Interactions entre les carbonatites et les roches silicatées de la zone Waswanipi–Saguenay, Province de Grenville, Québec, Canada : impact sur les processus de minéralisation en Nb-ETR

 

L’Essentiel

Les carbonatites constituent l’un des principaux hôtes naturels des éléments des terres rares (ETR) et du niobium (Nb), des métaux critiques pour les technologies modernes. Si leur potentiel métallogénique est largement reconnu, les processus précis menant à l’enrichissement économique en Nb et ETR demeurent complexes et multifactoriels. Parmi ceux-ci, les interactions entre les magmas carbonatitiques et les lithologies silicatées encaissantes ou associées (syénite, gneiss, pyroxénite, etc.) jouent un rôle largement sous-estimé dans la genèse, la concentration et la redistribution de ces éléments. Ces interactions, tant magmatiques qu’hydrothermales, se traduisent par des processus physiques (bréchification, assimilation), chimiques (fénitisation, métasomatisme, hydrothermalisme) et minéralogiques qui influencent fortement la géométrie et la nature des zones minéralisées. Ce Bulletin métallogénique propose d’évaluer l’impact de ces interactions sur les processus de minéralisation en Nb et ETR à travers l’étude de cinq complexes alcalins représentatifs de la Province de Grenville, soit : Crevier, Grand Lac Brochet, Saint-Honoré, Terres Rompues et Girardville. L’approche repose sur une combinaison d’observations de terrain, d’analyses pétrographiques, géochimiques (éléments majeurs et traces) et de microanalyses minéralogiques, notamment par LA-ICP-MS sur biotite, afin de mieux comprendre les signatures métallogéniques liées aux différents types d’interactions.

Introduction : problématique et objectifs

Les roches silicatées peralcalines sont communes dans la Province de Grenville. Néanmoins, peu d’entre elles sont minéralisées. Dans le couloir Waswanipi–Saguenay, leur association aux carbonatites est couramment reliée à l’identification de minéralisations en Nb et ETR. Cette association n’est pas spécifique à la Province de Grenville. La section suivante fait état des connaissances actuelles sur les processus de minéralisation de ces roches et l’impact de leur interaction avec des carbonatites pour favoriser la création de gisements.

Problématiques liées aux massifs alcalins et à leurs minéralisations

Les roches alcalines sont définies par un enrichissement en Na₂O et K₂O comparativement au contenu en SiO₂, exprimé par l’abondance de minéraux riches en Na et K. Elles peuvent être saturées ou sous-saturées en silice. Dans ces roches, les feldspathoïdes sont courants et les minéraux ferromagnésiens sont typiquement dominés par des amphiboles et pyroxènes sodiques tels que l’arfvedsonite et l’aegyrine (Salvi et al., 2005; Sorensen, 1986). Spécifiquement, les roches silicatées felsiques alcalines sont appelées peralcalines et sont définies par une concentration de Na₂O+K₂O > Al₂O₃. Les roches peralcalines sont naturellement enrichies en éléments des terres rares (ETR), ainsi qu’en U, Th, Zr, Nb, Ta et halogènes (Cl et F), ce qui en fait des cibles pour l’exploration des métaux rares.

Minéralisations dans les complexes silicatés peralcalins

Les complexes ignés peralcalins sont connus pour être l’hôte de minéralisations en ETR et représentent notamment la plus grande ressource économique en ETR lourdes et en Y (Dostal, 2017). Les roches de ces massifs minéralisés vont de roches sous-saturées de type syénite néphélinique à des roches plus évoluées de types granites peralcalins (Groulier et al., 2020; Su et al., 2023). Deux gisements majeurs à ETR sont notamment présents au Québec : Kipawa (SW de la Province du Grenville) et Strange Lake (Province de Churchill). Les principaux minéraux d’ETR observés dans ces contextes sont la bastnäsite, l’eudialyte, la loparite, la gittinsite, le xenotime, la monazite, le zircon et la fergusonite (Dostal, 2017). Certains de ces minéraux sont riches en ETR légers (p. ex. monazite et bastnäsite), alors que d’autres sont riches en ETR lourds (p. ex. xénotime). Une liste plus exhaustive de minéraux d’ETR peut être trouvée dans Salvi et al. (2005).

