Caractérisation des carbonatites à Nb-ETR de la zone Waswanipi-Saguenay, Province de Grenville, Québec, Canada

L'Essentiel

Les carbonatites, ou intrusions carbonatitiques, sont des roches ignées contenant ≥50 % de carbonates. Elles sont notamment connues pour être associées à des ressources actuellement stratégiques pour le Québec : des minéralisations en niobium (Nb) et en éléments de terres rares (ETR). Un potentiel minéral élevé associé à des carbonatites a été identifié dans la partie centrale de la Province de Grenville (Moukhsil et El Bourki, 2023). Plusieurs zones minéralisées de cette zone, telles que Crevier et la mine Niobec de Saint-Honoré sont actuellement en exploration et en exploitation, respectivement (p. ex. Groulier et al., 2020; Néron et al., 2018). L’ensemble des carbonatites montrent notamment des interactions avec les roches silicatées alcalines adjacentes (qui se manifestent couramment sous la forme de niveaux micacés), et présentent généralement des phases tardives riches en fer telles que de l’hématite ou la pyrite. Cette étude vise à approfondir la compréhension des mécanismes magmatiques et hydrothermaux responsables de la cristallisation et de la concentration des minéralisations en Nb et ETR dans les carbonatites. L'étude se focalise sur la caractérisation de terrain, la pétrographie détaillée et l'analyse géochimique de certaines phases minérales d'intérêt (apatite, carbonates, pyrochlore et colombite). La minéralisation en Nb (pyrochlore et/ou colombite) est communément associée à de fortes concentrations en phosphore, ce qui a notamment motivé notre étude approfondie de la géochimie de l'apatite comme traceur de la minéralisation. L’âge de cristallisation des apatites montre notamment plusieurs épisodes magmatiques et hydrothermaux distincts dans la formation des carbonatites. Les premiers résultats confirment que le Complexe alcalin de Saint-Honoré n'est pas contemporaine à l'Intrusion alcaline de Crevier, mais aussi que chaque zone minéralisée a subi des épisodes hydrothermaux parfois mobilisateurs de la minéralisation. Le linéament profond du corridor Waswanipi-Saguenay, plus ancien que 1100 Ma, a été réactivé de multiples fois à la suite des nombreux changements tectoniques, et ce grand linéament transcrustal a notamment permis la remontée de ces nombreux magmas carbonatitiques et alcalins jusqu'au Néoprotérozoïque tardif (Complexe alcalin de Saint-Honoré). La source de ces magmas régionaux, dont l'enrichissement est variable, reste à définir et fera l’objet d’études à venir.

Introduction : problématique et objectifs

Les carbonatites sont des roches ignées résultant de la cristallisation fractionnée de magmas carbonatés dans la croûte terrestre (Yaxley et al., 2022). Ces roches contiennent ≥50 % de carbonates et ≤20 % de silice (SiO₂). Les carbonates sont généralement représentés par une minéralogie à calcite, dolomite, sidérite ou ankérite (Mitchell et Gittins, 2022). Les carbonatites se mettent majoritairement en place dans des contextes tectoniques de type continental intraplaque à proximité de cratons, mais aussi dans des contextes orogéniques de rift et de plateau continental (c.-à-d. Large Igneous Province; Humphreys-Williams et Zahirovic, 2021). Elles sont génétiquement associées à une grande variété de roches allant d’ensembles ultramafiques à complexes silicatés alcalins (Wooley et Kjarsgaard, 2008).

Problématiques liées aux carbonatites et à leurs minéralisations

L’origine des magmas carbonatitiques est un sujet très débattu dans la littérature scientifique. La source de ces magmas est interprétée comme mantellique par de nombreuses études isotopiques, incluant celles sur le Sr, Nd, Li, Mg et Ca (Bell et Blenkinsop, 1987; Li et al., 2016; Sun et al., 2021; Tappe et al., 2017). Néanmoins, les auteurs débattent de la profondeur de cette source et les modèles oscillent entre l’implication d’un manteau lithosphérique ou asthénosphérique (Bell et Simonetti, 2010). De nombreuses études suggèrent notamment que de trouver l’origine du carbone permettrait de répondre à cette question (Kelemen et Manning, 2015). D’un point de vue métallogénique, il est clair que l’enrichissement en ETR et Nb du magma carbonatitique dépend en grande partie de leur concentration dans cette source mantellique, peu importe sa profondeur (Linnen et al., 2013).

Il n’existe, à ce jour, aucun consensus sur les processus de formation des magmas carbonatitiques. Ceux-ci peuvent être : 1) formés par un faible taux de fusion partielle (<1 %) de péridotite carbonatée, 2) dérivés d’un magma silicocarbonaté évoluant par cristallisation fractionnée, ou 3) dérivés d’un magma silicocarbonaté qui se sépare en deux magmas par immiscibilité (Brooker et Kjarsgaard, 2011; Dalton et Wood, 1993; Lee et Wyllie, 1998; Wallace et Green, 1988; Yaxley et al., 2022; Linnen, 2013). Toutes ces hypothèses sont appuyées par des études expérimentales (Bell et Rukhlov, 2004; Downes et al., 2005).

L’hydrothermalisme, très présent dans ces systèmes, efface dans certains cas les signatures magmatiques primaires, ce qui peut rendre l'interprétation des processus magmatiques difficiles (Fosu et al., 2021). Cet hydrothermalisme a notamment causé une remise en question sur l’origine des roches identifiées comme des carbonatites, qui autrement pourraient être d'origine métasomatique (p. ex. Nielsen and Veksler, 2002). L’hydrothermalisme est couramment identifié comme un processus majeur et permet dans certains cas une remobilisation de la minéralisation associée à un nouvel enrichissement en ETR et Nb (Dostal, 2017; Mitchell, 2015; Salvi et al., 2005; Wang et al., 2020).

Néanmoins, l’impact précis des processus magmatiques et hydrothermaux sur la fertilité de ces gisements est encore très débattu. Il est important de noter que la majorité des carbonatites ne sont pas enrichies en Nb et/ou en ETR. Néanmoins, celles qui le sont représentent une portion significative des ressources mondiales. La majorité des ressources en niobium et 51,4 % des ressources globales en oxydes de terres rares sont issus des carbonatites (Mitchell, 2015; Weng et al., 2015). Les carbonatites sont généralement enrichies en ETR légères.

La source des minéralisations à Nb-ETR associées aux carbonatites est mantellique, mais la plupart des processus critiques à leur cristallisation sont interprétés avoir lieu dans la croûte. Les études révèlent plusieurs étapes de mise en place associées à des processus magmatiques, hydrothermaux et de surface (p. ex. Anenburg et al., 2021). Les carbonatites montrant de larges empreintes hydrothermales sont notamment enrichies en ETR comparativement aux roches saines (p. ex. Ruberti et al., 2008). Néanmoins, les plus gros gisements de classe mondiale contiennent une minéralisation principalement d’origine magmatique (Castor, 2008). Les carbonatites les plus fortement minéralisées sont généralement interprétées comme étant mises en place dans un contexte de collision continentale, alors que de nombreuses intrusions sont observées en milieu de rift (comme dans cette étude) ou associées à des plumes mantelliques (p. ex. Hou et al., 2009).

Dans le cas des ETR, l’enrichissement se traduit par une forte proportion en ETR légères par rapport aux ETR lourdes. De manière générale, les éléments La, Ce, Pr et Nd représentent 99 % de la minéralisation en ETR dans les carbonatites (Song et al., 2016). Les processus menant à l’enrichissement en ETR légères dans les carbonatites font encore l’objet de débat entre l’enrichissement préférentiel durant la fusion partielle du manteau (Foley et al., 2009), l’immiscibilité (Nabyl et al., 2020) ou encore la concentration d’ETR lourdes dans des magmas salés tardifs (Anenburg et al., 2020b). De plus, des études ont montré qu’une concentration élevée de P₂O₅ et en fluor dans les magmas carbonatitiques entraine la cristallisation précoce de grandes proportions d’apatite, et ceci a un effet direct sur la concentration en ETR du magma évolué restant (Bühn et al., 2001; Wyllie et al., 1995; Xu et al., 2010).

Les minéralisations en Nb sont aussi principalement contrôlées par les processus magmatiques de mise en place des carbonatites. Certains auteurs ont proposé que l’enrichissement en Nb des magmas carbonatitiques résulte de la cristallisation précoce de minéraux à Nb (tel que le pyrochlore) suivi de processus de cristallisation fractionnée et du mélange de magmas avant leur redistribution (p. ex. Mitchell, 2015). Une publication récente interprète plutôt que l’interaction métasomatique des carbonatites avec leur hôte pour former des glimmérites épuise le magma carbonatitique jusqu’à ce qu'il reste un résidu de composition phoscoritique à haute concentration de pyrochlore (Williams-Jones et Vasyukova, 2023).

Problématique régionale

Les carbonatites sont connues pour être associées à des minéralisations en niobium (Nb) et en éléments de terres rares (ETR), ressources actuellement stratégiques pour le Québec (Plan québécois pour la valorisation des minéraux critiques et stratégiques) et dans le monde. Ces ressources sont notamment importantes pour la fabrication d’alliages et la production de composants électroniques utilisés dans les hautes technologies et les énergies propres (Boily et Gosselin, 2012; Simandl et al., 2021).

Le Canada est actuellement le deuxième producteur mondial de Nb après le Brésil (Mackay et Simandl, 2014) et parmi les cinq pays ayant le plus de ressources en ETR, le premier étant la Chine (Castor, 2008). De nombreuses zones ont notamment un grand potentiel en Nb et ETR au Québec (Boily et Gosselin, 2012; Orris et Grauch, 2002). Néanmoins, très peu de mines en exploitation existent actuellement sur le territoire canadien (Niobec au Québec et Nechalacho dans les Territoires du Nord-Ouest).

Le Québec, et notamment la Province de Grenville, a fait l’objet de plusieurs campagnes de caractérisation des minéralisations à Nb et ETR (Moukhsil et El Bourki, 2021, El Bourki et Moukhsil, 2022, Moukhsil et El Bourki, 2023). Un fort potentiel a été identifié dans la zone Waswanipi-Saguenay, dans la partie centrale du Grenville (Moukhsil et El Bourki, 2023). Plusieurs gisements ont notamment fait l’objet d’études académiques approfondies, tels que Crevier et la mine Niobec à Saint-Honoré, actuellement en exploration et en exploitation, respectivement (p. ex. Groulier et al., 2020; Néron et al., 2018; Legros et al., 2025).

