Pétrogenèse des carbonatites et magmas alcalins protérozoïques d’Ihouhaouene : terrane de l’In Ouzzal, Hoggar occidental, Algérie

Petrogenesis of Proterozoic carbonatites and alkaline magmas from Ihouhaouene : In Ouzzal terrane, Western Hoggar, Algeria

• Auteur / Autrice : Asma Djeddi
• Direction : Fleurice Parat, Khadidja Ouzegane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 02/07/2019
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université des Sciences et de la Technologie Houari-Boumediène (Alger)
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Sylvie André-Mayer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fleurice Parat, Khadidja Ouzegane, Anne-Sylvie André-Mayer, Sébastien Pilet, Emilie Bruand, Johann Tuduri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Sylvie André-Mayer, Sébastien Pilet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terres rares

Syénite

Carbonatites

Mots clés libres

Carbonatite

Syénites

Terres rares

Immiscibilité

Hybridation

Ihouhaouene

Carbonatite

Syenites

Rare earth element

Immiscibility

Hybridization

Ihouhaouene

Résumé

Le craton archéen de l’In Ouzzal représente une succession d'événements intrusifs et métamorphiques depuis l’Eburnéen qui en font un marqueur important des processus géodynamiques à travers les temps géologiques. La région d’Ihouhaouene située au N-W du terrane de l’In Ouzzal en Algérie est unique de par la présence d’intrusions protérozoïques de carbonatites associées à des roches alcalines saturées. Ces carbonatites intracontinentales comptent parmi les plus anciennes et inhabituelles de par leurs diversités et la présence de minéraux à terres rares. Les carbonatites sont pegmatitiques ou bréchiques avec des fragments de syénite. Elles sont des calciocarbonatites composées de calcite (>50 vol.%), apatite, clinopyroxène et wollastonite et sont associées à des syénites rouges ou blanches présentes sous forme massive. Les syénites sont composées d’alternance de niveaux clairs de feldspaths alcalins rouges ou de wollastonites associées aux feldspaths blancs et de niveaux sombres d’apatites et de clinopyroxènes. Les carbonatites et syénites forment une suite cogénétique caractérisée par une augmentation en SiO2 et une diminution en CaO et CO2. Les carbonatites ont des compositions en silice comprises entre 5 et 35 pds.%, 28 et 53 pds.% CaO et 11 à 36 pds.% CO2. Les syénites montrent une forte teneur en K2O (12 pds.%) et des teneurs très faibles en Na2O (1 pds.%). Les carbonatites et syénites sont riches en éléments incompatibles avec des teneurs en REE supérieures à 7000 fois les chondrites et 1000 fois les chondrites dans les syénites, respectivement, et de fortes teneurs en U, Sr et Th. Les éléments en trace dans les minéraux magmatiques (apatite et pyroxène) mettent en évidence des processus complexes à l’origine de ces roches impliquant plusieurs étapes de cristallisation fractionnée et d’immiscibilité à partir d’un magma mélilititique riche en CO2. Les minéraux des carbonatites riches en silice et des syénites blanches ont des signatures géochimiques similaires et se caractérisent par des rapports élevés en Nb/Ta typiques de magmas riches en carbonate par immiscibilité. Les syénites rouges ont des caractéristiques de liquides silicatés évolués par différentiation. Les minéraux des carbonatites pauvres en silice ont des rapports Nb/Ta très variables, sub-chondritiques (<10), indiquant une cristallisation à partir de liquides très évolués et la présence de magmas carbonatitiques tardifs. Les apatites, en particuliers, enregistrent divers épisodes magmatiques et également supergènes. Elles présentent dans certaines roches une redistribution et un enrichissement en terres rares variables qui se caractérisent par des exsolutions de britholite dans les carbonatites riches en silice et monazite dans les carbonatites pauvres en silice. Ces exsolutions traduisent des rééquilibrations locales sub-solidus avec des fluides tardi-magmatiques de composition riche en Cl-Th-REE pour l’exsolution de la britholite et S-Ca-P-CO2 pour les inclusions de monazite. L’apatite et le zircon présents dans ces roches alcalines et carbonatites, ont permis de déterminer l’âge de mise en place du complexe magmatique de Ihouahouene à 2100 Ma syn-métamorphique et de confirmer l’âge panafricain de son exhumation. L’étude pétrologique, géochimique et géochronologique des carbonatites et syénites d’Ihouhaouene a permis de mettre en évidence l’origine magmatique de ces roches et de définir les interactions fluides-roches supergènes à l’origine des enrichissements en REE. Les carbonatites et syénites d’Ihouahouene proviennent d’un faible taux de fusion partielle d’un manteau Précambrien riche en CO2. Plusieurs étapes de cristallisation fractionnée et d'immiscibilité ont permis la genèse de ces roches hybrides, piégées le long de grandes zones de cisaillement durant la période de transition Archéen /Eburnéen dans un régime extensif à l’In Ouzzal caractérisé par un environnement granulitique d’ultra-haute-température.

