Caractérisation des sources d'uranium à l'Archéen : mécanismes de genèse des gisements d'uranium les plus anciens (3,0 à 2,2 Ga) et des préconcentrations uranifères paléoprotérozoïques, Characterization of Archean uranium sources : genetic mechanisms of the oldest uranium deposits (3.0 to 2.2 Ga) and of Paleoproterozoic uraniferous pre-concentrations

Isabelle Duhamel

Description

Sous la direction de Michel Cuney
Thèse soutenue le 04 juin 2010: Nancy 1
Les plus anciens gisements d’uranium connus sur Terre sont les gisements de type paléo-placer hôtes de conglomérats à cailloux de quartz d’âge compris entre 3,09 et 2,2 Ga. Ces gisements représentent les reliques de l’ancienne croûte continentale archéenne maintenant érodée. L’origine de leurs concentrations primaires, correspondant à des accumulations de grains détritiques d’uraninite, est toujours sujette à controverse et la nature et les processus de formation des roches sources archéennes demeurent incertains.Ce travail présente l’analyse minéralogique et géochimique détaillée des minéralisations de différents paléo-placers (Witwatersrand en Afrique du Sud, Elliot Lake au Canada et séries Jatuliennes en Russie) ainsi que de granitoïdes archéens et paléoprotérozoïques enrichis en uranium (séries granitiques calco-alcalines à potassiques du craton de Kénéma Man en Guinée, granites tardi-orogéniques du craton de Pilbara en Australie Occidentale, pegmatite peralumineuse de Tanco du Bouclier Canadien et pegmatites à uraninite du Bouclier Baltique en Finlande et Russie). L’étude comparative de ces roches uranifères échantillonnées tout autour du globe prouve à la fois i) l’existence précoce (>3,1 Ga) de granitoïdes différenciés produits par la fusion partielle d’une croûte pré-enrichie tels que des granites peralumineux ou de type S, ii) nécessairement la présence d’un mécanisme permettant de produire ce type de granites comme les zones de subduction ou de collision générées par le mouvement des plaques tectoniques, iii) l’origine magmatique des uraninites thorifères des paléo-placers, iv) la présence d’une atmosphère réductrice avant 2,2 Ga permettant la préservation des uraninites durant leur transport, v) et finalement l’augmentation de l’oxygène libre dans l’atmosphère paléo-protérozoïque à partir de 2,2 Ga provoquant la disparition des paléo-placers uranifères en faveur de l’altération et de l’oxydation des concentrations préexistantes, de la remobilisation de l’uranium et de la formation de dépôts secondaires
-Uranium
-Paléo-placer
-Uraninite détritique
-Source magmatique
-Archéen
The oldest known uranium deposits on the Earth are the paleoplacer-type deposits hosted in quartz-pebble conglomerates from 3.09 to 2.2 Ga in age. These deposits are representative of the ancient Archean continental crust now eroded. The origin of the primary ores corresponding to accumulation of detrital uraninite is still controversy and the nature and forming processes of the Archean source rocks remain uncertain.This work provides the detail mineralogical and geochemical analysis of mineralization from different paleoplacer-type deposits (Witwatersrand in South Africa, Elliot Lake in Canada and the Jatulian series in Russia) and from Archean and Paleoproterozoic U-enriched granitoids (calco-alkaline to potassic granite series from the Kenema Man Craton in Guinea, late-orogenic granites from the Pilbara Craton in West Australia, the Tanco pegmatite from the Canadian Shield and uraninite bearing pegmatites from the Baltic Shield in Finland and Russia). The comparative study of these worldwide uraniferous rocks prove either i) the existence of highly differentiated granitoids produced by the partial melting of a pre-enriched crust as peraluminous and S-type granites in early time (>3.1 Ga), ii) obviously the presence of an effective mechanism to produce such granites as tectonic plate systems with subduction or collisional zones, iii) the magmatic origin of the thorian uraninites in paleoplacers, iv) the efficiency of a reductive atmosphere prior to 2.2 Ga permitting the preservation of uraninite during transportation, v) and finally the rise of the oxygen-free level in the paleoproterozoic atmosphere providing the disappearance of uraniferous paleoplacers in favour of weathering, oxidation of pre-existing concentrations, remobilization of uranium and formation of secondary deposits
-Uranium
-Paleoplacer
-Detrital uraninite
-Magmatic source
-Archean
Source: http://www.theses.fr/2010NAN10045/document