Objectifs de cette étude

Cinq intrusions particulièrement prometteuses dans la zone Waswanipi-Saguenay marquent une anomalie magnétique négative et ont été choisies pour débuter cette étude : 1) l'Intrusion alcaline de Crevier, 2) la carbonatite de Grand Lac Brochet, 3) la carbonatite de Girardville (figure a), 4) la carbonatite de Shipshaw, et 5) le Complexe alcalin de Saint-Honoré (figure b). Chacune fait l'objet d'une anomalie magnétique négative (voir figure). Ces cibles ont toutes été identifiées comme porteuses des minéralisations à Nb-ETR et sont indexées comme des zones minéralisées (indices) métalliques dans le SIGÉOM (Crevier, Grand Lac Brochet, la carbonatite de Girardville, la carbonatite de Shipshaw [appelée Terres Rompues] et le Complexe alcalin de Saint-Honoré où se situe la mine Niobec). À ce jour, peu de documents existent sur ces cibles, mais des études universitaires ont permis de caractériser les aspects suivants : (i) les relations entre les intrusions alcalines silicatées et les carbonatitiques (Groulier et al., 2020), (ii) les éléments traces dans certains minéraux portant la minéralisation à Nb et ETR (Néron et al., 2018; Solgadi et al., 2015; Tremblay et al., 2015), et (iii) l’âge de certaines intrusions magmatiques (Solgadi et al., 2015).

Ces zones minéralisées constituent un ensemble de systèmes carbonatitiques partageant des caractéristiques communes à l’échelle locale (de la zone minéralisée) et régionale (zone Waswanipi-Saguenay). L’aspect le plus flagrant est leur agencement suivant le couloir Waswanipi-Saguenay (Moorhead et al., 1999). Cet agencement tend à suggérer un contrôle structural commun. De plus, plusieurs auteurs soulignent des processus communs, notamment la présence de processus hydrothermaux impliqués lors de la remobilisation du Nb et des ETR (Groulier et al., 2020; Néron et al., 2018).

Ce projet a pour but d’apporter des contraintes nouvelles sur les processus magmatiques et hydrothermaux impliqués dans la formation des minéralisations à Nb et ETR de la zone Waswanipi-Saguenay, dans la partie centrale de la Province de Grenville, afin d’établir un modèle régional de mise en place. Pour cela, la présente étude se concentre sur une synthèse des travaux publiés ainsi que la caractérisation pétrographique, minéralogique et géochimique des intrusions ciblées. Ce projet, ayant débuté en 2022, sera bonifié au fur et à mesure des années et des découvertes.

Méthode de travail

Travaux antérieurs

Le tableau ci-dessous présente une liste des travaux réalisés dans le secteur d'étude. Il inclut aussi les références citées dans le rapport.

Contexte géologique

La Province de Grenville, située au Québec, est la plus jeune province géologique du Bouclier canadien, s'étendant sur 350 km de largeur et plus de 2000 km de longueur. Au nord, une frontière tectonique majeure nommée Front du Grenville marque son contact avec les provinces du Supérieur et de Churchill (voir figure). Au sud, le socle grenvillien est recouvert en discordance par des séquences subhorizontales de roches sédimentaires appartenant à la Plate-forme du Saint-Laurent et des Appalaches. La Province de Grenville constitue un exemple typique d’orogène de grande envergure, chaud et de longue durée (Large Hot Orogen; Beaumont et al., 2006; Rivers, 2008, 1997), et est souvent considérée comme un analogue mésoprotérozoïque du système orogénique moderne Himalaya-Tibet (Hynes et Rivers, 2010).

Les roches du Grenville sont séparées en deux grands domaines selon des critères géophysiques, tectoniques, magmatiques, géochronologiques et métamorphiques (Rivers et al., 1989). Il s’agit : (1) du domaine parautochtone, délimité par le Front du Grenville au nord, qui est composé de roches archéennes provenant du socle laurentien et de sa couverture métasédimentaire remaniée, et (2) du domaine Allochtone, composé majoritairement de roches péricratoniennes formées, directement à la marge, ou accrétées à Laurentia. La zone de charriage de l’Allochtone (Allochthon Boundary Thrust, ABT) est une zone de chevauchement majeure d’échelle crustale (>1 km d’épaisseur), à pendage faible à moyen vers le SE, qui marque le contact entre le Parautochtone et l’Allochtone (Rivers et al., 1989). L’ABT s’enracine actuellement dans la croûte moyenne chaude (Hynes et Rivers, 2010).

La Province de Grenville découle d’une longue période d’accrétion tectonique et son histoire est ponctuée de plusieurs épisodes orogéniques allant de 1900 à 980 Ma, du Paléoprotérozoïque tardif au Mésoprotérozoïque (Gower et Krogh, 2002; Hynes et Rivers, 2010; Rivers, 2012, 2008; Swanson-Hysell et al., 2023). Les principaux orogènes incluent le Prélabradorien (1900-1720 Ma), le Labradorien (1710-1600 Ma), le Wakamien (1600-1520 Ma), le Pinwarien (1520-1460 Ma), l'Elsonien (1460-1230 Ma), l'Elzevirien (1230-1180 Ma) et l'Adirondien (1180-1080 Ma). Rivers (2012) décrit aussi l'orogenèse Shawinigan entre 1190-1140 Ma.

La collision finale, l’orogenèse grenvillienne sensu stricto, a eu lieu à la fin du Mésoprotérozoïque, de 1080 à 985 Ma (Gower et Krogh, 2002). La chaine de montagnes grenvillienne s’est érigée à la suite de la collision continent-continent entre Laurentia et un autre bloc continental (potentiellement Amazonia) lors de l’amalgamation du supercontinent Rodinia (Gower et Krogh, 2002; Rivers, 2008; Rivers et al., 1989; Swanson-Hysell et al., 2023; Tohver et al., 2004). La compréhension actuelle de l'orogène grenvillien repose sur des recherches multidisciplinaires menées au cours de plusieurs décennies, et est largement résumée dans la littérature (Indares, 2024; Rivers, 2012; Swanson-Hysell et al., 2023; Gervais et al., 2023).

L’Orogène grenvillien est caractérisé par deux phases orogéniques majeures (Indares, 2024; Rivers, 2012, 2008, 1997; Rivers et al., 1989). La première phase, qui fait référence à l’épisode Ottavien (~1090-1020 Ma), affecte les roches de la ceinture allochtone uniquement, et plus particulièrement les zones qui correspondaient à des segments de croûte profonde lors de la collision continentale. Certains domaines de la ceinture allochtone, appelés « couvercles orogéniques » (Rivers, 2008), sont des écailles rocheuses non métamorphisées qui se situaient à des niveaux structuraux plus élevés dans la croûte lors de l’Orogène grenvillien. La juxtaposition de segments métamorphisés et non métamorphisés serait causée par l’effondrement gravitaire de la Ceinture allochtone (Jannin et Gervais, 2017; Rivers, 2012) et elle démontre que Province de Grenville n'expose pas simplement la croûte profonde d'un orogène (Gervais et al., 2023; Rivers, 2008).

Le retour de la convergence marque la deuxième phase orogénique, l’épisode Rigolet (1000-980 Ma; Rivers, 2012). Durant cette phase, il y a eu propagation de la déformation et du métamorphisme, dans la ceinture parautochtone uniquement, ainsi que l’activation du Front du Grenville au nord, à la limite avec le Craton du Supérieur. L’orogenèse grenvillienne se termine par la relaxation thermique de la croûte continentale (980-950 Ma). L'affaiblissement de la convergence a conduit à un effondrement orogénique et à l'amincissement de la croûte continentale (Jannin et Gervais, 2017; Rivers, 2012), qui a lui-même mené à la formation de petits volumes de magmas alcalins saturés ou sous-saturés en silice dérivés du manteau (Gower et Krogh, 2002; Groulier et al., 2014; Groulier et al., 2020; Rivers, 1997).

Les 200 millions d'années suivant la fin de l'orogénie grenvillienne (∼980-780 Ma) ont constitué une période de stabilité tectonique pour Laurentia, positionné au centre du supercontinent Rodinia (Swanson-Hysell et al., 2023). Le démembrement de Rodinia débute ensuite à ∼778 Ma avec un rifting se poursuit tout au long du Néoprotérozoïque (Swanson-Hysell et al., 2023). Entre 620 et 570 Ma, le rifting entre les paléocontinents Laurentia et Baltica entraine une subsidence (Lowe, 2024) et deux fossés d’effondrement quasi perpendiculaires à la marge du rift laurentien. Ces deux fossés d’effondrement, qui sont considérés comme des aulacogènes (rifts avortés), ont subi de nombreuses restructurations et réactivations du Cambrien au début de l'Ordovicien (Lowe, 2024; Salad Hersi et Dix, 2006). Des failles normales cassantes post-Ordovicien supérieur délimitent le graben de Saguenay; celles-ci sont orientées approximativement ESE-WNW avant de prendre une orientation SE-NW vers le Craton du Supérieur (Kumarapeli, 1985; Kumarapeli et Saull, 1966; Lamontagne et al., 2020; Lowe, 2024).

La majorité des roches ignées alcalines et des carbonatites décrites dans ce Bulletin métallogénique se situent dans la partie Allochtone de la Province de Grenville. Elles ont la particularité d'être alignées le long du linéament crustal Waswanipi-Saguenay (Groulier et al., 2014, 2020; Hébert et Daigneault, 2004; Lafrance, 2014; Moorhead et al., 1999). Ce linéament correspond au graben du Saguenay et à son prolongement vers le NW, jusque dans la Province du Supérieur. Toutes les carbonatites décrites dans ce rapport semblent s’être mises en place le long de la marge NE de cette structure régionale (Lafrance, 2014). Il est cependant évident que ces carbonatites se sont formées à différentes périodes : entre 980 et 880 Ma (à la suite de la phase d’effondrement de l’Orogène grenvillien; Groulier et al., 2014, 2020), et entre 635 et 540 Ma (lié au rifting continental de Laurentia [formation de l’océan Iapetus] et à la formation du graben du Saguenay; Hébert et Daigneault, 2004; Kumarapeli, 1985; Lafrance, 2014; McCausland et al., 2019).

Contexte régional

La région du Saguenay–Lac-Saint-Jean est caractérisée par plusieurs phases d'injections magmatiques mésoprotérozoïques (voir figure). Les unités stratigraphiques datées les plus anciennes de la région sont d’âges wakamien (1600-1520 Ma) et pinwarien (1520-1450 Ma) (Moukhsil et El Bourki, 2024). Elles constituent le socle dans l’Allochtone. Elles sont composées de roches intrusives, communément gneissiques et de roches métasédimentaires. Dans la région, il s’agit de la Suite intrusive de Bolduc, du Complexe gneissique de Saguenay, de la Suite intrusive de Tadoussac, du Complexe gneissique de Rouvray et du Groupe de Saint-Siméon.

L’évènement elsonien (1450-1230 Ma) est caractérisé principalement par la mise en place des suites AMCG (anorthosite-mangérite-charnockite-granite) associées à de la troctolite, du gabbro et de la monzonite quartzifère (Moukhsil et El Bourki, 2024). Dans la région d’étude, plusieurs complexes, suites intrusives et plutons se sont mis en place durant cette période. Il s’agit du Complexe de la Bostonnais, du Complexe gneissique du Cap à l’Est, du Granite de De Mun, des suites plutoniques de Bardeau et de Pope et de la Mangérite de Joncas.

À l’Elzévirien (1230-1180 Ma), de grands complexes métasédimentaires (complexes de Barrois et de Wabash) se sont accrétés au continent Laurentia (Moore et Thompson, 1980; Gower et Krogh, 2002; Corriveau, 2013; Moukhsil et El Bourki, 2024).

