par Buelens, Pierre 
Président du jury Mattielli, Nadine
Promoteur Debaille, Vinciane
Co-Promoteur Decrée, Sophie
Publication Non publié, 2025-01-24
Président du jury Mattielli, Nadine
Promoteur Debaille, Vinciane
Co-Promoteur Decrée, Sophie
Publication Non publié, 2025-01-24
Thèse de doctorat
| Résumé : | La demande croissante en matières premières induite par l’essor de la transition énergétique, des nouvelles technologies et de la croissance démographique mondiale encourage à réévaluer les réserves connues, et à prospecter de nouveaux gîtes. Les phosphates et les terres rares font partie de la liste des matières premières que la Commission Européenne estime critiques pour assurer un futur durable. Plusieurs environnements magmatiques sont déjà connus pour potentiellement abriter des ressources en phosphate et terres rares. En particulier, des complexes intrusifs intermédiaires arborent des occurrences de minéralisation riche en fer, titane et phosphore, toutefois les dépôts issus de cet environnement n’ont à ce jour été que peu étudiés, si bien que de nombreuses questions subsistent, notamment quant à leurs modes de formation. Cette thèse de doctorat se penche en détail sur les dépôts Fe-Ti-P associés à un magmatisme intermédiaire, en prenant comme étude de cas le Complexe Plutonique de Larvik, dans le Rift Permien d’Oslo (Norvège). Ce complexe large de 50 kilomètres est constitué d’une succession d’intrusions monzonitiques, qui accueillent plusieurs poches de minéralisation Fe-Ti-P. L’occurrence la plus significative de cette minéralisation se trouve à proximité du village de Kodal, où la minéralisation s’étend sur près de 2 kilomètres de fines lentilles subverticales. La minéralisation massive est dominée par un assemblage de titanomagnétite, ilménite et apatite, et le potentiel du dépôt en phosphates et terres rares est concentré dans cette dernière phase. Cette thèse vise spécifiquement à étudier la minéralisation et les roches syénomonzonitiques du Complexe Plutonique de Larvik par le biais de leur pétrologie, leur minéralogie et leur géochimie, tant sur roche totale que in-situ sur apatite.Les analyses pétrologiques et géochimiques élémentaires et ratios isotopiques en Sr, Nd et Hf ont montré que l’ensemble des roches étudiées dans le Complexe Plutonique de Larvik provenaient de magmas d’une même et unique source qui n’ont pas subi de contamination crustale lors de leur mise en place. Toutes les monzonites étudiées possèdent des compositions et proportions minéralogiques semblables, mais montrent des variations en éléments en traces qui indiquant un degré de fractionnement supérieur aux alentours du dépôt Fe-Ti-P de Kodal. Ces roches au degré de fractionnement plus élevé correspondent à une intrusion indépendante au sein du Complexe Plutonique de Larvik qui a cristallisé en parallèle des plutons principaux, par itérations de mélanges de magma. Une étude approfondie de l’apatite des différentes lithologies dans cette même zone d’étude indique que des quatre générations successives d’apatite observées, les deux générations dominantes sont strictement magmatiques, et ont conservé leurs compositions élémentaires et isotopiques du Sr primaires. Leurs compositions en éléments en traces témoignent d’une distribution à la suite d’une immiscibilité d’un magma silicaté, qui a été rendue possible par le degré de fractionnement supérieur du magma résiduel de la région autour du dépôt de Kodal. Les deux melts conjugués, respectivement riches en Fe et Si, ont cristallisé séparément. Le liquide riche en fer a cristallisé la minéralisation Fe-Ti-P de Kodal par épisodes successifs de cristallisation fractionnée, de compositions graduellement plus riches en minéraux Fe-Ti-P. Les terres rares ont préférentiellement été incorporées dans l’apatite abondante de la minéralisation massive, aboutissant à des compositions plus élevées à l’échelle de la roche. De nombreux indicateurs minéralogiques ou géochimiques témoignent de processus post-cristallisations ayant affecté la minéralisation et les monzonites, en ce compris les générations tardi-magmatique et hydrothermale d’apatite, associées à une fluctuation des isotopes de l’oxygène. Ces variations sont surtout reliées à la mise en place postérieure d’une intrusion de syénite à proximité de la minéralisation de Kodal, qui a généré une circulation de fluides hydrothermaux lors de sa cristallisation. Cette thèse de doctorat a déchiffré les sources et processus impliqués lors de la formation de la minéralisation Fe-Ti-P(-REE) de Kodal au sein du Complexe Plutonique de Larvik, et les résultats de cette étude visent à permettre une meilleure compréhension de dépôts Fe-Ti-P associé à du plutonisme intermédiaire à travers le monde. |
