Description du sujet de thèse

Les gisements de type discordance du bassin d’Athabasca (Canada) sont les gisements d’uranium aux teneurs les plus importantes connues sur Terre. Ils se sont formés suite à des circulations massives de fluides hydrothermaux à l’interface entre le bassin sédimentaire et le socle cristallin sous-jacent. Ces circulations ont été spécifiquement contrôlées par la perméabilité des environnements géologiques et les réseaux structuraux, dont l’expression la plus visible aujourd’hui est la présence de failles dans le bassin et le socle. Ces circulations hydrothermales ont entrainé, outre la précipitation d’oxydes d’uranium, des altérations fortes des roches encaissantes. Ces altérations sont notamment caractérisées par la précipitation de plusieurs phases argileuses ainsi qu’une mobilité importante de la silice (déquartzification, silicification). Les travaux industriels sur les différents sites d’exploration ont permis de définir pour chaque site exploré une distribution spatiale individuelle de ces différents marqueurs (comme la présence d’uranium et d’argiles, la nature des structures, la présence ou absence de quartz, etc.). Ces différences et la variation de leur localisation vis-à-vis de la discordance ont abouti à la définition de différents sous-types de gisements et de modèles génétiques aujourd’hui utilisés par les compagnies minières.La comparaison de la distribution de ces marqueurs entre sites, ainsi que les données géochronologiques connues sur la minéralisation et les minéraux d’altération indiquent que ces gisements sont la résultante de multiples épisodes hydrothermaux qui ont été actifs dans cet environnement au cours des 1,7 derniers milliards d’années. Les variations probables du nombre, du séquençage et de l’intensité des activités hydrothermales successives dans les différentes parties du bassin sont à l’origine de la variabilité de leur localisation vis-à-vis de la discordance, ainsi que de leurs caractéristiques propres. Ces dernières incluent des variabilités dans la distribution spatiale et la teneur en uranium, des variations dans la nature des minéraux argileux (illites, kaolinites, chlorites, tourmalines, APS), des distributions spécifiques du quartz et des expressions d’états d’oxydo-réduction variables (changement de couleurs).

Toutefois, l’absence de données minéralogiques, physico-chimiques, structurales et de contraintes temporelles directes propre à chaque épisode hydrothermal limite notre compréhension du rôle joué par chacun des différents épisodes sur les caractéristiques actuelles de ces gisements. L’objectif de ce projet doctoral est de mieux définir la nature et les conditions des interactions fluide-roche successives dans ces gisements, leur timing de formation, leurs conséquences sur les propriétés du milieu (minéralogique, pétrophysique, physico-chimique) et sur les conditions de mobilité et de précipitation de l’uranium. Pour cela, le ou la doctorant.e se focalisera sur l’étude de minéraux marqueurs des conditions P-T-t-x des circulations hydrothermales associées aux gisements d’altération : minéraux argileux, quartz et minéraux accompagnateurs (phosphates, carbonates, minéraux porteurs de titane).

Trois actions sont proposées dans le cadre de ce projet de thèse :

- Identification, qualification et étude de la distribution spatiale de différents marqueurs clés à l’échelle d’un site d’exploration, par couplage des données de terrain acquises de façon systématique sur les forages par les géologues d’exploration ainsi que de données complémentaires acquises par le ou la doctorant.e sur le terrain via l’usage d’outils portables. Les marqueurs clés seront établis en lien avec les données précédemment acquises ou à acquérir au laboratoire (actions 2 et 3) permettant d’identifier les différents épisodes hydrothermaux. Ce travail permettra d’établir la géométrie des altérations successives associées, en appui des modèles numériques proposés pour la caractérisation de l’hydrothermalisme à l’interface bassin-socle. L’objectif est d’appliquer cette approche : i) sur différentes coupes minéralisées et non minéralisées en uranium par site, ii) sur des sites de différentes teneurs/tonnages et iii) entre des sous régions du bassin d’Athabasca. Ce travail sera réalisé en collaboration étroite avec les géologues d’exploration d’Orano Canada.
- Identification des différents processus hydrothermaux, et distinction avec les potentiels épisodes diagénétiques régionaux. La définition des assemblages de minéraux marqueurs de chaque épisode, associé à leur répartition spatiale (en lien avec l’action 1), permettra de définir les conditions P-T-t-x propre à chaque épisode hydrothermal. Ce travail sera réalisé au laboratoire et avec des collaborations nationales et internationales.
- Réévaluation et établissement de nouveaux modèles numériques géochimiques 1D intégrant les variations de phases et conditions géochimiques connues pour chaque épisode hydrothermal. Les données acquises au cours des deux actions précédentes permettront d’établir ces modèles réactifs afin d’appréhender les processus d’interactions fluides/roche, leur évolution et définir les paramètres critiques contrôlant l'évolution minéralogique propre à chaque évènement.L’ensemble de ces résultats permettra de proposer un nouveau modèle de formation et d’évolution des systèmes uranifères du bassin de l’Athabasca.