L’évènement adirondien (1180-1080 Ma) est caractérisé, tout comme l’Elsonien, par la mise en place d’imposants volumes de suites anorthositiques (Moukhsil et El Bourki, 2024). Les unités adirondiennes datées dans le secteur d’étude sont les suivantes : la Diorite du Lac Chabot, la Suite mafique-ultramafique de la Baie à Cadie, la Charnockite de Kénogami, la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean, les granites de Du Bras et de Labrecque, la Charnockite de Patrick Ouest, le Pluton de Johnny, la Mangérite de Chicoutimi et l’Anorthosite de Vanel. La Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean est l’une des plus grandes masses intrusives de la Province de Grenville et couvre une superficie de >20 000 km² (Hébert et Daigneault, 2004).

L’Orogène de Grenville est caractérisé par un magmatisme de grande envergure et une déformation intense, accompagnés d’un métamorphisme prograde jusqu'au faciès des granulites. Il peut se diviser en trois périodes : le Grenville précoce, moyen et tardif (Moukhsil et El Bourki, 2024).

Le Grenville précoce (1080-1050 Ma) est caractérisé par une activité magmatique plutonique avec la mise en place de grands volumes de magma felsique à mafique dans un contexte d’extension crustale (Moukhsil et El Bourki, 2024). Les unités qui se sont mises en place au grenvillien précoce sont : le Granite de Des îlets, la Suite de Travers, le Leucograbbro du Canton de Taché, la Suite anorthositique de Pipmuacan, la Suite plutonique de Bois Vert, le Granite de La Baie, la Suite intrusive de Leda, le Batholite de Nepton, la Suite plutonique de la Vertu, la Monzonite d’Étienniche et la Suite de Rivière-à-Pierre.

Le Grenville moyen (1050-1018 Ma) est considéré comme l’apogée de l’orogenèse grenvillienne avec un épaississement crustal substantiel (Moukhsil et El Bourki, 2024). Les unités suivantes sont d’âge grenvillien moyen : la Suite intrusive de Tommy, le Batholite de Long, le Gabbro de Simoncouche, la Mangérite de Lachance, la Suite de Saint-Thomas-Didyme, le Batholite des Mailles, le Pluton de Malfait, la Suite plutonique de Bonhomme, le Granite Astra, la Monzonite quartzique de Psukè, les mangérites de Jobber et d’Alcantara-Dion, la Suite plutonique de Marianne, la Suite plutonique de Saint-Méthode, le Pluton de Saint-Ambroise et le Granite de Menton. Le dyke de carbonatite de Grand Lac Brochet est encaissé dans la Suite intrusive de Tommy qui s’est mise en place durant le Grenville moyen (1038 ±25 Ma, 1037,6 ±7,7 Ma, David, en préparation).

Le Grenville tardif (1018-985 Ma) est marqué par la mise en place de magmas intermédiaires dans un environnement anorogénique (Moukhsil et El Bourki, 2024). Les unités d’âge grenvillien tardif sont : la Suite intrusive de Sainte-Hedwidge, la Suite anorthositique de Valin, la Suite plutonique de Mimosa, la Troctolite de Betchie, le Batholite de Cristal, la Suite plutonique de Rodez, la Syénite de Vénus de Milot et le Granite de Touladi. Le dyke de carbonatite de Girardville est encaissé dans un granite à feldspath alcalin (ou syénogranite) du Pluton de Johnny (Moukhsil et El Bourki, en préparation) daté à 1095,7 ±5,9 Ma (David, 2023).

L’Intrusion alcaline de Crevier (957,5 Ma, Groulier et al., 2020) s’est mise en place lors de la période postgrenvillienne dans la Suite plutonique de la Vertu (1061 ±13 Ma, 1047,8 ±9,1 Ma, David, 2023).

Au Paléozoïque (entre 540 et 250 Ma), la région fut marquée par une période de failles qui a donné naissance au graben du Saguenay. Ce système de failles d'extension a facilité la mise en place de magmas alcalins et de carbonatites qui constituent le Complexe alcalin de Saint-Honoré (Hébert et Daigneault, 2004). 

Pendant l'Ordovicien, entre 500 et 435 millions d'années, la région a été complètement submergée par l’océan Iapetus, favorisant la sédimentation des calcaires qui composent la Plate-forme du Saint-Laurent. Certaines de ces couches ont toutefois échappé à l’érosion par les mouvements tectoniques d’effondrement associés au graben du Saguenay (Hébert et Daigneault, 2004). À proximité des villes de Mashteuiatsh et de Saint-Honoré, des séquences de roches sédimentaires ordoviciennes (Groupe de Trenton et Formation de Pointe Bleue) reposent en discordance sur les roches précambriennes. Comme illustré sur la carte géologique, le Complexe alcalin de Saint-Honoré n’affleure pas en surface puisqu’elle a été recouverte, en discordance, par les calcaires du Groupe de Trenton.

Description des zones minéralisées

Cette section a pour but de fournir une description des faciès pétrographiques de chaque zone minéralisée, en se basant sur les études d’exploration, ministérielle ou de recherche. Les cibles sont décrites d’est en ouest.

Complexe alcalin de Saint-Honoré (mine Niobec)

Le gisement de la mine Niobec à Saint-Honoré porte le nom de la ville à proximité (Complexe alcalin de Saint-Honoré). Il a été découvert par levé radiométrique en 1967 par SOQUEM. La construction de la mine souterraine de Niobec a démarré en 1974 et exploite depuis le pyrochlore (minéral de Nb) dans la carbonatite. En 2015, la compagnie Magris Resources devient propriétaire de la mine, avec une production de 2 532 140 tonnes pour l’année 2022 (Niobec, 2023). Le Complexe alcalin de Saint-Honoré, au Québec, a l’une des carbonatites les plus riches en niobium au monde (Mitchell, 2015) et compte parmi les rares mines de Nb en production. Le niobium y est exploité à une teneur de 0,42 % Nb₂O₅ pour 416 Mt et la teneur en ETR total est de 1,75 % pour 1058 Mt de ressources calculées (Grenier et al., 2013; Vallières et al., 2013).

Le Complexe alcalin de Saint-Honoré est un complexe intrusif polyphasé formé de plusieurs injections de roches carbonatitiques associées à des roches alcalines syénitiques. Le complexe carbonatitique se divise en trois unités de carbonatite : la ferro-carbonatite au centre, entourée de la magnésio-carbonatite puis de la calcio-carbonatite. Les relations de terrain semblent indiquer une chronologie allant de l’extérieur vers l’intérieur (ferro-carbonatite plus jeune que calcio-carbonatite). La minéralisation en Nb est contenue principalement dans la magnésio-carbonatite (figure A), alors que la minéralisation en ETR est contenue exclusivement dans la ferro-carbonatite (Néron et al., 2018; Tremblay et al., 2017). Plusieurs faciès de syénite sont observés autour du massif carbonatitique et en enclaves dans la carbonatite (figure A). La présence d’enclaves suggère qu’au moins un faciès de syénite s'est mis en place avant le complexe carbonatitique. Une récente description détaillée des différents types de roches et de la distribution relative des pyrochlores (minéral de Nb) dans ces roches a été faite par Vasyukova et Williams-Jones (2023).

Des études antérieures suggèrent que la minéralisation à Saint-Honoré est reliée à une combinaison de processus magmatiques-hydrothermaux (Desjardins, 2022; Fournier, 1993; Gauthier, 1979; Vasyukova et Williams-Jones, 2023). Les travaux de Néron et al. (2018) suggèrent que la cristallisation précoce des minéraux d’ETR (principalement la Ce-bastnäsite) avant l’évènement hydrothermal a permis le développement d'une minéralisation de haut grade, notamment en relation avec la précipitation d'apatite rouge (figure B).

Carbonatite de Shipshaw (Terres rompues et Terres Rompues - SE)

Les zones minéralisées à Nb associés à la carbonatite de Shipshaw se nomment Terres Rompues et Terres Rompues – SE. Les zones minéralisées se situent à ∼1,5 à 2,6 km au nord de la rivière Saguenay et 6 à 7 km au SSW de la mine Niobec (Complexe alcalin de Saint-Honoré). Les travaux de forage ont rapporté jusqu’à 1700 ppm de Nb et 16 000 ppm d’ETR. Le collet des sondages 773-01 et 773-20 (N), effectués par IOS Services Géoscientifiques en 2010 et 2011, localise le gîte (Desbiens, 2010; Block et al., 2011).

Les zones minéralisées de Shipshaw comprennent plusieurs faciès, dont trois visibles en forage, soit :

·        la mangérite;

·        les lamprophyres ultramafiques;

·        les carbonatites.

La mangérite est constituée essentiellement de feldspath alcalin. Elle est très fracturée et couramment altérée. Elle représente le principal encaissant des lamprophyres et de la carbonatite. Les lamprophyres font jusqu’à une dizaine de mètres d’épaisseur par endroits et coupent les fénites selon un contact net. Les lamprophyres sont généralement composés de micas, pyroxène, hématite et magnétite avec une foliation très diffuse. Les lamprophyres sont localement affectés par des veinules et nodules de carbonates blancs qui sont orientés suivant la foliation (Block et al., 2011). Deux faciès de carbonatite ont été décrits à Shipshaw : une calcio-carbonatite (blanchâtre à grain grossier) et une magnésio-carbonatite (grisâtre à grain fin). La présence de carbonatite est locale, allant de quelques centimètres à plusieurs mètres. Sur l’ensemble des forages, les carbonatites ne représentent que 6 % des lithologies observées. Les occurrences de carbonatite n’ont pas de relations claires entre elles et les plus significatives ont été observées en forage. Les deux carbonatites ont des contacts nets avec la fénite et coupent les dykes de lamprophyre. Les carbonatites se seraient donc mises en place postérieurement. La magnésio-carbonatite, qui est la plus minéralisée en Nb, est coupée par la calcio-carbonatite (Block et al., 2011). Aucun modèle de mise en place n’a été publié à ce jour, mais une thèse de doctorat de l’UQAC tend à apporter de nouvelles contraintes (thèse de Nils Van Weelderen supervisé par L. Paul Bédard). Pour cette raison, peu de données seront présentées sur Shipshaw avant la publication des travaux de thèse.

Sur le terrain, très peu d’affleurements sont visibles et ceux-ci sont décrits très succinctement. Des petits dykes de carbonatite coupent un encaissant de mangérite (monzonite à hypersthène) (figure A). Localement, les dykes de carbonatite peuvent couper des dykes de lamprophyre et des phoscorites (figure B).

Carbonatite de Girardville

La carbonatite de Girardville se situe à ∼4,5 km au nord du village de Girardville. Elle affleure sous la forme d’un dyke orienté à 350° qui est encaissé dans le granite à feldspath alcalin (ou syénogranite) du Pluton de Johnny (daté à 1095,7 ±5,9 Ma, U-Pb sur zircon; David, 2023). La carbonatite de Girardville se distingue des autres carbonatites de la région par des mégacristaux d’ilménite et de microcline allant jusqu’à 50 cm de long (Dupuis et David, 2013). La fiche de zone minéralisée rapporte des teneurs allant jusqu’à 37 000 ppm Nb et 1500 ppm ETR. L’affleurement principal, une tranchée de 40 m de long et de 5 m de large, a été originalement décrit par le Ministère dans Moukhsil et El Bourki (2021), puis décrit en détail par El Bourki et Moukhsil (2023) ainsi que Saint-Laurent et al. (2023).

