Les minéralisations hydrothermales à l’interface socle-couverture de Vendée : origines et circulation des fluides, marqueurs de la dynamique extensive mésozoïque

Hydrothermal mineralizations at the Vendée basement-cover interface : origins and circulation of fluids, markers of extensive Mesozoic dynamics

• Auteur / Autrice : Loïc Bouat
• Direction : Régis Mourgues, Pierre Strzerzynski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des planètes
• Date : Soutenance le 19/09/2023
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes) - Laboratoire de Planétologie et Géosciences [UMR_C 6112] / LPG
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Gardien, Philippe Boulvais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Sylvie André-Mayer, Stanislas Sizaret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse géochimique

Géochronologie

Interaction eau-roche

Pétrologie structurale

Aquitaine, Bassin (France)

Sédiments (géologie)

Gisements hydrothermaux

Vendée (France)

Gîtes minéraux

Mots clés libres

Minéralisations à F-Ba-Pb-Zn±Ag

Interface socle-couverture

Circulation de fluides

Interactions fluide-roche

Golfe de Gascogne

Analyse pétro-structurale

Géochronologie

Géochimie

F-Ba-Pb-Zn±Ag mineralizations

Basement-cover interface

Fluid circulation

Fluid-rock interactions

Bay of Biscay

Petro-structural analysis

Geochronology

Geochemistry

Résumé

De nombreuses ressources minérales d’origine hydrothermale se localisent à la discordance entre socle et couverture sédimentaire. Les processus de formation de ces minéralisations sont aujourd’hui encore largement débattus notamment la source des éléments, l’origine des fluides porteurs et les mécanismes de leurs circulations dans le contexte géodynamique. Ce travail de thèse s’intéresse aux minéralisations F-Ba-Pb-Zn±Ag de Vendée (France) déposées à proximité de la discordance entre le socle varisque et les sédiments du Bassin d’Aquitaine. Il s’attache à mieux contraindre l’origine des fluides, les modalités de leur circulation et la source des éléments. Pour déterminer les mécanismes de circulations des fluides, une étude pétro-structurale assistée par l’imagerie drone a été menée sur le littoral vendéen entre Les Sables-d’Olonne et Jard-Sur-Mer. Les résultats démontrent que les minéralisations se sont formées lors d’un évènement de tectonique extensive NNE-SSO en lien avec l’ouverture du Golfe de Gascogne. La fracturation associée responsable de la structuration en horsts et grabens de la discordance, et du drainage des fluides minéralisateurs est datée à 144.1±26.2 Ma (U-Pb sur calcite). Un deuxième épisode tectonique, déconnecté du précédent, est détecté en lien avec l’orogenèse pyrénéenne (≈70-80 Ma). L’identification des fluides et de leurs origines a été réalisée à travers l’étude microthermométrique des inclusions fluides, de leurs isotopes δD-δ18O et des isotopes δ34S, 87Sr/86Sr, δ13C, δ18O des minéraux. L’analyse microthermométrique des inclusions fluides des minéralisations atteste du mélange de 3 fluides différents : (1) une saumure de bassin (T<150 °C ; S>20 pds.%NaCl), (2) des fluides provenant du socle (T>300 °C ; S<10 pds.%NaCl) et (3) une eau de mer (T<50 °C ; S<5 pds.%NaCl). Les signatures isotopiques des inclusions fluides (δD-δ18O) et des minéraux (δ34S, 87Sr/86Sr, δ13C- δ18O) montrent que la saumure dérive des évaporites du Jurassique inférieur de la base du bassin, que les fluides de socle sont des paléo-eaux météoriques avec un temps de résidence long (probablement piégée au Permien) et que l’eau de mer est contemporaine de l’ouverture du Golfe de Gascogne. L’étude paragénétique préalable a permis d’établir six étapes successives de précipitation : par dissémination (fluorine et barytine) et silicification dans la couverture, puis en remplissage de cavités et de fractures (fluorine, barytine, quartz, pyrite ±galène et calcite).Afin de définir la source des éléments des minéralisations, des analyses géochimiques ont été conduites. L’étude géochimique des roches altérées et des éléments traces du quartz révèlent un mécanisme de transfert efficace de Ba, Sr, SiO2, Pb, Sb, Ag, Li, K depuis l’altération par les saumures des minéraux du socle tel que le plagioclase, le microcline ou la biotite jusqu’aux zones de précipitations proches de failles.Ces résultats permettent de proposer un modèle génétique pour les minéralisations de Vendée. Une saumure de base de bassin remonte le long de la discordance. Sur son passage, elle altère le socle mobilisant les éléments nécessaires aux minéralisations. L’initiation de l’ouverture du Golfe de Gascogne et la fracturation associée, entraine une remontée de fluides du socle et un drainage d’eau de mer. Le mélange des trois fluides permet ainsi la précipitation des minéralisations à la rencontre de la discordance et des failles.

