Thèse Présentée À
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THÈSE PRÉSENTÉE À L’UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COMME EXIGENCE PARTIELLE DU DOCTORAT EN SCIENCES DE LA TERRE ET DE L'ATMOSPHÈRE PAR JÉRÔME AUGUSTIN ÉTUDE DES MINÉRALISATIONS AURIFÈRES DU DISTRICT DE MANA, BURKINA FASO. ÉVOLUTION HYDROTHERMALE D’UN SYSTÈME AURIFÈRE ET CONTRAINTES TECTONO-MÉTAMORPHIQUES DÉCEMBRE 2017 i RÉSUMÉ L'Afrique de l'Ouest est désormais un acteur majeur dans la production d'or mondial avec de nombreux gisements d'or encaissés dans les ceintures de roches vertes du Paléoprotérozoïque. Cependant, ces ceintures ne sont encore que peu explorées et leur formation ainsi que leur évolution durant l'orogénèse Éburnéenne restent incertaines. Le district de Mana est situé dans la partie nord de la ceinture de roches vertes de Houndé d'âge Birimien (2,2-2,0 Ga), dans la partie ouest du Burkina Faso. C'est un district de classe mondiale qui contient 5 gisements aurifères orogéniques pour un total de ~8 Moz. Plusieurs typologies de minéralisation ont été identifiées dans différentes roches hôtes en lien avec des déformations polyphasées. Ce projet de recherche visait à déterminer l'évolution structurale, hydrothermale et l'origine de la source de l'or du district de Mana dans le but de guider les travaux d'exploration à l'échelle locale et régionale et potentiellement dans le reste de l'Afrique de l'Ouest. Pour mener à bien ce projet, les caractéristiques stratigraphiques et structurales ainsi que les minéralisations ont été étudiées aux échelles locale et régionale. L'étude de la colonne lithostratigraphique couplée aux données de géophysiques et de géochronologies ont permis d'identifier trois groupes stratigraphiques distincts (le Birimien inférieur, le Birimien supérieur et le type Tarkwaïen) sous des conditions métamorphiques du faciès des schistes verts. Le Birimien inférieur (< 2172 Ma) est composé de roches basaltiques en alternance avec des roches volcano-sédimentaires qui contiennent des niveaux de shales noirs riches en pyrites diagénétiques et d'une séquence calco-alcaline andésitique dans sa partie sommitale. Les études lithogéochimiques sur les basaltes ont permis de définir une affinité tholéiitique avec une mise en place en contexte de plateau océanique en lien avec une plume mantellique. Ce type de basaltes a le potentiel d'être pré- enrichi en or, tout comme les pyrites diagénétiques dans les niveaux de shales noirs. Ces unités sont interprétées comme la source principale de l'or à l'échelle du district. Les groupes du Birimien supérieur (2172-2113 Ma) et du type Tarkwaïen (~2113 Ma) sont associés à des bassins sédimentaires et leur contribution comme source primaire de l'or est considérée comme très limitée. L'histoire structurale du district de Mana a enregistré des déformations polyphasées. La première déformation D1MD opère durant l'évènement Éoéburnéen (~2172 Ma) et développe des plis isoclinaux F1MD et des failles inverses qui affectent le Birimien inférieur durant la mise en place pré- à syn-tectonique des granodiorites de bordures. La sédimentation du Birimien supérieur (2172-2113 Ma) suit une période d'extension (D2MD) ii avec la formation du bassin de Mana et à la fin, des bassins clastiques de type Tarkwaïen. La déformation D3MD marque l'évolution vers un régime transpressif de direction E-W à WNW-ESE durant l'évènement Éburnéen (~2113-2090 Ma). Cette déformation replisse les plis F1MD pour former des plis F3MD et développe des zones cisaillement dextre. La déformation majeure D4MD réactive les failles majeures et forme des plis F4MD suivant un régime transpressif de direction NNW-SSE en lien avec la mise en place du pluton dioritique de Kokoï. La déformation tardive D5MD est liée à une compression N-S qui forme des clivages de crénulation, des failles inverses et des fractures. Cette déformation pourrait être aussi jeune que ~2022 Ma. L'étude des minéralisations aurifères révèle que l'activité hydrothermale du district de Mana était polyphasée et caractérisée par 4 pulses en lien avec deux systèmes hydrothermaux ayant des sources distinctes. Le premier pulse hydrothermal est généré pendant la déformation D1MD et est enregistré dans les gisements de Fofina et Siou en lien avec des minéralisations sous forme de veines de quartz et de pyrites disséminés. L'étude au LA- ICP-MS des éléments traces dans les pyrites permet de déduire la présence d'un fluide métamorphique (As, Ni, Cu, Ag, Sb, W, Au et Pb) à Fofina et d'un fluide magmatique (Au, Ag, Bi, Te, W ± Sb) à Siou. Le deuxième pulse hydrothermal est documenté dans le gisement de Nyafé durant la déformation D3MD et se manifeste par des veinules à sulfures formant des stockwerks. Les pyrites de Nyafé se caractérisent par la présence de couronnes riches en Au-As formées durant