Sur l’affleurement principal (figure A), trois lithologies sont observées (Saint-Laurent et al., 2022) : un granite à feldspath alcalin (encaissant), un dyke de syénite grise et la carbonatite. Le granite à feldspath alcalin a une teinte rosée. Il présente des grains grossiers non déformés. Les principaux minéraux sont le quartz, la biotite, l'albite et le microcline. Les minéraux accessoires sont représentés par le zircon, l'apatite, la hornblende et la magnétite. Au contact avec la carbonatite, le granite est fénitisé (figure C) sur une épaisseur de 10 à 50 cm. La fénitisation est marquée par la présence d’aegyrine micrométrique généralement cristallisée en amas (minéraux vert foncé). La syénite grise se présente sous la forme de lambeaux de 5 à 6 m de longueur au contact du granite à feldspath alcalin (figure D) et en enclaves dans la carbonatite (figure B). Elle est de granulométrie fine avec une minéralogie principalement composée de feldspath potassique, plagioclase, quartz et biotite, ainsi que des minéraux accessoires tels que du zircon, de l'apatite, des carbonates et de la magnétite. Tous les minéraux sont orientés suivant la direction du dyke de carbonatite. Les enclaves de syénite ont une couronne de réaction constituée d’albite au contact de la carbonatite. La carbonatite affleure sur ∼30 m. Elle présente une couleur beige et une granulométrie hétérogène. Le minéral principal est la calcite et les minéraux accessoires sont le rutile, l’ilménite, la biotite et l’apatite.

Carbonatite de Grand Lac Brochet

La zone minéralisée associée à la carbonatite de Grand Lac Brochet se situe à ∼600 m au nord du Grand lac Brochet. La minéralisation est associée à un dyke de carbonatite d’épaisseur variable de 10 à 50 cm, à grain fin à moyen (figures A et B). La carbonatite est principalement composée de calcite avec une proportion mineure d'apatite et de biotite. L’échantillon de carbonatite présente une teneur indicielle de 2440 ppm ETR (SGDAC : 2021080171) et étonnamment peu de niobium (5 ppm Nb). Le dyke est encaissé dans un syénogranite rose fénitisé à quartz, feldspath, amphibole, biotite et magnétite (figures C et D). D’autres faciès mineurs sont visibles sur l’affleurement, dont une injection de granite à amphibole et des enclaves de gabbro. À quelques mètres de l’affleurement de carbonatite, une petite tranchée expose une roche ultramafique très riche en hématite et des poches d’apatite rouge millimétriques. Aucun travail de recherche n'a été réalisé sur cette zone minéralisée, mais ce projet apporte de nouvelles contraintes.

Intrusion alcaline de Crevier

Le gîte lié à l'Intrusion alcaline de Crevier est la zone étudiée la plus fortement minéralisée parmi les zones minéralisées non exploitées. Le gîte a été découvert par SOQUEM en 1974. Il est actuellement en phase d’exploration par Niobay Metals depuis 2008. Ce gîte se trouve à une cinquantaine de kilomètres au nord du village de Girardville en suivant la route forestière, au niveau des lacs Touladi et du lac à la truite.

L'Intrusion alcaline de Crevier forme une anomalie géophysique qui s’étend sur une superficie de 25 km² autour du lac à la Truite. Le gîte de Crevier comporte une majorité de roches alcalines sous-saturées minéralisées et quelques dykes de carbonatite qui semblent non minéralisés malgré des teneurs en niobium de ~500 ppm Nb et en tantale allant jusqu'à ~ 100 ppm Ta. Le contact entre les deux faciès forme des auréoles de glimmérite par endroits (figure B). L’intrusion est caractérisée par un nombre limité d’affleurements, mais elle a fait l’objet de plusieurs campagnes de forage, dont une en 2023. Les documents historiques indiquent des teneurs pouvant aller jusqu’à 5500 ppm Nb (Godin et al., 2010). Des descriptions détaillées sont disponibles dans Groulier et al. (2014) et Groulier et al. (2020). D’après les observations, la syénite néphélinique est le premier faciès à se mettre en place. Des essaims de dykes de syénite néphélinique pegmatitique coupent l'intrusion alcaline en son centre et semblent se prolonger au-delà de ces limites (figure A). Localement, au niveau des pegmatites, on peut observer des lentilles de carbonatite (figure C). Les principaux éléments porteurs de la minéralisation sont des veines coupant les dykes de pegmatite. Ces veines sont caractérisées par des teneurs élevées en sulfures et pyrochlore (minéral de Nb) comparativement aux autres faciès.

Géochimie des carbonatites

Ce projet a pour but d’étudier les carbonatites localisées sur la zone Waswanipi-Saguenay afin de comprendre le contexte de leur mise en place. Ce projet est complémentaire au Bulletin métallogénique portant sur la synthèse des ressources en Nb-ETR du Grenville (Moukhsil et El Bourki, 2023). Les données d'analyses géochimiques des carbonatites ont été extraites directement des données du SIGÉOM relatives à ce projet, de documents disponibles sur la plate-forme ou d'articles et thèses publiés (Moukhsil et El Bourki, 2023; Groulier et al., 2020; Birkett, 1998; Saint-Laurent, 2024; Moukhsil et El Bourki 2021; Cambrior inc., 2003; Desjardins, 2022; Desbiens, 2010). Hormis les travaux financés par le Ministère, aucunes données d'analyse de roche totale sur ces carbonatites n'ont été publiées dans des articles scientifiques. Certaines zones minéralisées (p. ex., Girardville et Grand lac Brochet) ont moins de données associées, car celles-ci présentent peu d'affleurements. Concernant la zone minéralisée de Shipshaw, une thèse en cours devrait apporter plus de données (thèse de doctorat de Nils Van Weelderen, UQAC).

Il est important de noter que les carbonatites sont généralement classifiées selon leur minéralogie et non selon leur composition chimique. Néanmoins, les diagrammes compositionnels permettent d'établir des comparaisons. Deux diagrammes classiques sont utilisés ici : le diagramme A pour les carbonatites ayant une composition en SiO₂ de <20 %, et le diagramme B pour les autres (Mitchell et Gittins, 2022). La première observation est que les carbonatites de la zone Waswanipi-Saguenay ont des compositions variées. Les carbonatites de Girardville, Saint-Honoré, Crevier et Grand Lac Brochet ont des compositions allant de la calcio-carbonatite à la silico-carbonatite. À Saint-Honoré, tous les types de carbonatites sont observés et ont été décrits dans la littérature comme des intrusions successives. C'est la seule zone minéralisée qui présente une intrusion de ferro-carbonatite. La carbonatite de Crevier présente une seule analyse riche en fer. Par conséquent, il est probable que cette analyse soit erronée. Seule la zone minéralisée de Shipshaw présente une composition homogène de magnésio-carbonatite. 

Parmi toutes les carbonatites, seule la carbonatite de Saint-Honoré présente actuellement assez de minéralisations pour avoir un intérêt économique. Les zones affleurantes des autres zones minéralisées sont limitées et plus de travaux pourraient révéler de plus fortes teneurs. En moyenne, la carbonatite de Saint-Honoré a une teneur supérieure à 200 ppm Nb, alors que les autres zones ont des teneurs situées en dessous de ce seuil. Toutes les carbonatites de la région ont néanmoins une teneur similaire de ∼1000 à 1500 ppm ETR (figure A). Les teneurs en Ta sont indiquées à titre indicatif et semblent relativement basses pour l’ensemble des carbonatites (figure D). Les teneurs en Ta de Saint-Honoré sont moins précises que pour les autres zones minéralisées (mesuré en Ta₂O₅ à la microsonde, puis converti en ppm de Ta).

Deux autres concentrations mineures sont intéressantes à noter, soit le K₂O et le P₂O₅. Le K₂O montre principalement la teneur en micas de la roche (figure B). Or, l’abondance de micas est couramment observée lors de l’interaction entre la carbonatite et les roches alcalines, provoquant l’apparition sporadique de glimmérite (roche composée à >75 % de micas noirs), possiblement par métasomatisme (présence de fluides de diverses origines). Les micas sont riches en K, mais les roches alcalines au contact (qui sont généralement des syénites) le sont aussi. Par conséquent, une forte teneur en potassium pourrait indiquer un processus de contamination par une roche alcaline et/ou un fluide circulant dans le système magmatique. Pour l'ensemble des zones minéralisées, les diagrammes de corrélation montrent un processus de contamination plus ou moins marqué en fonction des échantillons. Ce processus fait donc partie du modèle de mise en place de ces carbonatites à l’échelle régionale. La corrélation entre la teneur en potassium et en niobium est très diffuse, mais très présente et mérite d’être approfondie à Saint-Honoré. Le diagramme Nb-K₂O présente deux corrélations distinctes : une forte augmentation du potassium avec peu de niobium et une forte augmentation du niobium avec peu de potassium. Il est possible de corréler les teneurs en potassium et en niobium dans cet environnement, mais des études ultérieures devront définir la nature de la relation entre ces deux concentrations. La teneur en P₂O₅ est un indicateur de la teneur en apatite de la carbonatite (figure C). À Saint-Honoré, la concentration en apatite est corrélée à la teneur en pyrochlore (minéral de Nb). La relation est moins claire dans le cas des autres zones minéralisées, car celles-ci sont moins riches en Nb, mais il est clair que la teneur en P₂O₅ est constamment élevée dans ces carbonatites. L’apatite est un très bon traceur pétrogénétique et permet de dater les carbonatites dans le temps. Par conséquent, cette étude a mené à une étude géochimique approfondie des apatites.

Pétrographie des carbonatites

Complexe alcalin de Saint-Honoré

La carbonatite de Saint-Honoré est subdivisée en trois unités de chimies distinctes : une carbonatite riche en fer (ferro-carbonatite), une carbonatite riche en magnésium (magnésio-carbonatite) et une carbonatite riche en calcium (calcio-carbonatite). Le changement géochimique entre chaque unité de carbonatite se reflète à travers la chimie de leurs carbonates respectifs : sidérite pour la ferro-carbonatite, dolomite pour la magnésio-carbonatite et calcite pour la calcio-carbonatite. À Saint-Honoré, toutes les unités ont des concentrations variables en SiO₂. La chimie des carbonates a été étudiée par Brunette (2017). La carbonatite est l’hôte de la minéralisation en niobium matérialisée par la cristallisation du pyrochlore et de la colombite. La ferro-carbonatite située au centre présente aussi des minéralisations en ETR (Niobec – REE Zone). La minéralisation en Nb est couramment associée à une forte proportion d’apatite, de biotite et/ou de magnétite, dont la géochimie a déjà été étudiée (Desjardins, 2022; Downey, 2011; Vasyukova et Williams-Jones, 2023).

