Interactions fluide-roche à l'origine des gisements à F-Ba à l'interface socle-couverture sédimentaire du sud-est du Bassin de Paris

Fluid-rock interactions at the origin of F-Ba deposits at the basement-sedimentary cover interface of the southeastern Paris Basin

• Auteur / Autrice : Louise Lenoir
• Direction : Jocelyn Barbarand, Benjamin Brigaud, Thomas Blaise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère
• Date : Soutenance le 14/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandra Courtin-Nomade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Sylvie André-Mayer, Johan Yans, Philippe Boulvais, Eric Gaucher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Sylvie André-Mayer, Johan Yans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parisien, Bassin (France)

Interaction fluide-roche

Géochimie isotopique

Métallogénie

Géochronologie

Gisements hydrothermaux

Mots clés libres

Gisement F-Ba

Géochronologie

Interactions fluide-roche

Métallogénie

Géochimie

Bassin de Paris

F-Ba deposit

Geochronology

Fluid-Rock interactions

Metallogeny

Geochemistry

Paris Basin

Résumé

Les gisements à F-Ba liés à l'interface entre le socle et la couverture sédimentaire sont fréquents sur Terre mais leur mode de formation est encore largement sujet à controverses. Ce travail de thèse porte sur les interactions fluide-roche responsables de la formation de ces gisements avec pour cas d'étude trois gisements situés sur la bordure sud-est du Bassin de Paris et la partie nord-ouest du Massif du Morvan. L'origine, l'âge et les conditions de migration des fluides ont été approchés à partir d'une étude multi-disciplinaire. L'étude de l'incorporation de l'uranium dans la matrice minérale de la fluorite par les traces de fission induites et la nano-imagerie par rayonnement synchrotron-XRF, a permis d'explorer l'applicabilité du géochronomètre U-Pb dans la fluorite. L'utilisation de cette méthode après la définition des critères de datation a permis de déterminer un âge nouveau sur une surcroissance de fluorite riche en uranium. L'âge Éocène obtenu (40.0 ±1.7 Ma) met en évidence le caractère polyphasé de ce gisement et est corrélé avec la propagation de la compression N-S Pyrénéenne dans le domaine intra-plaque générant une mise en circulation de fluides qui n'avait jusqu'alors pas été documentée. La microthermométrie, les rapports isotopiques (δ¹⁸O, δD, δ³⁷Cl), ainsi que la composition en cations et anions dissous au sein des inclusions fluides dans les cristaux de fluorite couplés à la distribution des éléments des terres rares dans la matrice ont permis de définir des interactions majeures en profondeur dans le socle. Une eau de mer évaporée d'âge probablement triasique s'est infiltrée par densité dans le socle et s'est enrichie en calcium par albitisation des plagioclases et en fluor par chloritisation des biotites. Remises en circulation par des évènements compressifs locaux au Crétacé inférieur, ces saumures ont subi une baisse de température et de pression pendant leur remontée à l'interface socle-couverture, et se sont mélangées aux eaux météoriques ou marines présentes dans l'aquifère sédimentaire poreux. Les compositions isotopiques du soufre mesurées in situ dans les sulfures et sulfates (δ³⁴S) suggère une origine marine pour les ions sulfates en solution, dont une portion a été réduite par voie biogénique et/ou thermo-chimique. Ce travail apporte un nouveau regard sur l'origine et l'histoire des fluides à l'origine des minéralisations polyphasée à F-Ba de basse température et sur l'importance des interactions avec les roches du socle.

F-Ba deposits related to the interface between the basement and the sedimentary cover are frequent on Earth but their formation is still controversial. This thesis focuses on the fluid-rock interactions responsible for the formation of three deposits located on the southeastern edge of the Paris Basin in the northwestern part of the Morvan Massif. The origin, age and migration conditions of fluids were approached using a multi-disciplinary study. Uranium incorporation into the fluorite mineral matrix mapped by induced fission tracks and synchrotron-XRF nano-imaging allowed discussing the applicability of the U-Pb geochronometer in fluorite. The use of this method after the definition of dating criteria allowed the determination of an additional age on a uranium-rich fluorite overgrowth. The Eocene age obtained (40.0 ±1.7 Ma) highlights the polyphased character of this deposit and is correlated with the propagation of the N-S Pyrenean compression in the intra-plate domain generating fluid circulations that had not been documented before. Microthermometry, isotope ratios (δ¹⁸O, δD, δ³⁷Cl), and dissolved cation and anion composition within fluid inclusions in fluorite crystals coupled with rare earth element distributions in the matrix have defined major interactions at depth in the basement. Evaporated seawater, likely of Triassic age, infiltrated the basement by density and was enriched in calcium by albitization of plagioclase and in fluor by chloritization of biotite. Expulsed by local compressional events in the Early Cretaceous, these brines underwent a drop in temperature and pressure during their ascent towards the basement-cover interface, and mixed with meteoric or marine waters present in the porous sedimentary aquifer. Sulfur isotopic compositions measured in situ in sulfides and sulfates (δ³⁴S) suggest a marine origin for sulfate ions in solution, a portion of which was reduced biogenically and/or thermochemically. This work provides new insight into the origin and history of the fluids driving the low-temperature F-Ba multiphased mineralizations and the importance of interactions with the basement.