la précipitation des arsénopyrites. Le troisième pulse hydrothermal s'est produit pendant la déformation D4MD, et correspond à la formation d'une silicification massive et de sulfures (pyrite et arsénopyrite) dans les gisements de Wona- Kona et Yaho. Tout comme à Nyafé, les couronnes en Au-As sont présentes sur les pyrites dans les deux gisements. Ces pyrites zonées (Nyafé, Wona-Kona, Yaho) sont interprétées comme étant les produits d'un même système hydrothermal, dont la source des fluides et de l'or provient du métamorphisme du Birimien inférieur et plus particulièrement des shales noirs (pyrite diagénétique) et possiblement des basaltes tholéiitiques. Le dernier épisode hydrothermal se déroule durant la fin de la déformation D4MD ou durant D5MD en lien avec la formation d'or libre dans des fractures tardives aux gisements de Wona-Kona et Siou. L'étude du district de Mana démontre une histoire métallogénique et tectonique polyphasée qui a permis de produire des gisements aurifères économiques. De nouveaux outils d'exploration pour les gisements aurifères orogéniques, incluant en outre des diagrammes binaires (chimie des basaltes et des pyrites), ont été développés afin d'estimer rapidement la fertilité aurifère d'une ceinture de roches vertes. iii REMERCIEMENTS Je tiens à montrer toute ma gratitude envers mon directeur Damien Gaboury pour m’avoir proposé le projet de thèse. Il a su me donner la chance d’étudier les gisements d’or orogéniques en Afrique de l’Ouest et me guider depuis ma maîtrise jusqu’à la fin de ce doctorat. Je lui suis reconnaissant de m’avoir inculqué sa passion pour la géologie économique ainsi que la rigueur nécessaire à la recherche scientifique. Je tiens également à remercier la compagnie SEMAFO Inc. pour avoir rendu possible ce projet de recherche par sa contribution financière, son appui logistique et l’accès à l’ensemble des données non-publiées. Je remercie plus particulièrement Michel Crevier, Vice-Président Exploration et Géologie minière qui a su me donner ma chance dans cette longue aventure au pays des hommes intègres et qui m’a permis de développer mes talents professionnels. Je remercie également les vieux routards de l’exploration Richard Roy, David Lalonde, Denis Boisvert (maintenant à Endeavour Mining), Donald Trudel (maintenant à IAMGOLD), Dofinta Bondé et Faustin Yameogo pour les longues journées de terrain et de discussions géologiques autour d’une bonne Beaufort. Mes sincères remerciements à tous les membres de l’équipe d’exploration de Mana Minéral S.A. pour leur accueil et pour avoir partagé leur expérience avec moi. Plus particulièrement, je remercie Apollinaire Sawadogo, Moussa Semdé, Sayouba Kaboré, Issa Zoungrana, Idrissa Kaboré, Tall Mamoudou et bien sur la géomatique Fatima Hassani, Colette Kongobo, Abdelhak Nouaseri, Sylvestre Ilboudo. Un merci supplémentaire pour mes acolytes de terrain et de bureau de Burkina Géoservices SARL., Lucas Brião Koth et Sliman Machroh avec qui j’ai partagé des moments épiques et philosophiques. Je remercie également mes collègues de la mine de Mana Frédéric Paré, Nicolas Boucher, Alexandre Aubin et Olivier Fusco. Je tiens à remercier chacun des membres de mon jury Réal Daigneault, Benoit Dubé et Pierre A. Cousineau qui ont accepté de réviser mon manuscrit. iv Un grand merci à Dany Savard du Labmater de l’UQAC, Olivier Bruguier de l’Université de Montpellier ainsi que Natacha Fournier de IOS Géoservices pour les traitements et les analyses géochimiques. Je remercie l’ensemble du personnel de l’unité d’enseignement en Sciences de la Terre de l’UQAC ainsi que les étudiants du bac et du REDIST. On a bien rigolé durant ces années. J’ai bien sur une pensée pour mes amis Lucas, Charley, Dominique, Édouard, Rémi, Ossman, Renato, Bruna et Arnaud et les autres que je n’oublie pas. Merci pour le soutien et les soirées. Je voudrais remercier ma famille qui m’a soutenu tout au long de ma thèse, et plus particulièrement mes parents et ma sœur qui m’ont donné le goût de l’effort et de m’avoir inculqué qu’il faut se battre dans la vie pour réussir. Ma plus belle découverte reste ma fiancée Laurie qui m’a soutenu tout au long de mon doctorat et avec qui je vais pouvoir réaliser mes rêves. v TABLE DES MATIÈRES RÉSUMÉ _______________________________________________________________ i REMERCIEMENTS _____________________________________________________ iii TABLE DES MATIÈRES __________________________________________________ v LISTE DES FIGURES ___________________________________________________ ix LISTE DES TABLEAUX ________________________________________________ xiv LISTE DES ANNEXES __________________________________________________ xvi CHAPITRE 1 - Introduction _______________________________________________ 1 1.1 Problématique générale __________________________________________________ 2 1.1.1