La calcio-carbonatite se distingue par une majorité de grains grossiers équigranulaires de calcite. Des cristaux de pyrochlore peuvent être observés, mais cette unité n’en est pas la plus riche. Elle contient aussi les minéraux accessoires suivants : phlogopite, biotite, feldspath, amphibole, apatite et magnétite (Fortin-Bélanger, 1977). Notamment, cette carbonatite présente une plus forte proportion d'amphiboles et de feldspaths que les autres faciès de carbonatite. Cette carbonatite présente peu de minéralisation comparativement aux autres faciès à Mg et Fe.

La magnésio-carbonatite se distingue par une proportion principale de dolomite grise et la présence d’ankérite. Ce faciès de la carbonatite est le plus riche en Nb (fluorcalciopyrochlore, PM sur figures A, B et C). La minéralisation se présente sous forme de lentilles subverticales allongées qui mesurent quelques millimètres à plusieurs mètres d’épaisseur. La magnésio-carbonatite est à grain fin à moyen. La roche montre une forte hétérogénéité minéralogique et forme des bandes centimétriques à métriques par endroits, ce qui peut suggérer de la déformation (Fortin-Bélanger, 1977). Les minéraux accessoires tels que l’apatite, la biotite et la magnétite forment des litages verticaux d’enrichissement variable (Desjardins, 2022). À l’exception de ces trois minéraux, les minéraux accessoires présents sont : la phlogopite, la pyrite, l'ilménite, l'hématite, la sphalérite, la chlorite, l'amphibole, le quartz, le zircon, la baryte et des minéraux à ETR tels que la bastnäésite et la monazite (Tremblay et al., 2017). Les zones riches en apatite (appelées apatitite par Vasyukova et Williams-Jones, 2023) sont généralement riches en minéraux porteurs de niobium (figures A, B, C et D). À certains endroits, des injections de carbonatite calcique tardive sont observées, mais elles ont une composition différente du faciès de calcio-carbonatite (absence d’amphibole).

La ferro-carbonatite se distingue par une proportion majeure de sidérite. Elle représente la zone la plus évoluée de la carbonatite. La ferro-carbonatite est caractérisée par la présence de minéraux à ETR : aiguilles de bastnäsite autour des carbonates et de la baryte (Néron, 2015). Le centre de la ferro-carbonatite est plus riche en ETR que son pourtour. Il existe aussi des injections tardives de zones riches en ETR (Néron et al., 2018). De nombreuses brèches sont observées avec des clastes de dolomite riches en fer et des auréoles d’ankérite et sidérite (Fournier, 1993; Néron et al., 2018). Les principaux minéraux accessoires sont l'hématite, la baryte, la monazite, l'halite, la pyrite et le quartz (Fournier, 1993; Néron, 2015; Néron et al., 2018).

Carbonatite de Girardville

La carbonatite de Girardville est de couleur beige rosé avec des mégacristaux de feldspaths et d'ilménite. Elle est majoritairement composée de carbonates, spécifiquement de calcite, malgré la présence locale de dolomite. Dans la phase de carbonatite massive, la calcite représente 95 % de la roche avec des cristaux qui semblent orientés en lame mince. Sur les épontes de la carbonatite, il y a de nombreuses enclaves de syénite (couramment entourées de biotite; figure A et C), mais aussi des mégacristaux de feldspath potassique, d’ilménite et de biotite mesurant plusieurs dizaines de centimètres de long ainsi que des cumulats d’apatite (figure B). La biotite, l’apatite et le pyrochlore (minéral à Nb) sont généralement observés ensemble. Les échantillons ayant le plus de biotite et d'apatite ont aussi les plus hautes teneurs en minéraux d’ETR (carbonates non spécifiés).

Les cristaux d’ilménite sont riches en niobium (4740 à 5500 ppm Nb; Saint-Laurent et al., 2023) et présentent par endroits des inclusions de colombite (minéral à Nb) et de monazite (minéral à ETR). Les autres phases minérales accessoires observables sont : la biotite, la strontianite, la baryte, le rutile, l’apatite, l’ilménite, l’hématite, la monazite, le pyrochlore ainsi que différents types de carbonates de terres rares. Dans les faciès les plus altérés de la carbonatite, il est possible de voir des petites veinules à quartz-calcite qui incluent du rutile et de la chlorite. Plus de détails peuvent être trouvés dans les travaux de Saint-Laurent et al. (2023) et de Saint-Laurent (2024).

Carbonatite de Grand Lac Brochet

Cette zone minéralisée est la moins documentée, car l’affleurement est de taille restreinte et peu de travaux y ont été entrepris. Néanmoins, quelques lames minces permettent d’avoir une première vue de la pétrographie de la carbonatite de Grand Lac Brochet. La carbonatite est essentiellement composée de carbonates ainsi que de quelques amas d’apatite par endroits. Dans les cas où il y a présence d’apatite, celle-ci est généralement sous la forme de gros cristaux arrondis (jusqu’à plusieurs millimètres) et orientés. L’apatite semble suivre d’anciens plans de fracture (figure A).

Un échantillon montre une altération hydrothermale qui forme des zones grises. Dans ces zones, il est possible d’observer deux assemblages minéralogiques. Le premier est composé d’une matrice de carbonates (figure B), similaire à celle de la carbonatite non altérée, et la coupe sous la forme d'une veine. Les carbonates semblent très corrodés avec une forte proportion d’oxydes. Ces oxydes sont de nature indéterminée. Dans cet assemblage, il est possible d’observer des apatites disséminées, très allongées et orientées. Dans ce cas-ci, les grains d'apatite ne semblent pas suivre de plans de fracture, mais plutôt l’orientation de la zone altérée. Le deuxième assemblage est aussi en veines, quoiqu'il semble prendre la forme d'un remplissage de cavités par endroits. L’assemblage semble exclusivement constitué de feldspaths (figure C); toutefois, certains cristaux sont de très petite taille et difficiles à identifier. Ce type de cavité montre communément de petits cristaux xénomorphes au centre et de plus grands cristaux automorphes aux épontes. On trouve aussi quelques rares cristaux d'apatite.

Intrusion alcaline de Crevier

La carbonatite de Crevier est principalement constituée de carbonates, tel que de la calcite (>90 %). La plupart des minéraux accessoires sont localisés au niveau de zones de recristallisation. On peut y observer des apatites automorphes à arrondies, avec des petits micas en bordure ou en inclusions, et des oxydes opaques interstitiels de nature inconnue (figure A). Selon les descriptions de Groulier et al. (2014), il s’agirait probablement d’hématite. Le contact entre la carbonatite et la syénite est généralement accompagné de glimmérite, comme discuté plus haut, et a été décrit par Groulier et al. (2014). Dans les zones altérées en glimmérite, les micas sont de grande taille et automorphes. Ils contiennent de nombreuses inclusions de feldspath et de carbonates qu’ils semblent remplacer (figures B et C). À quelques endroits, la carbonatite est en contact direct avec la syénite (contact sans glimmérite). Au contact, les feldspaths semblent corrodés et de petits cristaux de feldspaths sont recristallisés. À plusieurs endroits, les carbonates s’infiltrent dans la syénite, ce qui suggère une mise en place tardive (figure D).

Minéraux d'intérêt

Certains minéraux spécifiques seront étudiés en détail dans cette section. Ces minéraux peuvent être économiques ou en relation directe avec la minéralisation et sont utilisés comme référence pour la compréhension des processus de minéralisation. Un résumé des études ayant réalisé des analyses de géochimie minérale (MEB, microsonde électronique et LA-ICP-MS) est donné dans le tableau ci-dessous.

Apatite : pétrographie et géochimie

Le supergroupe de l’apatite a pour formule structurale générale : ^IXM1₂^VIIM2₃(^IVTO₄)₃X (Z=2), incluant à la fois des phosphates, arséniates, vanadates, sulfates et silicates (Pasero et al., 2010). Parmi les minéraux de ce supergroupe, nous parlerons ici de la définition générique de l’apatite, qui désigne un phosphate de calcium de formule Ca₅(PO₄)₃X, où (X = F, Cl, OH).

Pétrographie des apatites

Dans le Complexe alcalin de Saint-Honoré, deux types d’apatite se distinguent par leur couleur en lumière naturelle : l’apatite blanche (jaunâtre) et l’apatite rouge. Les deux types peuvent être observés ensemble ou séparément dans tous les faciès carbonatitiques de la zone de Saint-Honoré et représentent entre 1 et 25 % de la roche. L’apatite blanche est la plus commune et représente jusqu’à 70 % de la roche dans certains cas (zones appelées parfois apatitite). La cathodoluminescence capte les propriétés optiques et électromagnétiques de certains minéraux afin de faire ressortir leur structure interne et certaines zonations chimiques. Les apatites blanches de Saint-Honoré montrent dans certains cas des zones de variations compositionnelles en cathodoluminescence (figure A), du cœur vers les extrémités. L’apatite blanche peut être observée sous forme de quatre textures : disséminée non orientée, disséminée orientée, en globules et en veines (figure A). La forte concentration d’apatite blanche dans certaines zones de la calcio-carbonatite et magnésio-carbonatite que nous appelons ici veines, et pouvant être mentionnée en tant qu’apatitite dans des études antérieures (Vasyukova and Williams-Jones, 2023). L’apatite rouge, quant à elle, est présente de façon éparse dans les trois types de carbonatite. Elle est toujours présente sous forme de veines tardives et ne présente aucune forme cristalline (Tremblay et al., 2017). Elle n’est jamais observée en association avec d’autres minéraux. L’apatite rouge est par endroits observée en interstices entre les cristaux d'apatite blanche et a été interprétée comme une surcroissance par certains auteurs (Desjardins, 2022). Cette apatite apparait noire en cathodoluminescence.

Dans la carbonatite de Girardville, l’apatite est présente de manière uniforme. Néanmoins, des agglomérations d’apatite se forment localement dans certaines zones telles que les bordures des enclaves de syénite et des mégacristaux (feldspaths, ilménite). Les grains d’apatite sont généralement arrondis et présentent une taille uniforme de 2 à 3 mm. Ils sont aussi régulièrement observés en inclusions à l’intérieur des biotites. Les grains d'apatite présentent des teintes jaunes à vertes en lumière naturelle. La cathodoluminescence révèle généralement une composition homogène avec une petite bordure recristallisée (figure B).

Les apatites de la carbonatite de Grand Lac Brochet sont de taille hétérogène, mais de composition homogène en cathodoluminescence (figure C). L'apatite est visible en grains ou sous forme de veines, les grains étant arrondis et de taille millimétrique.

À Crevier, les apatites se présentent sous différentes formes avec des tailles variables. Elles peuvent aussi exhiber une zonation variable où l’on peut distinguer des domaines cœur-bordure (figure D). Les apatites peuvent faire jusqu’à plusieurs millimètres de long et présentent généralement des zonations. En cathodoluminescence, on peut distinguer un cœur rouge et une bordure verte à bleu-vert, similaire à ce qui est observé à Saint-Honoré (figure A).