Le processus principal d’enrichissement des ETR dans ces magmas alcalins est lié à la cristallisation fractionnée, car ces éléments sont incompatibles dans le manteau. D’autre part, la présence d’éléments fluents (élément permettant l’augmentation de la concentration en H₂O dans le magma) tels que le F permet une cristallisation très longue et la formation de magmas très évolués, donc plus enrichis (Halter et Webster, 2004; Walter et al., 2021). La concentration importante d’éléments halogènes (tel que le F) indique que la source mantelliques des roches ignées alcalines associées aux minéralisations en ETR présentait de l’amphibole et/ou de la phlogopite; des auteurs suggèrent que la source ultime des ETR est probablement l’un de ces deux minéraux (Chakhmouradian et Zaitsev, 2012). Certains auteurs ont aussi permis de mettre en avant par des calculs expérimentaux que l’immiscibilité, si présente, serait un facteur de pré-enrichissement des ETR et contribuerait à la cristallisation de minéraux économiques riches en ETR (Luo et al., 2024).

Ces complexes sont aussi connus pour être associés à des minéralisations en Nb, soit dans des roches sous-saturées de type ijolite, ou dans des roches sursaturées peralcalines syénitiques à granitiques (Mitchell, 2015). Les minéraux porteurs de Nb sont principalement le pyrochlore et la colombite, mais aussi dans certains cas l’ilmenorutile, la aeschynite, la latrappite et la loparite (Ma et al., 2024). Une liste plus exhaustive est présente dans Williams-Jones et Vasyukova (2023). Au Québec, quelques rares occurrences de minéralisations en Nb présentes dans des roches alcalines sont actuellement étudiées (p. ex. Crevier [Groulier et al., 2014]). De manière générale, les minéralisations en Nb dans ces systèmes sont peu étudiées, car les minéralisations en ETR associées représentent la minéralisation d’intérêt économique (Williams-Jones et Vasyukova, 2023).

La diversité des espèces minéralisées en Nb est interprétée comme le reflet des divers modes de mise en place impliquant différentes chimies magmatiques et hydrothermales (Liu et al., 2020; She et al., 2021). Certaines études ont notamment montré expérimentalement que certaines espèces, comme le pyrochlore et la colombite, étaient dépendantes des teneurs en H₂O, Na et F dans le magma parent (Mitchell et Kjarsgaard, 2004). De manière similaire aux ETR, des processus de cristallisation fractionnée et d’immiscibilité avec un magma carbonaté sont aussi interprétés comme étant favorables à l’enrichissement en Nb (Groulier et al., 2020; Williams-Jones et Vasyukova, 2023), mais l’hydrothermalisme n’est pas interprété comme un mécanisme de surenrichissement tardif (Williams-Jones et Vasyukova, 2023).

Bien que les massifs alcalins seuls puissent être minéralisés, une forte proportion d’entre eux sont en directe association avec des roches carbonatées telles que des carbonatites, qui peuvent être elles aussi minéralisées (comme c’est le cas dans le couloir Waswanipi–Saguenay). Les processus contrôlant l’association de ces roches à des minéralisations en Nb, en ETR, ou les deux, est toujours peu contrainte (She et al., 2021). Les auteurs privilégient une combinaison de processus magmatiques et hydrothermaux (Dostal, 2016; Salvi et al., 2005; She et al., 2021).

Lien entre carbonatites et roches peralcalines

Les magmas parents de ces complexes alcalins et des carbonatites associées sont dérivés de la fusion partielle de magmas mantelliques (Dostal, 2017; Yaxley et al., 2022) dans des contextes anorogéniques intraplaques, et sont liés à des zones d’extension et des rifts (Richardson et Birkett, 1996). Certains auteurs suggèrent notamment que ces deux types de roches seraient issus d’un magma parent commun. Dans ce cadre, l’étude d’inclusions magmatiques tend à suggérer une séparation des deux magmas par un processus d’immiscibilité (Berndt et Klemme, 2022), alors que d’autres auteurs suggèrent que le magma carbonatitique est issu de la cristallisation fractionnée de magmas silicatés sous-saturés (Cooper et al., 2011). Dans les deux scénarios, les auteurs s’accordent sur une source mantellique pré-enrichie par des processus métasomatiques qui seraient à l’origine de la concentration du Zr, Nb, Y (high-field strength elements [HFSE] » et ETR dans le magma parent (Pilet et al., 2008).