Contexte de travail

Le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) est l'une des institutions de recherche les plus importantes au monde. Pour répondre aux grands défis du présent et de demain, ses scientifiques explorent la vie, la matière, l'Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Reconnu internationalement pour l'excellence de ses travaux scientifiques, le CNRS est une référence tant dans le monde de la recherche et du développement que pour le grand public.

Le laboratoire GeoRessources est une Unité Mixte de Recherche (UMR7359) de l’Université de Lorraine et du CNRS. Le laboratoire est divisé en 4 sitesgéographiques thématiques, le site de travail de ce projet de thèse est localisé sur le campus de la faculté des Sciences et Techniques de Vandoeuvre-les-Nancy. GeoRessources est un laboratoire d’environ 150 personnes dont les thématiques de recherche sont centrées sur les ressources du sous-sol. Le laboratoire est composé de 6 équipes de recherche, réparties selon trois axes thématiques. GeoRessources est intégré à l’Observatoire Terre et Environnement en Lorraine (OTELo) qui coordonne les recherches des UMR en Géosciences et Environnement de Lorraine dont les thématiques scientifiques vont du fonctionnement de la planète, à la gestion des ressources minérales et énergétiques et à la connaissance et la gestion des environnements continentaux.

Le projet doctoral s’inscrit dans un projet co-financé par le CNRS et ORANO (acteur majeur de l’énergie et du combustible nucléaire) dans le cadre du laboratoire commun (Labcom) CREGU (Centre de Recherche et d’Etude des Gisement d’Uranium). Le projet comprend des missions de terrain en Athabasca, des analyses au laboratoire GeoRessources et dans des laboratoires partenaires en France et à l’étranger, et les participations à congrès et séminaires. Le ou la doctorant.e intègrera l’équipe Géologie des Ressources Minérales (GEM) et travaillera en lien avec le Labcom CREGU. Il ou elle participera activement aux réunions et séminaires organisés en partenariat avec ORANO.Ce projet de thèse s’appuiera sur l’acquisition de données sur le terrain et en laboratoire. Les travaux sur le terrain seront effectués avec le partenaire industriel, sur des carottes de forages fournies par le partenaire. Ces travaux s’appuieront sur l’utilisation d’outils de terrain possiblement variés (pSWIR, pDRX, pLIBS). Les travaux au laboratoire s’appuieront sur les différentes plateformes analytiques disponibles à GeoRessources : microscopie électronique à balayage, microsonde électronique, µXRF, LA-ICP-MS, plateforme de séparation et de datation K-Ar des argiles. Les modélisations seront réalisées avec les équipes partenaires du laboratoire GeoRessources. Des analyses par MET, Mössbauer et/ou synchrotron seront réalisées dans des laboratoires partenaires. La direction de la thèse sera assurée par Julien Mercadier (DR CNRS à GeoRessources), Delphine Charpentier (Maitresse de Conférences, Chrono-environnement Besançon) et Gaétan Milesi (Maître de Conférences à GeoRessources) avec l’implication forte de Marie Gerardin (Ingénieure de Recherche CNRS GeoRessources) . L’étudiant.e sera supervisé.e d’un point de vue industriel par Pierre Martz (Ingénieur ORANO).


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.