Géochimie des apatites

Dans la littérature actuelle, des données en éléments majeurs ont été publiées pour les apatites associées aux carbonatites de Saint-Honoré (Desjardins, 2022), de Girardville (Saint-Laurent, 2024) et de Crevier (Groulier et al., 2020). Pour l’ensemble des zones minéralisées, les apatites sont majoritairement composées de fluor (2,0 et 3,9 %), comparativement au chlore et composé hydroxyle, ce qui en fait des fluorapatites. D’après des analyses au microscope électronique à balayage et à la microsonde électronique, les apatites ont généralement entre 200 et 7500 ppm d’oxydes d’ETR (Desjardins, 2022; Groulier et al., 2020; Saint-Laurent, 2024). Cette étude a permis de mesurer les éléments traces des apatites associées à ces carbonatites pour la première fois (seuls les résultats de Saint-Honoré sont disponibles pour l’instant) et les résultats ont été récemment publiés (Legros et al., 2025), en même temps qu’une nouvelle étude complémentaire des apatites de Saint-Honoré (Vasyukova et al., 2025). Les apatites blanches et rouges de Saint-Honoré ont des contenus élevés en Na, Mg, Si, S, Cl, Cr, Mn, Sr et Y (>100 ppm; figure A). La concentration totale en ETR est de 6000 à 7500 ppm dans l’apatite blanche magmatique et de 750 à 1500 ppm dans l’apatite rouge hydrothermale. Leurs spectres en ETR sont néanmoins très similaires avec un léger enrichissement en ETR légères dans l’apatite blanche (figure B). L’apatite blanche a peu de Nb (<10 ppm) comparé à l’apatite rouge, qui a généralement entre 10 et 50 ppm. De plus, dans l’apatite rouge, la concentration en Nb est corrélée au Ti, K, Cl, V et Lu. En les comparant à celles de la littérature, les compositions en apatite sont typiques des carbonatites (figure C; Belousova et al., 2002) et correspondent très bien aux pôles magmatiques (apatite blanche) et hydrothermaux (apatite rouge) définis par le rapport Sr/Y et la concentration en ETR légères (figure D; O’Sullivan et al., 2020).

Les carbonates : pétrographie et géochimie

Dans le cas des carbonatites, la composition des carbonates est d’une grande importance, car ceux-ci composent >50 % de la roche, intègrent facilement des éléments traces et sont facilement affectés par les épisodes magmatiques et hydrothermaux.

Pétrographie des carbonates

Dans le cas du Complexe alcalin de Saint-Honoré, plusieurs intrusions carbonatitiques ont été définies en fonction de la composition de leurs carbonates. La zone à calcio-carbonatite présente de la calcite massive, la zone à magnésio-carbonatite présente de la calcite mais principalement de la dolomite, et enfin, la zone à ferro-carbonatite présente des textures bréchiques avec essentiellement de la dolomite dont la bordure est composée d’ankérite (Brunette, 2017). En lame mince, la calcite est généralement massive, peu altérée et présente des clivages évidents. Plus rarement, la calcite forme des veines tardives qui fracturent la dolomite. Ces veines ont été interprétées comme hydrothermales. La dolomie, quant à elle, est généralement très altérée et grisâtre en lumière naturelle. Rarement, quelques amas de dolomite tardive sont observés et présentent un aspect moins altéré. L’ankérite s’observe en bordure et en remplacement de la dolomite dans le faciès bréchique de la ferro-carbonatite (Brunette, 2017). Dans la carbonatite de Girardville, plusieurs générations de carbonates se coupent (Saint-Laurent, 2024). En lame mince, il est possible d’observer des cristaux de calcite grossière et allongée associés à des cristaux de calcite plus fins, ainsi que des veines altérées. Une proportion mineure de dolomite est observée (<10 % des carbonates) et se trouve par endroits en association avec des carbonates de terres rares.

Géochimie des carbonates

La géochimie des carbonates a été étudiée par Brunette (2017) dans le cas du Complexe alcalin de Saint-Honoré, et par Saint-Laurent (2024) dans le cas de la carbonatite de Girardville. Pour le Complexe alcalin de Saint-Honoré, les éléments majeurs des carbonates ont été mesurés pour les trois types de carbonatite (Brunette, 2017). Dans la calcio-carbonatite, les carbonates ont >50 % de CaO et <1 % de MgO et FeO (calcites). Ces compositions se trouvent aussi dans la magnésio-carbonatite. Néanmoins, la majorité des carbonates ont entre 14 et 28 % de MgO, 27 à 41 % de CaO et jusqu’à 12 % de FeO (dolomites ferromagnésiennes). Les carbonates de la ferro-carbonatite ont des compositions similaires et en moyenne plus élevées en FeO (ankérite) (Brunette, 2017). La carbonatite de Girardville montre deux compositions principales de carbonates (Saint-Laurent, 2024). Un groupe majoritaire montre >50 % de CaO (calcites) de manière similaire à la calcio-carbonatite de Saint-Honoré. L’autre groupe montre des carbonates avec des compositions en MgO à ~15 % et des teneurs en FeO à ~10 % (dolomites ferromagnésiennes). Dans la carbonatite de Girardville, il existe aussi des carbonates de terres rares. Ceux-ci ont été identifiés qualitativement au MEB, mais leur composition n’a pas été mesurée avec précision (Saint-Laurent, 2024).

Seule le Complexe alcalin de Saint-Honoré a fait l’objet d’une étude approfondie des carbonates, où la composition en éléments traces a été mesurée par Brunette (2017) (figure A). Dans la calcio-carbonatite, la calcite est très enrichie en Sr (>10 000 ppm) et terres rares légères, tandis que la calcite hydrothermale tardive est plus pauvre. Dans la magnésio-carbonatite (la plus minéralisée), la calcite et la dolomite non altérées sont également enrichies en Sr et en terres rares. La dolomite altérée, elle, présente des teneurs appauvries en Sr (200 ppm) et relativement riches en terres rares dues à la présence de nombreuses inclusions de minéraux de terres rares. Dans la ferro-carbonatite (riche en bastnäésite), la dolomite présente des teneurs relativement enrichies en Sr (1000 ppm), mais très appauvries en terres rares (Brunette, 2017) (figure B).

Les pyrochlores et colombites : pétrographie et géochimie

Le supergroupe du pyrochlore a pour formule structurale générale : A_2-mB₂X_6-wY_1-n, où m, w et n sont des sites vacants (Atencio et al., 2010). Parmi les minéraux de ce supergroupe existent quatre sous-groupes majeurs, soit : le pyrochlore (B = Nb, X=O), le microlite (B = Ta, X=O), la roméite (B = Sb, X=O) et l’elsmoreite (B = W, X=O). Il existe actuellement 31 espèces minérales dans ce supergroupe (Atencio, 2021).

Le supergroupe de la colombite est composé de cinq sous-groupes de minéraux : ixiolite, wolframite, samarskite, colombite et wodginite (Chukanov et al., 2023). Le sous-groupe de la colombite-tantalite a pour formule générale (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆.

Pétrographie des pyrochlores et colombites

Les pyrochlores ont été décrits en détail dans le cas des carbonatite de Saint-Honoré et de Girardville ainsi que de la zone de Crevier. Néanmoins, dans le cas de Crevier, la carbonatite n’est pas la lithologie principale porteuse de la minéralisation à Nb. La majorité des pyrochlores de Crevier ont été analysés dans la syénite néphélinique pegmatitique associée à la carbonatite. La colombite a uniquement été décrite à Saint-Honoré.

À Saint-Honoré, le pyrochlore et la colombite sont disséminés dans les carbonates et les zones riches en apatite. Notamment, la proportion de pyrochlore augmente exponentiellement avec l’abondance d’apatite et de micas, allant jusqu’à 15 % dans les veines d’apatite (Desjardins, 2022; Tremblay, 2017, Vasyukova et Williams Jones, 2023). Leur taille est hétérogène, variant de 10 à 1000 µm. La plupart des grains sont automorphes à subautomorphes avec une teinte brune en lumière naturelle. Une zonation des grains est observable par endroits, ainsi que des inclusions d’apatite blanche qui semblent avoir cristallisé de façon synchrone (Desjardins, 2022). La colombite s’observe aussi en association avec l’apatite et présente généralement des inclusions de carbonates et fluorite. Plus particulièrement, elle semble prédominante à proximité des veines tardives d’apatite rouge (Tremblay, 2017). La colombite est communément observée en produit d’altération des pyrochlores. D’autres types d’altérations sont observés dans les pyrochlores : la résorption des cœurs, l’altération le long de fractures et la formation de zones claires avec ou sans inclusions (Vasyukova et Williams Jones, 2023). À Girardville, les pyrochlores sont localisés dans les zones riches en biotite de la carbonatite, généralement au contact micacé avec les enclaves de syénite et associés à des amas d’apatite (Saint-Laurent, 2024). Les grains sont généralement automorphes, allant de 100 à 500 µm. Ils sont zonés, dans bien des cas métamictes et présentent des fractures. La métamictisation est prédominante au cœur des grains. À Crevier, les pyrochlores forment deux groupes : les pyrochlores magmatiques très zonés et les pyrochlores secondaires et altérés. L’étude de Groulier et al. (2020) s’est concentrée sur les pyrochlores magmatiques. Ces derniers sont principalement observés dans les pegmatites de syénite néphélinique, même si la carbonatite en contient quelques-uns. Les pyrochlores observés dans la carbonatite mesurent généralement <10 µm et sont très métamictes, alors que les pyrochlores des pegmatites font >100 µm et sont bien formés (Groulier et al., 2020). Les grains sont localisés le long des néphélines et albites, en association avec des apatites et des ilménites.

Géochimie des pyrochlores et colombites

À Saint-Honoré, les pyrochlores (figure A) sont principalement classés comme des calciopyrochlores, et quelques pyrochlores localisés dans les veines d’apatite sont classés en tant que kenopyrochlores (Vasyukova et Williams Jones, 2023) (figure B). D’après cette même étude, il existe deux grands types de pyrochlore à Saint-Honoré, tous faciès confondus. Le premier type de pyrochlore est caractérisé par des compositions riches mais variables en Ta, U, Sr, Fe, REE, Th et Zr et un appauvrissement en F, Ca et Na. Le deuxième type est de composition homogène, riche en F, Ca et Na avec des teneurs en Ta, U, Sr, Ba, Fe, Si, Th, Cl et Zr basses à nulles (Vasyukova et Williams Jones, 2023) (figure C). Les pyrochlores et les colombites ont des concentrations similaires en A, Si, K, Zr, Ta et Hf. Néanmoins, les pyrochlores ont des concentrations beaucoup plus élevées en Th, alors que les colombites sont plus riches en U et V (Tremblay, 2017). Au niveau des ETR, les éléments de terres rares légères sont plus abondants dans les pyrochlores, alors que les teneurs en éléments de terres rares lourdes et en Y sont plus élevées dans les colombites (Tremblay, 2017).