Sujets

• Archéen

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 46 Mo

Extrait

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Ecole Doctorale RP2E
Ressources, Produits, Procédés et Environnements




Thèse
présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy
Spécialité : Géosciences

par
Isabelle DUHAMEL



Caractérisation des sources d’uranium à l’Archéen
Mécanismes de genèse des gisements d’uranium
les plus anciens (3,0 à 2,2 Ga) et des
préconcentrations uranifères paléoprotérozoïques

Soutenance publique le 4 juin 2010


Membres du jury :
Rapporteurs Laurence ROBB Professeur, Université d’Oxford, Angleterre
Jean-François MOYEN Professeur, Université Jean Monnet, St-Etienne
Directeur de thèse Michel CUNEY Directeur de Recherche CNRS, Nancy
Examinateurs Christian MARIGNAC Professeur, Ecole Nationale Supérieure des
Mines de Nancy
Anne-Sylvie ANDRE-MAYER Maître de conférences, HDR, UHP-G2R, Nancy
Christoph GAUERT Professeur, Université de l’Etat Libre, Afrique du
Sud
Claude CAILLAT Ingénieur géologue, AREVA
Jean-Pierre MILESI Géologue, AREVA
UMR G2R 7566 - Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Énergétiques
Université Henri Poincaré - Faculté des Sciences - BP 239, 54506 Vandœuvre lès Nancy Cedex, France AVANT-PROPOS

La problématique de cette thèse a été pensée dès l’année 2005 par trois personnes qui
auront joué un rôle majeur dans ma formation sur la géologie de l’uranium : mon directeur de
recherche Michel Cuney (DR. CNRS, UMR G2R-CREGU), mon ancien patron Serge Genest
(anciennement président d’Omégalpha Inc. devenu AREVA-Québec au Canada) et Claude
Caillat (ingénieur AREVA). Après quatre années passées au Canada pour suivre un master de
recherche à l’UQÀM et travailler dans l’exploration de l’uranium au Québec pour Omégalpha
Inc., je suis revenue en France en juin 2006 afin de me lancer dans cette recherche passionnante
sur la géologie de l’uranium à l’Archéen. Je remercie ces trois grands géologues qui m’ont fait
confiance et j’espère mettre acquitté honorablement de la tâche qui m’était impartie.
Ces travaux ont été financés conjointement par le CREGU (Centre de Recherche et
Étude sur la Géologie de l’Uranium) et par le groupe AREVA.
Les recherches ont été menées au sein du Laboratoire de Géologie et de Gestion des
Ressources Minérales et Énergétiques (G2R) à l’Université Henri Poincaré (Nancy, France) et
de l’École Doctorale RP2E.
Ce travail n’aurait pu aboutir sans les nombreuses collaborations développées avec les
universités et les entreprises minières qui ont su abolir les frontières et partager gracieusement
leurs informations, leurs données et leurs échantillons :
- Denis Thiéblemont (BRGM, Orléans, France)
- Martin Van Kranendonk (Geological Survey of Western Australia)
- Marieke Van Lichtervelde (BGR, Hanovre, Allemagne)
- Christopher Gauert et Ulrike Rantzch (Université de l’Etat Libre, Bloemfontein,
Afrique du Sud)
- Laurence Robb, Carl Anhaeusser, Judith Kinnaird et Gillian Drennan (Université
du Witwatersrand, Johannesburg, Afrique du Sud)
- Richard Stewart (Uranium One, Dominion Mine, Afrique du Sud)
- Falk Koenemann (Aachen, Allemagne)
- Patrick Enright (Pele Mountain Ltd, Toronto, Ontario, Canada)
- Michel Gauthier et Normand Goulet de l’Université du Québec à Montréal (Québec,
Canada)
- le laboratoire A. P. Karpinsky Russian Geological Research Institute (VSEGEI) à
Saint-Petersburg (Russie)

