Traçage de la source des leucogranites fertiles en uranium du Massif armoricain

1. Introduction

Les leucogranites peralumineux (MPG ; Barbarin, 1999) peuvent représenter une source favorable pour la formation des gisements d’U hydrothermaux à condition qu’ils contiennent des oxydes d’uranium (e.g. Cuney, 2014, cf. chapitre 1). La capacité d’un magma peralumineux à cristalliser des oxydes d’uranium va dépendre d’une succession de processus « secondaires » qui incluent (Friedrich et al., 1987 ; Cuney et Kyser, 2008 ; Cuney, 2014) :

- un faible taux de fusion partielle.

- un degré de cristallisation fractionnée élevé du magma, induisant l’extraction des minéraux accessoires riches en Th qui incorporent une quantité limitée d’U comme la monazite, jusqu’à atteindre des faibles rapports Th/U ( < ~1) et des teneurs en U suffisamment élevées (> ~10 ppm) permettant la saturation des oxydes d’uranium.

- une activité magmatique-hydrothermale significative qui semble favoriser l’enrichissement en U des leucogranites dans leur dernier stades d’évolution (Friedrich et al., 1987 ; cf. article #4). Malgré le rôle essentiel de ces processus dans la genèse de leucogranites fertiles, un des facteurs les plus discriminants concerne la richesse en U de la source soumise à la fusion partielle et la proportion de cette U qui va être localisée en dehors de la structure des minéraux accessoires. En effet, la faible solubilité du zircon et de la monazite dans les liquides silicatés peralumineux les empêchent de participer de façon significative à la richesse du magma lors de la fusion partielle (Montel, 1993; Watson and Harrison, 1983). Au contraire, l’U adsorbé à la surface des minéraux ou localisé dans des microfractures va fractionner fortement en faveur du liquide silicaté. A titre d’exemple, les métavolcanites acides et les schistes noirs, avec des teneurs en U largement au-dessus du Clarke de la croûte continentale supérieure (> 2.7 ppm), peuvent représenter une source favorable pour former des leucogranites fertiles car une partie significative de leur U peut être associée, respectivement, à du verre ou à de la matière organique (e.g. Friedrich et al., 1987 ; Cuney, 2014).

Dans le Massif armoricain, la high heat production and flow belt (HHPFB) est une zone d’une cinquantaine de kilomètre de large et d’orientation NO-SE qui se caractérise par un flux de chaleur anormalement élevé et par la présence de granites avec une production de chaleur par deux fois supérieure à celle des formations géologiques environnantes (Jolivet et al., 1989 ; Vigneresse et al., 1989) (Fig. IV.1). Cette ceinture, sécante aux structures géologiques du Massif armoricain qui se prolongerait jusqu’en Cornwall et au NO du Massif central, englobe la majorité des occurrences et gisements uranifères de la région. Vigneresse et al. (1989) ont proposé que cette zone soit le reflet d’une croûte supérieure à moyenne préenrichie en éléments radioactifs dont la fusion partielle à la fin du

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Carbonifère aurait induit la formation de leucogranites fertiles. Bien que l’existence de cette ceinture reste énigmatique elle permet de poser le problème de la source des leucogranites peralumineux associés à des gisements d’U au sein du Massif armoricain et de la chaîne hercynienne européenne.  

Figure IV.1 : (a) Domaines structuraux principaux du Massif armoricain. (b) Carte géologique générale du Massif armoricain [modifiée d’après Chantraine et al. (2003) et Gapais et al. (2015)] montrant les différents types de granites carbonifères d’après Capdevila (2010) et localisant les occurrences et gisements uranifères. NASZ: cisaillement nord armoricain; NBSASZ: branche nord du cisaillement sud armoricain. SBSASZ: branche sud du cisaillement sud armoricain. Fe-K granites: granites ferro- potassiques. Mg-K granites: granites magneso-potassiques. Calk-alk granites: granites calco-alcalins. La high heat production and flow belt de Vigneresse et al. (1989) et Jolivet et al. (1989) est indiquée.  

Une identification préliminaire des sources méta-sédimentaires et méta-ignées impliquées dans la genèse des leucogranites de Guérande et de Pontivy a été réalisée dans la partie III principalement à partir de leur composition en éléments majeurs et en isotopes radiogéniques (Sr et Nd). Dans ce chapitre, une caractérisation plus précise, basée, en plus, sur la comparaison entre la signature isotopique (U-Pb et Hf) des cristaux de zircon hérités issus des leucogranites ainsi que des grains de zircons des orthogneiss et des formations sédimentaires de la région, est proposée. Afin de discuter ces résultats en

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terme d’implication sur la genèse de leucogranites fertiles en U, des analyses roches totales en éléments majeurs et traces sur les sources potentielles de ces intrusions ont été réalisées et combinées avec des données issues de la littérature.