| The growing demand for raw materials driven by the energy transition, new technologies and global population growth is prompting a reassessment of known reserves and the prospecting of new deposits. Phosphates and rare earth elements (REE) are among the raw materials that the European Commission considers critical for ensuring a sustainable future. Several magmatic environments are already known to potentially host phosphate and REE resources. In particular, intermediate intrusive complexes in some instances display occurrences of mineralization rich in iron, titanium and phosphorus, but deposits from this geological setting environment have been little studied to date, leaving many questions unanswered, notably regarding their modes of formation. This doctoral thesis addresses in detail the Fe-Ti-P deposits associated with intermediate magmatism, using the Larvik Plutonic Complex in the Permian Oslo Rift (Norway) as a case-study. This 50-km wide complex consists of a succession of monzonitic intrusions, hosting several Fe-Ti-P mineralized bodies. The most significant mineralized occurrence is located near the village of Kodal, where mineralization extends over nearly 2 km of thin subvertical lenses. The massive mineralization is dominated by an assemblage of titanomagnetite, ilmenite and apatite, with the latter concentrating the potential for phosphates and REE. This thesis aims specifically to study the mineralization and syenomonzonitic rocks of the Larvik Plutonic Complex through their petrology, mineralogy and geochemistry, both on bulk rock and in-situ on apatite.Elemental petrological and geochemical analyses and Sr, Nd and Hf isotope ratios have shown that all the rocks studied in the Larvik Plutonic Complex were derived from magmas from a single source that did not undergo crustal contamination during emplacement. All the monzonite plutons studied have similar mineralogical compositions and proportions, but show variations in trace elements that indicate a higher degree of fractionation around the Kodal Fe-Ti-P deposit. These higher fractionated rocks correspond to a separate intrusion within the Larvik Plutonic Complex, which crystallized in parallel to the main plutons sequence, through iterations of magma mixing. A detailed study of the apatite in the different lithologies in this same study area indicates that, of the four successive generations of apatite observed, the two dominant generations are early magmatic, and have retained their primary elemental and Sr isotope compositions. Their trace element compositions testify to a distribution following immiscibility of a silicate magma, which was made possible by the higher degree of fractionation of the residual magma in the region around the Kodal deposit. The two conjugated melts, Fe-rich and Si-rich respectively, evolved and crystallized separately. The iron-rich liquid crystallized the Fe-Ti-P mineralization at Kodal in successive episodes of fractional crystallization, with compositions gradually richer in Fe-Ti-P minerals. Rare earth elements were preferentially partitioned in the abundant apatite of the massive mineralization, resulting in higher bulk rock REE compositions. Numerous mineralogical and geochemical indicators testify to post-crystallization processes affecting mineralization and monzonite, including late-magmatic and hydrothermal generations of apatite, associated with fluctuating oxygen isotopes. These variations are mostly linked to the later emplacement of a syenite intrusion close to the Kodal mineralization, which generated a circulation of hydrothermal fluids during its crystallization. This PhD thesis decipheres the sources and processes involved in the formation of the Kodal Fe-Ti-P(-REE) mineralization within the Larvik Plutonic Complex, and the results of this study aim to provide a better understanding of Fe-Ti-P deposits associated with intermediate plutonism around the world. |
