable zones able to constitute effective drains for the upflow of hydrothermal fluids and to localize significant thermal anomalies. Hydrothermal systems in an orogenic context are poorly considered in terms of geothermal energy potential, nevertheless they offer real production perspectives.In the Eastern part of the Pyrenees (France), the Têt fault is a major NE-SW crustal accident that locates numerous hydrothermal sources in the Têt valley along the Canigou-Carança massif. The hydrothermal manifestations along this fault raise questions about the geometry of the associated thermal anomaly, its intensity and timing in the geological framework. To answer these questions, different approaches have been used, coupling structural, petrological, thermochronological and geochemical analyses.The structural approach made possible the characterization of the geometry of the fault network and fracturing at different scales. The fine structural analysis of the Têt fault highlighted the role of the damage zone in the localization of the springs, and the impact of the intersecting secondary faults, which could also constitute drains for hydrothermal flow. The intensity of these circulations is underlined by the presence of chlorite in the fractured zones, and locally by apatite and sphene of hydrothermal origin. Because of its sensitivity to temperature variations, thermochronology and Rare Earth Elements (REE) analyses in apatites have been used to characterize the spatio-temporal evolution of the thermal anomalies. The results show that fluid circulations disturb the isotopic (U-Th)/He system and the REE content of apatites. Apatite age rejuvenation coincides with a depletion of REE in the damage zone of the Têt fault, in particular at the hottest hot spring cluster (Thuès). Areas of fluids paleo-circulation were also highlighted. The higher temperature thermochronometers, fission tracks on apatite and (U-Th)/He on zircon, do not appear to be disturbed by these circulations.Thermochronological data not impacted by hydrothermalism were used to clarify the tectonic evolution of the Eastern Pyrenean Axial Zone using models of thermal and thermo-kinematic evolution of different massifs. These models are used to discuss the tectonic activity of the range since the Eocene, before the normal oligo-miocene motion of the Têt fault, which exhumed the Canigou massif. During the Miocene, a propagation of the deformation of the Têt fault towards the West is highlighted, as far as Cerdagne. On the Carança segment of the fault, sub-blocks with different thermo-tectonic history have been identified. They are separated by NW-SE faults, which (re-) activation is linked to a change in the orientation of extension (NE-SW) during the Miocene. The multiple activity of the Têt fault allows individualizing several segments at the limits of which the hydrothermal circulations are more or less active. The Thuès cluster is close to the tip of the most topographically pronounced segment, which combines several conditions favorable to localize hydrothermal circulations: high topographic gradient, intense fracturing of the basement and polyphased activity. It is possible that this hydrothermal activity was episodic or permanent since the Miocene along the Têt fault.