2. Méthodes analytiques

Une analyse en Sm-Nd complémentaire a été réalisée sur un grès Carbonifère inférieur du bassin de Châteaulin (Tableau IV.1 et 2). L’analyses a été réalisée à Géosciences Rennes et la méthode utilisée est la même que celle décrite dans l’article #3.

Les analyses roches totales en éléments majeurs et traces ont été réalisés au CRPG (Centre de Recherche Pétrographique et Géochimique) à Nancy selon la méthode décrite dans les articles #2, #3 et #5. Les échantillons sur lesquels ont été réalisés les analyses sont reportés dans la Tableau IV.1 et les résultats des analyses sont fournies en annexe de ce manuscrit.

Toutes les datations U-Pb sur zircon ont été réalisées au laboratoire Géosciences Rennes par LA-ICP-MS. La méthode utilisée est la même que celle décrite dans les articles #2 et #3 et les résultats des analyses avec un degré de concordance entre 90 et 110 % sont fournies en annexe de ce manuscrit avec une incertitude de 1σ. Lors des sessions analytiques, le zircon 91500 (Wiedenbeck et al., 1995 ; 1065 Ma) et le zircon Plešovice (Slama et al., 2008 ; 337.13 ± 0.13 Ma) utilisés comme standards externes ont fournies des âges concordia de, respectivement, 1060.9 ± 5.5 Ma (MSWD = 0.61 ; n = 20) et 337.6 ± 0.6 Ma (MSWD = 0.54 ; n = 239) permettant de valider la justesse des résultats obtenus.

Les analyses isotopiques en Hf sur zircon ont été réalisées à la Goethe-University à Frankfurt par LA-MC-ICP-MS en utilisant la méthode décrite dans l’article #3. Les valeurs d’εHf (t) fournies en annexes de ce manuscrit ont été calculées en utilisant l’âge de mise en place des intrusions pour les cristaux de zircons magmatiques (métagranitoïdes ; Tableau IV.1) alors que pour les grains hérités ou détritiques, avec un degré de concordance entre 90 et 110 %, c’est l’âge 206Pb/238U qui est utilisé pour les grains avec un âge 207_Pb/206_{Pb < 1000 Ma et l’âge} 207_Pb/206_{Pb pour les grains avec un âge} 207_Pb/206_Pb

> 1000 Ma (Talavera et al., 2012).

Table IV.1 : Composition isotopique roche totale en Sm-Nd d’un échantillon de grès d’âge carbonifère inférieur de la carrière du bassin de Châteaulin. Les concentrations en Sm et Nd ont été obtenues par dilution isotopique.

Sample Sm (ppm) Nd (ppm) 147_Sm/144_Nd 143_Nd/144_{Nd ±} εNd (310 Ma) T DM* LOC-1 5.2 28 0.113189 0.512210 5 -5.0 1.4

* Two stages TDM calculated using the equation of Liew and Hofmann (1988) for an age of 315 Ma.

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Tableau IV.2 : Localisation et description des échantillons sélectionnés pour les analyses en éléments majeurs et traces sur roches totales (WR) et/ou les analyses en U-Pb et Hf sur zircon. Les analyses en éléments majeurs et traces sur les sédiments, les métagranitoïdes et le granite de Huelgoat sont fournies en annexe de ce manuscrit mais celles sur les leucogranites sont fournies dans les articles #2 et #3. Les analyses en Hf et U-Pb sur zircon sont fournies en annexe du manuscrit.

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Sample Locality / intrusion Period - age Formation - facies Description Longitude° Latitude° U-Pb Hf WR

LOC-1 Châteaulun basin Lower Carboniferous Locarn Sandstone -3.41852 48.31677 Yes Yes Yes

LOC-2 Châteaulun basin Lower Carboniferous Locarn Carbonaceous shale -3.41852 48.31677 Yes