The In Ouzzal Archaean craton represents a succession of intrusive and metamorphic events since Eburnean, and an important marker of geodynamic processes through geological time. The Ihouhaouene area located in the N-W of In Ouzzal terrane in Algeria is unique by the presence of Proterozoic carbonatite intrusions associated with silica-saturated alkaline rocks. These intracontinental carbonatites are among the oldest and exceptional because of their diversity and the presence of unusual rare earth minerals. Carbonatites are pegmatitic or brecciated with fragments of syenite. They are calciocarbonatites with calcite (> 50 vol.%), apatite, clinopyroxene and wollastonite and are associated with red or white syenites in massive outcrops. Syenites are composed of alternating light levels of red alkaline feldspar or wollastonite associated with white feldspar and dark levels of apatite and clinopyroxene. Carbonatites and syenites form a cogenetic suite characterized by an increase in silica and decrease in calcium and CO2 content. The carbonatites have silica content ranging from 5 to 35 wt.%, 28 to 53 wt.% CaO, and 11 to 36 wt.% CO2. Syenites have high K2O (12 wt.%) and low Na2O content (1 wt.%). Carbonatites and syenites have high incompatible element concentrations with high REE content (7000*chondrites and 1000*chondrites, respectively) and high U, Pb, Sr and Th content. Trace elements (eg. Rare Earths, Nb-Ta, Zr-Hf) in magmatic minerals (apatite-pyroxene) of carbonatites and syenites reveal complex magmatic processes at the origin of these rocks involving several stages of fractional crystallization and immiscibility from a CO2-rich melilititic magma. Silica-rich carbonatites and white syenites are characterized by high Nb/Ta, Y/Zr and Rb/Sr ratios, typical of carbonate-rich magmas by immiscibility. The red syenites have characteristics of immiscible differentiated silicate melt. Silica-poor carbonatite minerals have variable subchondritic Nb/Ta (<10) indicating crystallization from highly evolved liquids and the presence of late carbonatitic magmas. Apatites, in particular, record various magmatic and supergene processes. They present, in some rocks, redistribution and enrichment in rare earth elements, which are characterized by exsolutions of britholite in silica-rich carbonatites and monazite-quartz-calcite inclusions in silica-poor carbonatites. These minerals reflect local sub-solidus re-equilibration with late-magmatic fluids rich in Cl-Th-REE for the exsolution of britholite and S-Ca-P-CO2 for monazite inclusions. The apatite and zircon present in these alkaline and carbonatite rocks, allow determination of the syn-metamorphic crystallization age of the Ihouahouene magmatic complex at 2100 Ma and confirm the pan-African age of its exhumation. The petrological, geochemical and geochronological study of Ihouhaouene carbonatites and syenites highlights the magmatic origin of these rocks and constrains the fluid-rock interactions at sub-solidus conditions leading to REE-enrichment. The carbonatites and syenites result from a low partial melting rate of a CO2-rich Precambrian mantle. Several fractional crystallization and immiscibility stages allowed the genesis of these hybrid magmas, trapped along large shear-zones during the Archean/Eburnean transition period in the In Ouzzal terrane, characterized by extensive deformation in ultra-high-temperature granulitic environment.