3 REMERCIEMENTS

Mes remerciements vont tout d’abord à mon directeur de recherche Michel Cuney qui est
venu me trouver au Canada et a su voir en moi une apprentie géologue prometteuse. Il m’a
permis de me dépasser en me donnant de grandes ambitions et toujours plus d’échantillons de ses
innombrables expéditions à travers le monde ... Il a aussi été le seul professeur au cours de mes
dix années d’université à avoir pu m’expliquer l’importance de la géochimie et à me la faire
apprécier. Merci beaucoup Michel, j’espère que la relève sera à la hauteur de tes espérances !
Je remercie les membres du jury qui ont accepté de lire et d’évaluer mes recherches :
Laurence Robb (professeur à l’Université d’Oxford et professeur émérite de l’Université du
Witwatersrand), Jean-François Moyen (professeur à l’Université Jean Monnet, St-Etienne),
Christoph Gauert (professeur à l’Université de l’Etat Libre), Christian Marignac (professeur à
l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Nancy, Anne-Sylvie André-Mayer (Maître de
conférences à l’UHP de Nancy) et les examinateurs du groupe AREVA, Claude Caillat et Jean-
Pierre Milesi.
Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribuée à la collecte des échantillons à
travers le monde et plus particulièrement : le professeur Judith Kinnaird pour son accueil et son
aide à l’Université du Witwatersrand, Christopher Gauert et Ulrike Rantzch pour leur aide sur
le terrain et le partage des données sur les reefs du Dominion, Marieke Van Lichtervelde pour
son aide sur l’interprétation de la minéralogie de la pegmatite de Tanco, Richard Stewart et ses
collègues de la mine du Dominion ainsi que Patrick Enright et le personnel de Pele Mountain
Ltd à Toronto pour leur aide respective dans leurs carothèques, Bernard Poty pour les
échantillons de la mine Denison et du Central Rand, Falk Koenemann pour les échantillons du
champ aurifère de West Rand, Denis Thiéblemont pour l’échantillonnage des granitoïdes de
Guinée, Anne-Sylvie André et Léonid Serov pour l’échantillonnage de la péninsule de Kola.
Je remercie tout le personnel de recherche et les techniciens des différents laboratoires
sans qui les données ne se seraient pas accumulées : Marc Brouand pétrographe du groupe
AREVA, Cédric Demeurie du laboratoire de lithopréparation lamellaire de Nancy Université,
Alain Kohler, Johan Ravaux, Sandrine Mathieu et Robert Lallement du Service Commun de
Microanalyses, Michel Champenois et Denis Mangin du CRPG.
Je tiens à remercier toutes les personnes du G2R qui m’ont « supporté » au cours de ces
trois années, qui m’ont soutenu et offert leur amitié. Je ne saurais toutes les citer car elles sont
nombreuses, aussi ne soyez pas triste de ne pas lire votre nom… je nommerais donc l’essentiel
avec bien sûr les thésards du « gang des uraninistes » car ce sont les meilleurs(!), en commençant
par mes deux collègues de bureau Julien Mercadier et David Salze, Jeremy Neto, Antonin
Richard, Jessica Bonhoure, Sandrine Cinelu, Olivier Cardon, Christophe Rozsypal et
Ahlam Ibrahim, vient ensuite le « gang des beloteurs », Olivier Belcourt, Olivier Pierron,
Gaëtan Hubert, Anne-Laure et Vincent Girard, puis tous les autres thésards, Apolline Lefort,
Junying Ding, Stéphane Renard et Michaël Franiatte. Enfin, merci aux autres personnes du
G2R et du CREGU pour leur aide et j’en oublie probablement : Pierre Schuhmacher, Michel
Cathelineau, Marie-Christine Boiron, Karine Pistre, Roland Mairet, Patrick Lagrange,
Christine Léonard, Laurence Moine et Chantal Peiffert.
Je remercie les étudiants de licence, de master ou d’école ingénieure ainsi que les
stagiaires qui ont participé à mon projet de thèse et j’espère ne pas les avoir trop traumatisés :
Guillaume Kern, Johan Bergé, Stéphanie Fleurance, Antoine Hudault, Caroline Demange,
Guillaume Thomas, Pierre-Jean Misson et Vincent Cuney.

Enfin, je voudrais remercier tous les membres de ma famille pour leur aide et leur
soutien : merci aux Duhamel et aux Achi