CRO-14 Crozon Upper Devonian Porsguen Black shale -4.346333 48.343017 Yes

CRO-2 Crozon Upper Devonian Goasquelou Sandstone -4.537517 48.292633 Yes Yes

CRO-1a Crozon Middle Devonian Tibidi Sandstone -4.5395 48.291933 Yes Yes

CRO-1b Crozon Middle Devonian Tibidi Siltstone -4.5395 48.291933 Yes Yes

CRO-12 Crozon Lower Devonian Bolast Sandstone -4.259033 48.30655 Yes Yes

CRO-11 Crozon Lower Devonian Verveur Sandstone -4.539167 48.28615 Yes Yes Yes

CRO-10 Crozon Silurian-Devonian Plougastel Sandstone -4.582283 48.319383 Yes

CRO-6 Crozon Silurian Plougastel Sandstone -4.558633 48.218033 Yes Yes Yes

CRO-3a Crozon Silurian Lostmarch Sandstone -4.5572 48.21485 Yes Yes

CRO-3b Crozon Silurian Lostmarch Siltstone -4.5572 48.21485 Yes Yes

CRO-4a Crozon Silurian Lostmarch Sandstone -4.5572 48.21485 Yes

CRO-4b Crozon Silurian Lostmarch Siltstone -4.5572 48.21485 Yes

CRO-5 Crozon Silurian Lostmarch Sandstone -4.5572 48.21485 Yes

CRO-8 Crozon Silurian La Tavelle Sandstone -4.602917 48.260417 Yes

CRO-7 Crozon Silurian La Tavelle Black shale -4.602917 48.260417 Yes

CRO-17 Crozon Ordovician-Silurian Lamn Soaz Sandstone -4.602917 48.260417 Yes

CRO-16 Crozon Ordovician Kermeur Sandstone -4.607563 48.260786 Yes

CRO-15 Crozon Ordovician Postolonnec (kerloc'h) Heavy minerals sandstone ? ? Yes

CRO-9 Crozon Brioverian Sandstone -4.62065 48.2781 Yes Yes Yes

PENCH-1 Penchâteau Ordovician - Devonian? Migmatitic paragneiss (Guérande leucogranite root) -2.41883 47.2579 Yes PLG-1 Plouguenast Ordovician (477.9 ± 2.9 Ma) Metagranitoid (granite) Ms > Bt -2.63975 48.274317 Yes Yes Yes PLG-2 Plouguenast Cambrian (502.3 ± 2.1 Ma) Metagranitoid (tonalite) Bt > Ms -2.545533 48.270633 Yes Yes Yes

PLG-3 Plouguenast Ordovician Saint Goueno Metagranitoid (granite) Ms > Bt -2.55685 48.255217 Yes Yes

PLG-4 Plouguenast Ordovician (482.6 ± 5.5 Ma) Metagranitoid (tonalite) Ms >> Chl (Bt) -2.615186 48.19458 Yes Yes QIMP-1 Moelan Ordovician (466.8 ± 3.0 Ma) Metagranitoid (tonalite) Ms > Bt -3.740952 47.811525 Yes Yes Yes

GUE-3 Guérande Upper Carboniferous (309.4 ± 1.9 Ma) Coarse grained Leucogranite Ms > Bt −2.547297 47.368122 Yes Yes Yes GUE-4 Guérande Upper Carboniferous (309.7 ± 1.3 Ma) Fine grained Leucogranite Ms > Bt −2.481191 47.342346 Yes Yes Yes GUE-5 Guérande Upper Carboniferous (302.5 ± 1.6 Ma) Dyke Leucogranite Ms >> Bt −2.481191 47.342346 Yes Yes Yes PONT-1 Pontivy Upper Carboniferous (316.7 ± 2.5 Ma) Porphyritic Leucogranite Bt > Ms -3.000557 48.062879 Yes Yes Yes

PONT-10 Pontivy Upper Carboniferous Isotropic Leucogranite Ms>Bt -3.300926 47.935201 Yes Yes

PONT-14 Pontivy Upper Carboniferous Isotropic Leucogranite Ms -3.428067 47.980217 Yes Yes

PONT-15 Pontivy Upper Carboniferous Isotropic Leucogranite Ms>Bt -3.5074 47.949383 Yes Yes

PONT-26 Pontivy Upper Carboniferous (310.3 ± 4.7 Ma) Isotropic Leucogranite Ms = Bt -3.333955 47.981447 Yes Yes Yes PONT-20 Langonnet Upper Carboniferous (304.7 ± 2.7 Ma) Leucogranite Bt > Ms -3.472679 48.071121 Yes Yes Yes

QRT-08 Questembert Upper Carboniferous (315.3 ± 1.6 Ma) Leucogranite Bt - Ms -2.59 47.72 Yes Yes Yes

LRT-10 Lizio Upper Carboniferous (312.5 ± 2.4 Ma) Leucogranite Bt - Ms -2.57 47.88 Yes Yes Yes

HUEL-2 Huelgoat Upper Carboniferous (314.8 ± 2.0 Ma) Le Cloitre Monzogranite Bt -3.793344 48.363371 Yes Yes