Many hydrothermal mineral resources are located at the unconformity between the basement and sedimentary cover. The processes of formation of these mineralizations are still widely debated, including the source of elements, the origin of the carrying fluids, and the mechanisms of their circulation in the geodynamic context. This thesis work focuses on the F-Ba-Pb-Zn±Ag mineralizations in Vendée (France), deposited near the unconformity between the Variscan basement and the sediments of the Aquitaine Basin. It aims to better constrain the origin of fluids, the modes of their circulation, and the source of elements.To determine the fluid circulation mechanisms, a petro-structural study assisted by drone imaging was conducted on the Vendée coastline between Les Sables-d'Olonne and Jard-Sur-Mer. The results demonstrate that the mineralizations formed during an NNE-SSO extensional tectonic event related to the opening of the Bay of Biscay. The associated fracturing, responsible for the structuring into horsts and grabens at the unconformity and the drainage of mineralizing fluids, is dated at 144.1±26.2 Ma (U-Pb on calcite). A second tectonic episode disconnected from the previous one is detected in relation to the Pyrenean orogeny (≈70-80 Ma).The identification of fluids and their origins was carried out through microthermometric study of fluid inclusions, their δD-δ18O isotopes, and the δ34S, 87Sr/86Sr, δ13C, δ18O isotopes of minerals. Microthermometric analysis of fluid inclusions in the mineralizations confirms the mixing of three different fluids: (1) a basin brine (T<150 °C; S>20 wt.%NaCl), (2) fluids from the basement (T>300 °C; S<10 wt.%NaCl), and (3) seawater (T<50 °C; S<5 wt.%NaCl). The isotopic signatures of fluid inclusions (δD-δ18O) and minerals (δ34S, 87Sr/86Sr, δ13C-δ18O) indicate that the brine is derived from the Lower Jurassic evaporites at the base of the basin, that the basement fluids are paleo-meteoric waters with a long residence time (likely trapped in the Permian), and that the seawater is contemporaneous with the opening of the Bay of Biscay. A previous paragenetic study established six successive precipitation stages: disseminated deposition (fluorite and barite) and silicification in the cover, followed by cavity and fracture filling (fluorite, barite, quartz, pyrite ± galena, and calcite).To define the source of elements in the mineralizations, geochemical analyses were conducted. Geochemical study of altered rocks and trace elements in quartz reveals an efficient transfer mechanism of Ba, Sr, SiO2, Pb, Sb, Ag, Li, and K from the alteration by brines of basement minerals such as plagioclase, microcline, or biotite to the precipitation zones near faults.These results allow proposing a genetic model for the Vendée mineralizations. A basal basin brine rises along the unconformity. In its path, it alters the basement, mobilizing the elements necessary for mineralizations. The initiation of the opening of the Bay of Biscay and the associated fracturing result in the upward flow of fluids from the basement and the drainage of seawater. The mixing of the three fluids thus enables the precipitation of mineralizations at the intersection of the unconformity and faults.