Résumé - GeoRessources

Résumé
Les principaux gisements d’uranium connus du Niger (Arlit, Akouta et Imouraren) sont tous localisés dans
le bassin de Tim Mersoï, à l’Est de la faille d’Arlit. Les gisements d’Arlit et d’Akouta sont encaissés dans
des formations Carbonifères et présentent une minéralisation à uranium essentiellement réduite, alors que le
gisement d’Imouraren est contenu dans une formation d’âge Jurassique sous forme de minéralisation
uranifère majoritairement oxydée avec quelques poches de minéralisation réduite. La découverte de
nouvelles concentrations d’uranium à l’ouest de la faille d’Arlit et les différences entre les gisements dans le
Carbonifère et le Jurassique, ont encouragé une réévaluation des modèles métallogéniques antérieurs.
L’objectif est de déterminer si les différentes minéralisations uranifères ont été formées durant un même
évènement diagénétique/hydrothermal en lien avec un épisode géotectonique majeur à l’échelle du bassin,
ou si celles-ci sont polyphasées dans le temps, afin de proposer un modèle métallogénique global.
Une approche multi-technique regroupant une étude détaillée de la diagenèse, des circulations de fluides, de
la microdéformation, de la minéralisation, de la géochronologie et de la géothermométrie, a été appliquée
afin de retracer l’histoire d’enfouissement du bassin et d’appréhender le plus clairement possible les
conditions de dépôt des oxydes d’uranium.
L’histoire diagénétique des formations Carbonifère et Jurassique du bassin de Tim Mersoï commence
d’abord par la formation précoce de pyrites framboïdales et en épigénie des tissus végétaux datées par Re-Os
à 301,6 ±1,9 Ma, et par la formation de ciment de dolomite précoce. Quand la compaction a débuté, les
quartz commencent à être jointifs jusqu’à l’apparition progressive de contacts concavo-convexes, de
surcroissances de quartz bien développées et de microstylolites. Proche de l’enfouissement maximal, dans
tous les gisements, des chlorites ferrifères diagénétiques se développent et sont synchrones des derniers
stades de silicification. L’étude systématique des associations minérales de tous les gisements montre que
les associations les plus courantes sont quartz > chlorite + pyrite dans les grès du Carbonifère, et quartz >
chlorite + albite + analcime II dans les grès du Jurassique. Dans les échantillons riches en chlorite des trois
gisements étudiés, l’uraninite a été retrouvée déposée sur les chlorites et en ciment autour des surcroissances
de quartz.
Lors de la télogenèse (inversion tectonique), l’infiltration de fluide riche en K, favorise la néoformation des
illites et illite/smectites au détriment de la chlorite ou de la kaolinite. De(s) épisode(s) d'oxydation ultérieure
interviennent avec la formation en abondance d’oxy-hydroxydes de fer en ciment intergranulaire. Enfin, des
processus supergènes, ont favorisé des séries de remaniements et de précipitations des minéraux secondaires
d'U, de Cu, de V depuis 21 Ma jusqu’à vers 3-1,6 Ma.
Les âges isotopiques U-Pb antérieurs, complétés par les nouveaux âges U-Pb obtenus sur les oxydes
d’uranium des trois gisements, et l’âge Re-Os de la chalcocite contemporaine de l’uraninite pour le cas
d’Imouraren, ont clairement mis en évidence deux phases principales de minéralisation uranifère :
(i) un épisode diagénétique/hydrothermal principal entre 100 et 125 Ma au cours duquel on précipite
les minéraux primaires d’uranium et de cuivre (uraninite et chalcocite) en milieu réduit dans des conditions
proches de l’enfouissement maximal, qui est relié aux périodes de rift atlantique au Crétacé. Les conditions
P-T du bassin juste avant le dépôt des oxydes d’U, ont pu être estimées à partir des études paléo-géo-barothermométriques sur l’assemblage quartz-chlorite (inclusions fluides et minéralogie des chlorites) à 115-150
°C et 80-120 bars respectivement, et sont remarquablement similaires dans toutes les formations du
Carbonifère au Jurassique. Ces températures, supérieures de 60 à 80 °C à celles estimées à l'enfouissement
maximal, indiquent un déséquilibre thermique entre un fluide entrant et les aquifères. Le modèle proposé est
la circulation de fluides chauds et salés (jusqu’à 22 % eq. NaCl) par un système de convection au niveau de
la faille d’Arlit durant le rifting de l’Atlantique au Crétacé, et leur infiltration dans les différents aquifères
(formations Carbonifère et Jurassique), ceci conduisant au dépôt de l’uranium dans les formations
perméables et riches en matière organique et en sulfures.
(ii) une série de remaniement des minéraux primaires en milieu oxydant pour former des minéraux
secondaires d’uranium, de vanadium et de cuivre (uranophane, métatyuyamunite et chrysocolle) en
conditions supergènes liée à l’exhumation des séries depuis 50 Ma, lors des grandes phases d’oxydation
connues en Afrique de l’ouest.
Mots-clés : uranium, fluide, diagenèse, paléo-géo-thermo-barométrie, géochronologie
Membres du jury:
Rapporteurs
Michel GUIRAUD
Jocelyn BARBARAND
Directeur de thèse
Michel CATHELINEAU
Examinateurs
Michel CUNEY
Pierre FORBES
Franck BOURDELLE
Moussa KONATE
Marie-Christine BOIRON
Invité
Marc BROUAND
Professeur, Université de Bourgogne, Dijon
Professeur, Université de Paris Sud, Paris
Directeur de Recherche CNRS, UMR 7359 GeoRessources, Nancy
Directeur de Recherche émérite CNRS, UMR 7359 GeoRessources
Docteur, Directeur Waste Development Solution AREVA, Paris
Maître de conférences, Université de Lille
Maître de conférences, Université Abdou Moumouni, Niamey
Chargée de Recherche CNRS, UMR 7359 GeoRessources, Nancy
Docteur, Expert minéralogiste AREVA, Paris