L’association spatiale de ces deux types de roches, et notamment leur interaction, n’est pas encore bien définie (Mitchell, 2015). Cette interaction est marquée par plusieurs réactions observables à l’échelle de l’affleurement (Anenburg et Walters, 2024). Tout d’abord, la fénitisation, qui correspond à la migration de fluides alcalins issus de la carbonatite vers les roches silicatées augmente leur contenu en Na et K (Elliott et al., 2018). À l’inverse, la formation d’antiskarns est possible, et ces derniers correspondent à la contamination du magma carbonaté par des fluides silicatés externes (Su et al., 2023). D’autre part, la jonction entre les deux types de roches est aussi couramment soulignée par un halo micacé. Ce halo, peu diffus, peut mesurer moins d’un centimètre à plusieurs mètres d’épaisseur et former des glimmérites (roches contenant >75 % de micas noirs, communément appelées biotitites ou phlogopitites [Xie et al., 2023]). L’origine des glimmérite est encore discutée. Certains auteurs invoquent un processus de formation magmatique, notamment par la séparation de magmas immiscibles (O’Brien et al., 2015; Xie et al., 2023), alors que d’autres proposent un métasomatisme alcalin associé à l’exsolution de fluides lors du refroidissement des magmas alcalins (Elliott et al., 2018), la contamination de la carbonatite par des fluides silicatés (Anenburg et Walters, 2024), ou encore l’assimilation de roches silicatées par le magma carbonatitique afin de former des roches alcalines ultramafiques (Vasyukova et Williams-Jones, 2022). Certaines études démontrent aussi que les glimmérites peuvent être pré-enrichies en métaux rares, mais aussi être enrichies à nouveau pour atteindre jusqu’à 15 fois la concentration initiale en ETR lors de certains stades métasomatiques tardifs (Yang et al., 2025).

La remobilisation et le surenrichissement des métaux rares sont des processus hydrothermaux tardifs dans ces systèmes (Dostal, 2017). Ce processus entraîne la cristallisation de minéraux économiques secondaires (Verplanck et al., 2014). Les fluides associés à ces systèmes sont majoritairement interprétés comme étant d’origine magmatique plutôt qu’un fluide crustal externe (Dostal, 2017) et permettent la cristallisation de nouveaux minéraux économiques, notamment par la dissolution et la reprécipitation de calcite et apatite (Ying et al., 2020).

Problématique régionale

Les massifs alcalins sont l’hôte de nombreux gisements à métaux rares dans le monde, notamment à métaux critiques tels que les éléments des terres rares (ETR), le niobium (Nb) et le tantale (Ta) (Dostal, 2017; Groulier et al., 2020), des ressources stratégiques pour le Québec dans le cadre du Plan québécois pour la valorisation des minéraux critiques et stratégiques 2020-2025.

Au Québec, de nombreux massifs alcalins sont connus pour être très riches en ETR, notamment : Kipawa (Richard et Carrier, 2008), Strange Lake (Collins et al., 2014), le Complexe alcalin de Saint-Honoré (Néron et al., 2018) et l’Intrusion alcaline de Crevier (Groulier et al., 2020). Dans le couloir Waswanipi–Saguenay, dans la partie centrale de la Province de Grenville, l’enrichissement en Nb et ETR des massifs alcalins est spécifiquement relié à leur association spatiale avec des carbonatites, ce qui suggère que leur interaction est nécessaire à la minéralisation.

Une série de processus d’interaction ont déjà été observés de manière systématique dans l’ensemble des sites étudiés (Legros et al., 2024; voir figure). Parmi ces processus, on note la bréchification (p. ex. Saint-Honoré), l’assimilation de xénolites syénitiques par les magmas carbonatitiques (p. ex. Saint-Honoré et Girardville), la fénitisation (métasomatisme sodique et/ou potassique) affectant les roches encaissantes (p. ex. Girardville et Grand Lac Brochet), et la formation de roches hybrides au contact des carbonatites, telles que des glimmérites, apatitites et phoscorites (p. ex. Shipshaw, Saint-Honoré et Crevier).

Ainsi, l’étude détaillée de l’association spatiale entre les carbonatites et les roches silicatées constitue une étape clé pour contraindre les mécanismes magmatiques et métasomatiques de concentration du Nb et des ETR et, par extension, pour développer un modèle métallogénique régional pour le couloir Waswanipi–Saguenay.

Objectifs de cette étude

Ce projet s’inscrit dans la continuité du Bulletin métallogénique de Legros et al. (2025), intitulé BM 2024-02 – Caractérisation des carbonatites à Nb-ETR de la zone Waswanipi–Saguenay, Province de Grenville, Québec, Canada. Il vise à approfondir la compréhension des processus magmatiques, métasomatiques et hydrothermaux liés aux roches alcalines en association avec les carbonatites et ainsi définir si leur interaction est responsable de la formation des minéralisations en niobium (Nb) et éléments des terres rares (ETR) au sein du couloir Waswanipi–Saguenay, situé dans la partie centrale de la Province de Grenville.