À Girardville, deux types de pyrochlore ont pu être différenciés grâce à leur composition en éléments majeurs : des fluornatropyrochlores et des fluorcalciopyrochlores, quoique leurs compositions respectives diffèrent peu (figure B). Les compositions se situent à la limite entre les deux compositions minérales (Saint-Laurent, 2024). Les pyrochlores de Girardville ont des compositions intermédiaires entre les pyrochlores de Saint-Honoré et de Crevier. À Crevier, les pyrochlores magmatiques ont des compositions allant de natropyrochlores à calciopyrochlores, similairement à la carbonatite de Girardville (Groulier et al., 2020) (figure B). Les compositions sont plus variables que pour la carbonatite de Girardville, mais cela pourrait être attribuable à un plus grand échantillonnage. Les compositions des pyrochlores des trois zones minéralisées montrent des tendances similaires, mais dans différentes gammes de valeurs. Ces tendances apparaissent clairement dans le diagramme Nb (apfu) vs Ta (apfu) (figure C). Il y a une tendance horizontale où la variation des teneurs en Nb n’est pas associée à une variation de la teneur en Ta. Cette tendance est particulièrement observée à Saint-Honoré et à Crevier. Cette tendance est associée à une augmentation de la teneur en Ti. L’autre tendance est associée à une variation importante en Ta et à des compositions subhomogènes en Nb. Cette deuxième tendance est observée pour les pyrochlores des trois zones minéralisées. Elle est associée à une augmentation de sites lacunaires, et donc à la possibilité d’intégrer plus d’éléments traces, dont les ETR. Les ETR ont été mesurés dans le cas des pyrochlores de Saint-Honoré et retournent des valeurs entre 6000 et 8500 ppm (Tremblay, 2017).

Géochronologie des carbonatites et roches associées

Afin de déterminer les modèles de mise en place des systèmes carbonatitiques de la zone Waswanipi-Saguenay, il est important de les contextualiser dans le temps. Dans les sections précédentes, nous avons détaillé le nom des unités présentes dans notre zone d’étude à l’aide d’une table récapitulant les âges des unités tels que recensés dans le SIGÉOM (section « Géologie régionale »).

État des connaissances

La carte ci-joint a été réalisée à partir des données du SIGÉOM. Elle permet de visualiser les roches de la zone d’étude par gammes d’âges. Les zones grisées représentent des unités dont l’âge est encore inconnu dans la base de données. Au centre de la carte, nous pouvons observer deux grands ensembles de roches qui sont en association avec les carbonatites de notre étude. Tout d’abord, les unités apparentées à la Suite anorthositique de Lac-Saint-Jean (AMCG) ainsi que quelques plutons felsiques illustrés en violet, d’âge Adirondien (1180-1080 Ma). Ensuite, les unités désignées par le jaune, l'orange ou le marron qui correspondent à de nombreuses intrusions mises en place au Grenville tardif jusqu'au Grenville précoce (1080-985 Ma). Ces unités sont similaires aux formations adirondiennes, mais sont essentiellement constituées d’intrusions felsiques avec une faible proportion d’intrusions de type AMCG. Autour de ces unités, se trouvent principalement des roches plus anciennes de 1180 à 1600 Ma.

Peu de roches post-grenvilliennes sont identifiées dans cette zone d'étude et pourtant, elles représentent la majorité des roches hôtes de la minéralisation à Nb-ETR. À ce jour, des âges existent pour les zones minéralisées de Saint-Honoré, de Girardville et de Crevier. Ces âges sont publiés dans le SIGÉOM ainsi que dans des articles scientifiques, et ceux-ci sont résumés dans le tableau ci-dessous. Le gisement de Saint-Honoré est, de loin, la plus étudiée d’un point de vue géochronologique. Cet intérêt est lié à son potentiel économique (présence de la mine Niobec) mais aussi à la facilité d’échantillonnage (forages et galeries de la mine). D’autre part, il est déjà reconnu, par des relations de recoupement, que le gisement de Saint-Honoré est composé d’au moins quatre intrusions, dont trois carbonatites et une syénite. À ce jour, seule la carbonatite a été datée avec un âge post-grenvillien et celle-ci est associée au Néoprotérozoïque tardif. Aucune distinction d'âge n’a été faite entre les trois sous-unités de la carbonatite. À Saint-Honoré, une large empreinte hydrothermale a été identifiée et la distinction des âges magmatiques et hydrothermaux a été faite dans cette étude (voir section suivante). La zone minéralisée de Girardville a été récemment datée par une équipe du Ministère. La carbonatite n’a pas permis de datation, mais le syénogranite associé a donné un âge adirondien et une remobilisation à ~ 1054 Ma durant le Grenville précoce (David, 2023). La carbonatite de Girardville représente un vrai défi de datation, mais des dates seront disponibles prochainement. Le gîte de Crevier a fait l’objet d’un projet d'étude en collaboration avec le Ministère, ce qui a donné lieu à des datations (Groulier et al., 2020). Deux âges ont pu être déterminés : ceux de la carbonatite et de la syénite néphélinique, toutes les deux post-grenvilliennes et associées au Néoprotérozoïque précoce.

Datation de la carbonatite de Saint-Honoré

Cette étude utilise l’apatite comme géochronomètre afin de déterminer les étapes magmatiques et hydrothermales de mise en place du Complexe alcalin de Saint-Honoré et de sa minéralisation, car l’apatite est couramment associée aux pyrochlores.

Deux méthodes de datation sont utilisées ici : U-Pb et Lu-Hf in situ dans les apatites par ablation laser ICP-MS/MS, à l’UQAC et à l’Université d’Adélaïde, respectivement (Legros et al., 2025). La datation par mesure du système U-Pb est la plus classique et permet couramment d’obtenir l’âge de cristallisation du minéral. Néanmoins, dans le cas de l’apatite, le système isotopique U-Pb peut s'ouvrir à nouveau à des températures de >350-570 °C (Chew et Spikings, 2021). Ceci implique que, si un évènement post-cristallisation dépasse ces températures, les ratios U-Pb vont être affectés et l’âge calculé sera erroné. Dans ce cas, la méthode Lu-Hf qui est plus complexe et moins répandue, est préférée. Le système isotopique Lu-Hf serait résistant jusqu'à des températures de 660 à 730 °C (Glorie et al., 2024). La première zone minéralisée étudiée est le gisement de Saint-Honoré. À Saint-Honoré, deux types d’apatite sont identifiés : une apatite blanche magmatique et une apatite rouge hydrothermale.

L’apatite blanche contient <2 ppm U en moyenne, ce qui est très peu. Dans notre cas, la faible concentration en uranium entraine une large incertitude sur l’âge calculé : 577 ±14 Ma (MSWD = 0.97; figure A). Cet âge est similaire à l’âge calculé avec la méthode Lu-Hf : 580 ±13 Ma (MSWD = 1.1; figure B), ce qui confirme qu’il s’agit bien de l’âge de cristallisation. Cet âge représente celui de l’épisode magmatique mettant en place le Complexe alcalin de Saint-Honoré. D’autres publications ont trouvé un âge similaire : Ar-Ar sur les phlogopites de la carbonatite (578.3 ±3,5 Ma, McCausland et al., 2019) et U-Pb des baddeleyites de lamprophyres alentour (580 ±1 Ma, McCausland et al., 2019). L’évènement magmatique est donc bien contraint à ~580 Ma. D’après les travaux de doctorat de Nils Van Weelderen (en cours à l’UQAC), l’âge de la carbonatite de Shipshaw serait un peu plus jeune que celui du Complexe alcalin de Saint-Honoré et celle-ci pourrait en être une extension tardive et plus évoluée. L’apatite rouge à Saint-Honoré est plus riche en uranium et contient jusqu’à 13 ppm U. Néanmoins, lors du calcul de l’âge, il parait clair que cette hausse en uranium est aussi liée à un évènement qui a modifié les rapports isotopiques en plomb. L’intercepte supérieur est anormalement haut et l’âge est beaucoup trop jeune : 506.3 ±9.1 Ma (MSWD = 0.86). Après réflexion, il est très probable que la diffusion du plomb dans la structure de l’apatite rouge soit due à son aspect cryptocristallin. La structure cryptocristalline entraine la migration de l’isotope ²²²Rn, produit intermédiaire de la chaine de désintégration radioactive de l’isotope ²³⁸U, affectant le produit final de l’isotope ²⁰⁶Pb (Romer, 2001). Par conséquent, cet âge n’a aucune signification géologique.

La méthode Lu-Hf est nécessaire pour déterminer l’âge de cristallisation de l’apatite rouge, car ce système n’est pas affecté par la structure cryptocristalline du minéral. Le calcul a permis de déterminer un âge de 564 ±16 Ma (MSWD = 1.4; figure C). Cet âge représente l’âge de l’évènement hydrothermal à Saint-Honoré. Cet évènement est corrélé à deux autres études ayant calculé des âges similaires : Rb-Sr des phlogopites de la carbonatite (564 ±8 Ma, Kamenetsky et al., 2015), K-Ar sur roche totale de la carbonatite (564 ±4 Ma, Doig et Barton Jr., 1968). Ces deux systèmes ont clairement été affectés par le fluide hydrothermal et ont été remobilisés pour refléter l’âge du fluide et non celui de la cristallisation initiale du minéral.

Discussion et conclusions

Processus de mise en place des carbonatites

Toutes les carbonatites de la région d’étude montrent deux phases associées à des processus magmatiques et hydrothermaux. L’épisode hydrothermal fait suite à la phase magmatique et se distingue par la précipitation de nouvelles phases minérales et la possible modification de la signature géochimique des phases magmatiques préexistantes. La phase magmatique est responsable de la mise en place d'une grande part de l'assemblage minéralogique des carbonatites, et se compose de carbonates, de micas, d'apatite et de pyrochlore. L’ensemble de ces minéraux sont remobilisés par l’épisode hydrothermal mais ceux-ci peuvent conserver leur signature magmatique, permettant de déterminer des traceurs de chaque épisode. Notamment, les deux signatures ont pu être observées dans l’apatite, les carbonates et les pyrochlores (Legros et al., 2025; Saint-Laurent, 2024; Groulier et al., 2020).

Lors de la phase magmatique, l’apatite se distingue par des valeurs élevées en Sr et basses en Y, mais aussi par les teneurs suivantes : Ba < 60 ppm, Mn entre 50 et 1000 ppm, Th > U, V < 40 ppm, Zr < 15 ppm, Nb < 7 ppm, Rb < 1,5 ppm et LREE > HREE (Legros et al., 2025; voir figure), conformément à ce qui est connu pour les apatites magmatiques associées aux carbonatites (Chakhmouradian et al., 2017). À Saint-Honoré, l’apatite est en association directe avec le pyrochlore non altéré et délimite couramment les zones les plus enrichies. L’étude des carbonates a été moins approfondie que celle des apatites, mais une tendance similaire s’observe avec des teneurs en Sr élevées et des rapports LREE > HREE (Brunette, 2017; voir figure). Ces éléments pourraient devenir des marqueurs permettant d’identifier les zones les plus saines de la carbonatite, où le pyrochlore (principal minéral porteur de Nb) est le plus présent et le mieux conservé.

