Fluid and metal dynamics in rare-metal magmatic-hydrothermal systems : the case of the peraluminous Beauvoir granite (Massif Central, France)

Les systèmes magmatiques-hydrothermaux à métaux rares se développent généralement en relation avec l'intrusion de magmas felsiques fortement différenciés dans la croûte continentale supérieure. Ces magmas sont extrêmement enrichis en métaux lithophiles et halogènes tels que Li, F, Ta, Nb, Sn, W et Be, et leur évolution résulte d'une succession complexe de processus magmatiques et hydrothermaux, dont l'impact et l'importance relative demeurent encore débattus. La présente thèse se propose d'apporter des éléments de réponse à ces questions en étudiant l'histoire magmatique et hydrothermale du granite de Beauvoir, un granite peralumineux à métaux rares riche en phosphore (PHP-RMG), de classe mondiale, mis en place à la fin de l'orogenèse varisque dans le Massif central (France). Cette étude repose sur l'analyse in-situ élémentaire (majeurs et traces) et des isotopes d'oxygène de l'apatite et du quartz, ainsi que sur la caractérisation des inclusions fluides par microthermométrie, spectrométrie Raman et LA-ICP-MS. La pétrographie et la géochronologie U-Pb de l'apatite révèlent quatre grandes phases magmatiques et hydrothermales, s'étendant de la cristallisation du magma, induisant une phase hydrothermale précoce, à deux phases hydrothermales tardives, non magmatiques, induites par l'activité tectonique régionale. La phase hydrothermale précoce, initiée par la dévolatilisation du liquide silicaté, apparaît comme une étape clé dans l'évolution du système de Beauvoir, où les processus magmatiques et hydrothermaux s'entremêlent. Cette transition magmatique-hydrothermale a été enregistrée à la fois dans la distribution des terres rares de l'apatite magmatique, la signature isotopique du quartz de l'unité B1, et le piégeage d'inclusions fluides et magmatiques primaires au sein du quartz. Cette influence marquée de la transition magmatique-hydrothermale sur la cristallisation de l'unité B1 s'est traduite par une augmentation de l'état d'oxydation du système, le rendant plus propice à la formation d'une première génération de cassitérite (SnO₂), la libération de fluides magmatiques riches en métaux, la résorption partielle des phénocristaux de quartz, suivie de la cristallisation tardive de quartz à texture snowball au sein d'un liquide silicaté résiduel, enrichi en volatiles. Bien que la circulation de ces fluides magmatiques exsolvés ait significativement mobilisé les métaux vers les roches encaissantes, leur volume semble insuffisant pour expliquer les halos d'altération observés, notamment dans les micaschistes. Cela suggère une dynamique supra-solidus en système ouvert, marquée par l'infiltration significative de fluides magmatiques profonds. L'existence d'un tel système ouvert en conditions sub-solidus est mise en évidence par la signature isotopique en oxygène, de la chimie de l'apatite hydrothermale précoce et la composition des inclusions fluides identifiées dans le quartz magmatique. Ces données suggèrent une évolution progressive des fluides magmatiques exsolvés, marquée par des dynamiques d'ébullition, de refroidissement et surtout par leur interaction et mélange avec des fluides météoriques oxydants, l'ensemble de ces processus ayant favorisé la précipitation d'une seconde génération de cassitérite, bien que cette dernière soit mineure. Cette étude enrichit non seulement la compréhension du système de Beauvoir, mais apporte également des éléments clés au modèle génétique des systèmes magmatiques-hydrothermaux à métaux rares. Elle démontre de l'importance des dynamiques en système ouvert, tant lors des processus supra- que sub-solidus, et suggère des mécanismes de circulations fluides et de transport de métaux similaires à ceux des systèmes porphyres-épithermaux, bien que les volumes de magmas et de fluides impliqués soient considérablement plus faibles.