Cette étude porte plus particulièrement sur cinq complexes alcalins-carbonatitiques, soit : Saint-Honoré (mine Niobec), Shipshaw (appelé Terres Rompues), ainsi que les carbonatites de Girardville, Grand Lac Brochet et Crevier (d’est en ouest; voir figure). Ces localités constituent des exemples représentatifs de la diversité pétrologique, structurale et métallogénique des systèmes alcalins-carbonatitiques à Nb-ETR grenvilliens, et offrent un cadre comparatif pour comprendre les processus évolutifs contrôlant leur minéralisation.

L’objectif général de l’étude est de documenter les interactions entre les carbonatites et les roches alcalines silicatées et d’évaluer l’impact de ces interactions sur les mécanismes de concentration du Nb et des ETR. Cette approche intégrée combine des observations pétrographiques, des analyses géochimiques et minéralogiques, ainsi qu’une synthèse des données isotopiques disponibles.

Les objectifs spécifiques du rapport sont les suivants :

1. Caractériser les roches silicatées associées aux carbonatites, incluant les granites, syénites, pyroxénites et glimmérites, afin de préciser leur rôle dans l’évolution magmatique et métasomatique des complexes;
2. Documenter la nature et l’intensité des interactions entre les magmas carbonatitiques et silicatés, à partir d’observations pétrographiques, texturales et minéralogiques;
3. Interpréter la géochimie des roches totales (éléments majeurs et traces) afin de contraindre les processus de différenciation, d’immiscibilité ou de contamination crustale;
4. Utiliser la géochimie minérale des micas comme traceur des processus magmatiques et hydrothermaux;
5. Compiler et comparer les données de géochimie isotopique afin d’évaluer la nature des sources mantelliques et crustales impliquées;
6. Discuter des implications métallogéniques pour la prospection régionale de ce type de minéralisation en Nb-ETR dans la Province de Grenville.

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.

Travaux antérieurs dans la région d’étude

Auteur(s)	Type de travaux	Contribution
Moukhsil et El Bourki 2024	Synthèse	Géologie et métallogénie
Moukhsil et El Bourki 2021; El Bourki et Moukhsil, 2022	Cartographie à l’échelle 1/85 000	Travaux de cartographie détaillée
Moukhsil et El Bourki 2023; Legros et al., 2024	Bulletin métallogénique	Synthèse des minéralisations en Nb-ETR de la Province de Grenville et caractérisation des minéralisations associées aux carbonatites
Desjardins, 2022; Néron et al., 2018; Tremblay et al., 2017; Vasyukova et Williams-Jones 2023; Legros et al., 2025; Vasyukova et al., 2025	Études du gisement de Saint-Honoré	Études géochimiques, pétrographiques et isotopiques
Block et al., 2011	Étude de la zone minéralisée de Shipshaw	Études géochimiques et pétrographiques
Saint-Laurent et al., 2023, Saint-Laurent 2024	Étude de la zone minéralisée de Girardville	Études géochimiques et pétrographiques
Groulier et al., 2014, 2020	Étude de la zone minéralisée de Crevier	Études géochimiques, pétrographiques et isotopiques

Contexte géologique

La Province de Grenville forme l’extrémité sud du Bouclier canadien et représente le produit d’une évolution orogénique polyphasée s’échelonnant du Paléoprotérozoïque tardif au Mésoprotérozoïque (Gower et Krogh, 2002; Rivers et al., 2012). Son histoire illustre la transition progressive d’une marge active d’accrétion tectonique, caractérisée par la formation et l’accrétion successive d’arcs le long de la bordure SE du craton Laurentia, vers un orogène continental vaste, chaud et de longue durée (Large Hot Orogen; Beaumont et al., 2006; Rivers, 2008). Entre ∼1900 et 1080 Ma, cette marge a connu plusieurs épisodes d’accrétion et de construction crustale successifs, notamment les orogènes prélabradorien, labradorien, wakamien, pinwarien, elsonien, elzévirien et adirondien, qui ont conduit à un épaississement progressif de la croûte continentale du craton laurentien (Gower et Krogh, 2002; Hynes et Rivers, 2010; Rivers, 2008, 2012; Swanson-Hysell et al., 2023). La phase culminante de cette évolution s’est produite à la fin du Mésoprotérozoïque et au début du Néoprotérozoïque, entre 1080 et 980 Ma, soit lors de la fermeture d’un bassin océanique et de la collision majeure entre le continent Laurentia et un autre bloc continental (potentiellement Amazonia), événement ayant mené à l’amalgamation du supercontinent Rodinia (Rivers, 1997, 2008, 2012; Rivers et al., 1989, 2012; Swanson-Hysell et al., 2023; Indares, 2024). Cet épisode a construit l’orogène grenvillien, large de ∼350 km et long de >2000 km, et caractérisé par un fluage crustal canalisé en profondeur, un métamorphisme régional de haut grade, puis un effondrement gravitaire prolongé et finalement d’un refroidissement postcollisionnel (Culshaw et al., 1991; Martigole et Reynolds, 1997; Beaumont et al., 2006; Tohver et al., 2006; Rivers et al., 2012; Schneider et al., 2013).