Quelques modèles de mise en place des carbonatites de la zone d’étude ont été publiés. Le modèle de Saint-Honoré a été intégré dans une étude sur la mise en place des carbonatites à l’échelle mondiale (Vasyukova et Williams Jones, 2022). Cette étude souligne un magma carbonatitique, issu d’un manteau carbonaté, qui se met en place en de multiples injections étant donné sa faible viscosité. Ce magma carbonatitique métasomatise les roches environnantes lors de sa mise en place. Le métasomatisme augmente le Na du magma jusqu’à permettre l’assimilation du Si dans la carbonatite. Ceci engendre la formation d’un magma silicaté alcalin par consommation de la carbonatite. Une fois la phase de métasomatisme terminée, ce processus s’arrête et la carbonatite cristallise par épisodes successifs dans les roches alcalines silicatées produites (Vasyukova et Williams Jones, 2022). Un autre modèle établi dans le cadre d'une thèse propose des processus similaires incluant la cristallisation fractionnée et l'échange de Si avec les roches alcalines voisines (Desjardins, 2020). Dans ce travail de thèse, l'auteur propose aussi que la baisse de température du magma, associée à la hausse de concentration de la silice serait responsable de la précipitation des apatites magmatiques (Desjardins, 2022). À Girardville, l'unique modèle existant propose que le dyke de carbonatite se soit mis en place par plusieurs injections de magma dans l'intrusion alcaline, entrainant la bréchification, le démembrement et l'assimilation de la pegmatite à feldspaths alcalins et la formation d'une « bouillie de cristaux » (Saint-Laurent, 2024). À Crevier, le modèle suivant a été proposé pour la mise en place de la carbonatite : 1) mise en place d’un magma mantellique de type ijolite/urtite; 2) fractionnement du magma initial et formation d’une syénite néphélinique à carbonates, et 3) immiscibilité des liquides carbonatitiques et silicatés (Groulier et al., 2020). Durant la phase hydrothermale, plusieurs nouvelles phases minéralogiques cristallisent. La baryte, la halite, les sulfures, l’apatite rouge et l’hématite sont les principales (Legros et al., 2025). Il est donc clair que le ou les fluide(s) responsable(s) de la phase hydrothermale sont particulièrement enrichis en Ba, S, Cl et Fe. Le fluide responsable de l’épisode hydrothermal est interprété comme un mélange de fluides magmatique et externe dans le cas de Saint-Honoré. L’apatite hydrothermale de Saint-Honoré se distingue notamment de l’apatite magmatique par une augmentation de la concentration en Ba (jusque 100 ppm), de Nb > 10 ppm, d'une teneur en Cl élevée (285-1,015 ppm) et de teneurs en LREE ≈ HREE (Legros et al., 2025; voir figure). Le soufre pourrait être issu d'un fluide sulfaté magmatique (Anenburg et al., 2020a) ou du lessivage de sulfures présents dans les couches sédimentaires avoisinantes (Legros et al., 2025). De la même façon, le Fe et le Ba auraient pu être exsolvés avec le fluide magmatique, ou être issus du lessivage de la carbonatite. La teneur élevée en Nb reflète notamment l’altération du pyrochlore magmatique, ce qui conduit à la formation de colombite en bordure du pyrochlore. Cette colombite est notamment plus riche en U que le pyrochlore, tout comme l’apatite rouge est plus riche en U que l’apatite magmatique. Ceci soulève la question à savoir si les anomalies radiométriques, très utilisées en exploration dans ces contextes, permettent de bien tracer les carbonatites ou les fluides qui leur sont associés.

Mise en place de la minéralisation à Nb-ETR

La minéralisation associée aux carbonatites de la zone d’étude est très variable, aussi bien au niveau de la quantité de minéralisation observée que de la roche ou du minéral hôte. La mise en place des minéralisations à ETR dans les carbonatite est plus documentée que les processus menant aux minéralisations à Nb.

Enrichissement en Nb

Il est important de noter que les magmas carbonatitiques ne contiennent initialement que quelques centaines de ppm de Nb (Williams-Jones et Vasyukova, 2022). Il est donc nécessaire d’avoir des processus de concentration très efficaces afin de mettre en place la minéralisation en Nb, sous la forme de pyrochlore dans notre cas. Les mécanismes de mise en place des pyrochlores ont été discutés pour Saint-Honoré et Crevier. À Saint-Honoré, le Nb est contenu essentiellement dans le pyrochlore. Deux types de pyrochlores sont identifiés, associés à des poches d’apatite, biotite et magnétite-biotite, dans la carbonatite. La première génération de pyrochlore est issue d’un magma carbonatitique très évolué, saturé en pyrochlore et riche en éléments incompatibles tels que U, Ta, Th et Zr (Vasyukova et Williams Jones, 2023). Elle cristallise suite à la cristallisation de l'apatite, faisant baisser la teneur en fluor du magma, et donc la solubilité du Nb (Desjardins, 2022). La deuxième génération fait suite à l’exsolution du fluide magmatique. L’exsolution d’éléments tels que U, Sr, Ba, Fe, ETR et Cl permettent la cristallisation de pyrochlores riches en fluor. Trois processus majeurs menant à la minéralisation sont identifiés à Saint-Honoré : l’altération métasomatique des roches environnantes par le magma, la cristallisation de la calcite et l’exsolution du fluide magmatique (Vasyukova et Williams Jones, 2023). À Girardville, les auteurs proposent au contraire que le pyrochlore est un des premiers minéraux à cristalliser (Saint-Laurent, 2024). À Crevier, deux générations de pyrochlores sont aussi observées mais leur précipitation est reliée à la cristallisation fractionnée et l’immiscibilité des magmas. La première génération est liée à la cristallisation de la fluorapatite lors de la ségrégation du magma carbonatitique, entrainant une baisse de la fugacité du fluor du magma et la cristallisation de pyrochlores riches en Ta. La seconde génération précipite spécifiquement dans la syénite néphélinique, à la suite de la séparation totale des magmas carbonatitiques et silicatés (Groulier et al., 2020).

Enrichissement en ETR

Les minéralisations en ETR sont très variables. La zone à ETR de Saint-Honoré est localisée au centre du gisement, dans la ferro-carbonatite (carbonatite la plus tardive du gisement) et contient, avec la carbonatite de Shipshaw, la plus haute concentration en ETR. Ces deux zones minéralisées atteignent entre 15000 et 20000 ppm ETR dans les zones les plus riches. Les autres zones minéralisées ont des teneurs plus faibles, allant de 1500 à 5000 ppm ETR dans les zones les plus riches (voir les fiches de zones minéralisées du SIGÉOM). À Crevier, bien que la minéralisation en Nb soit principalement identifiée dans la pegmatite syénitique, les minéralisations en ETR sont localisées dans les dykes de carbonatite. À Saint-Honoré, l’enrichissement en ETR est relié à la ferro-carbonatite tardive et possiblement à l’épisode hydrothermal. L’enrichissement est notamment matérialisé par la cristallisation de bastnäésite (Néron et al., 2018). Des études antérieures ont montré que des fluides riches en éléments alcalins (Na et K), sulfates et halogènes (Cl et F) favorisent la mise en solution des ETR et permettent leur redistribution dans les carbonatites (Cangelosi et al., 2019; Zheng et al., 2021). À Saint-Honoré, les auteurs suggèrent que ces fluides ont permis de dissoudre les phases minérales magmatiques riches en ETR (p. ex. apatite) afin de précipiter des bastnäsites et monazites dans la ferro-carbonatite (Néron et al., 2018). Notamment, un enrichissement en ETR lourdes dans les apatites peut être relié à une haute concentration en Si, ce qui influence leur séquestration (Anenburg et al., 2020b). L’étude de Vasyukova et Williams-Jones (2023) portant sur la chimie des pyrochlores de Saint-Honoré apppuie le modèle d’exsolution d’un fluide magmatique carbonatitique riche en H₂O, Cl, Fe, U, Sr et ETR.

Chronologie et logique régionale

D’après l’organisation régionale des zones minéralisées à Nb-ETR reliées aux carbonatites, il parait évident qu’il existe une logique à l’alignement de ces zones. Cet alignement correspond notamment au couloir Waswanipi-Saguenay, ce qui suggère un contrôle structural permettant la remontée de ces magmas carbonatitiques (voir figure). De plus, l’Intrusion de Crevier est elle-même allongée suivant l’orientation de ce linéament (voir figure). Néanmoins, ces magmas se sont mis en place à des périodes chronologiques très distinctes, ce qui complique la compréhension du modèle régional. À l’Adirondien, se met en place le syénogranite associé à la carbonatite de Girardville à ~ 1096 Ma. Néanmoins, les carbonatites sont généralement plus jeunes que les roches alcalines qui leur sont associées. Il se pourrait donc que la carbonatite de Girardville se soit mise en place à ~1057 Ma lors de la remobilisation du syénogranite. Puis, aucune carbonatite ne se met en place pendant la période grenvillienne. Au Néoprotérozoïque précoce, se met en place le gîte de Crevier avec les roches alcalines à ~ 957 Ma, et ensuite la carbonatiteà ~ 934 Ma. Enfin, au Néoprotérozoïque tardif, nous avons la mise en place des carbonatites de Saint-Honoré à ~580 Ma et un peu plus tard, celle de Shipshaw (résultats à venir, thèse de Nils Van Weelderen), qui sont les plus enrichies de la région. Considérant qu’il s'écoule ∼100 Ma entre chaque épisode, il est difficile de corréler les évènements et trouver leur logique, notamment dans des contextes géodynamiques différents. Une chose est certaine, si ces zones minéralisées sont effectivement liées au linéament du couloir Waswanipi-Saguenay, celui-ci est un linéament très profond qui date de >1100 Ma.

Tableau récapitulatif

À retenir pour les prochains travaux

Cette étude, associée aux études précédemment publiées, permet de mettre en avant pour la première fois les points communs et les différences des carbonatites minéralisées de la zone Waswanipi-Saguenay. Notamment, plusieurs points sont importants à noter pour les prochains travaux de recherche et d'exploration, soit :

• Les carbonatites montrent une mise en place en deux temps : un épisode magmatique et un épisode hydrothermal dont les chimies sont différentes;
• L'épisode magmatique met en place la minéralisation à Nb sous la forme de plusieurs générations de pyrochlore qui ont des enrichissements en Ta différents;
• L'évènement hydrothermal est riche en U et en ETR légères;
• L'évènement hydrothermal remobilise le niobium et permet dans certains cas la formation de colombite;
• Malgré un agencement spatial le long du linéament Waswanipi-Saguenay, les carbonatites sont décorrélées dans le temps.

Pour l'exploration plus spécifiquement, plusieurs traceurs se distinguent : une anomalie magnétique négative, une anomalie radiométrique élevée, le linéament Waswanipi-Saguenay, l'association à des massifs alcalins, des poches d'apatite et de fortes teneurs en S, Ba et Fe.

Le lien entre les carbonatites et les intrusions alcalines associées est encore discuté, et une prochaine publication s'intéressera à la mobilité du Nb et des ETR lors de leur interaction.

Collaborateurs

Remerciements

Ce Bulletin métallogénique est le fruit de la collaboration de nombreuses personnes qui ont activement pris part aux différentes étapes de la réalisation du projet. Nous tenons à remercier les étudiants Nils VanWeelderen et Charles Saint-Laurent ainsi que les chercheurs Sarah Dare, Paul Bédard et Michael Higgins pour des discussions géologiques très productives. Nous remercions aussi Dany Savard pour son aide dans le laboratoire d'analyse de l'UQAC. Nous remercions aussi Abdelali Moukhsil, Mhamed El Bourki et Maxym-Karl Hamel-Hébert pour leur aide sur le terrain et cette belle découverte du Grenville et de sa géologie.

Références

Publications du gouvernement du Québec

Autres publications

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