Sur le plan tectonométamorphique, la Province de Grenville se subdivise en deux grands ensembles distincts (Rivers et al., 2012; voir figure). Le domaine parautochtone, situé au nord, est constitué de gneiss archéens et paléoprotérozoïques appartenant au socle de Laurentia, lesquels ont été remobilisés, déformés et métamorphisés au cours de l’orogenèse grenvillienne. Plus au sud, le domaine allochtone regroupe un empilement de nappes de charriage composées de complexes gneissiques, d’unités supracrustales métasédimentaires et de volumineuses intrusions anorthositiques, charnockitiques et granitiques (Rivers et al., 2012).

Les secteurs étudiés dans le cadre de ce projet se situent au sein du domaine allochtone, dans la portion québécoise de la Province de Grenville, plus précisément à l’intérieur du couloir Waswanipi–Saguenay (Moorhead et al., 1999, Hébert et Daigneault, 2004; Groulier et al., 2014, 2020), une zone caractérisée par un alignement de complexes alcalins-carbonatitiques, de suites syénitiques différenciées et de zones métasomatiques associées.

Pour une description plus détaillée du contexte géologique régional, le lecteur est invité à consulter la fiche stratigraphique du Ministère de la Province de Grenville ainsi que la publication de Legros et al. (2024).

Description des unités silicatées et processus d’interaction avec les carbonatites

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

Complexe alcalin de Saint-Honoré (mine Niobec)

À venir.

Zones minéralisées de Shipshaw (Terres rompues et Terres Rompues – SE)

À venir.

Carbonatite de Girardville

À venir.

Carbonatite de Grand Lac Brochet

À venir.

Intrusion alcaline de Crevier

À venir.

Géochimie des roches alcalines – roches felsiques

Cette section vise à compiler les données d’analyses de roche totale faites sur les roches felsiques minéralisées du couloir Waswanipi–Saguenay.

Géochimie minérale – les micas

Dans cette section, une étude de géochimie minérale sera décrite avec des mesures d’analyse LA-ICP-MS sur les micas des carbonatites, des roches felsiques associées et leurs zones d’interaction, s’il y a lieu.

Géochimie isotopique

Cette section fait état des données isotopiques non radiogéniques de la littérature afin de discuter des sources des magmas de ces systèmes.

Discussion

À venir.

Implications pour l’exploration

À venir.

Conclusion

À venir.

À retenir pour les prochains travaux d’exploration

À venir.

Collaborateurs

Auteurs	Hélène Legros, géo. stag., Ph. D. helene.legros@mrnf.gouv.qc.ca Anne-Marie Beauchamp, géo., M. Sc. anne-marie.beauchamp@mrnf.gouv.qc.ca
Géochimie	Olivier Lamarche, géo., M. Sc.
Géophysique	Rachid Intissar, géo., M. Sc.
Évaluation de potentiel	Virginie Daubois, géo., M. Sc.
Logistique	Marie Dussault, coordonnatrice
Géomatique	Sylvie Tétreault Kathleen O’Brien
Conformité du gabarit et du contenu	François Leclerc, géo., Ph. D.
Accompagnement /mentorat et lecture critique	Fabien Solgadi, géo., Ph. D.
Organisme	Direction générale de Géologie Québec, Ministère des Ressources naturelles et des Forêts, Gouvernement du Québec

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 Nils VanWeelderen et Charles Saint-Laurent ainsi que les professeurs Sarah Dare, Paul Bédard et Michael Higgins pour des discussions géologiques très productives. Nous remercions aussi Dany Savard et Audrey Lavoie pour leur 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