DIGESTION AU PYROPHOSPHATE DE SODIUM 49

DIGESTION AU PYROPHOSPHATE DE SODIUM 49

DESCRIPTION DE LA ZONE D’ÉTUDE:

LOCALISATION ET ACCÈS:

La région du lac Chambois (Fig. 4) est située sur le territoire de la Baie-James, au Québec. Elle se trouve à une vingtaine de kilomètres à l’est du km 350 de la route 109 reliant les villes de Matagami et de Radisson. Le secteur à l’étude s’étend au nord-ouest du feuillet SRNC 32N15 et est centré à 76°53’W et 51°58’N (UTM 370600, 5758800, NAD 27, zone 18), approximativement 6 km au nord du lac Chambois. Il est localisé sur la propriété Pontax de Ressources Sirios. L’accès à la propriété requiert un transport héliporté. Elle est située à environ 30 km au sud du Relais Routier du km 381. Ce relais routier est situé sur la route 109 à 380 km au nord de Matagami, Québec. Une ligne à haute tension à courant continu d’Hydro-Québec traverse la partie ouest de la propriété. Cette ligne peut être suivie en véhicule tout terrain du Relais Routier du km 381 jusqu’au site d’échantillonnage, mais plusieurs lacs et cours d’eau rendent le chemin difficilement praticable.

TRAVAUX ANTERIEURS:

La propriété Pontax a été choisie pour la réalisation de ce projet de maîtrise car une grande quantité de travaux d’exploration géologique y a été effectuée. En 2006 et 2007, le secteur a été couvert par une campagne de cartographie régionale et a permis la découverte de l’indice du lac Chambois (Furie and Girard, 2007). Par la suite, des levés de polarisation provoquée ont été réalisés (Dubois, 2006; Dubois, 2007) ainsi qu’un levé aéromagnétique couplé à un levé électromagnétique dans le domaine du temps (Malo Lalande, 2007). La signature de l’indice du lac Chambois n’est visible que sur le levé de polarisation provoquée et de résistivité. D’autres campagnes de rainurage et de cartographie géologiques ont suivi (Furie and Girard, 2008a; Furie and Girard, 2008b), en plus d’une campagne de forage de 3107 m, répartis sur 20 sondages (Furie and Girard, 2008c). Cette dernière avait pour objectif de valider des cibles définies par le levé de polarisation provoquée.

De plus, la région de Pontax a été couverte par plusieurs campagnes d’échantillonnage de till afin de valider le potentiel diamantifère et métallique de la propriété (Girard, 2007a; Girard, 2007b; Villeneuve, 2007), ainsi que par une campagne d’échantillonnage de sédiments lacustres (Girard, 2008). Finalement, une campagne d’échantillonnage de sols a été effectuée en 2006 et 2007 en périphérie de l’indice du lac Chambois (Girard and Fournier, 2008). Un total de 1348 échantillons d’humus a été prélevé sur les lignes de la grille de géophysique, en ciblant les anomalies de polarisation provoquée situées sur ou entre ces lignes. Ce levé a mis en évidence plusieurs anomalies en ETM (Zn, Pb, Fe, Cu, Co, etc.) centrées sur le conducteur principal et, notamment, à l’endroit de l’indice du lac Chambois. Par ailleurs, il a été observé que des teneurs élevées en ETM sont présentes sous la ligne à haute tension (Girard, 2010a). Les échantillons d’humus récoltés ont subi une digestion au pyrophosphate de sodium (Na4P2Û7) au laboratoire Activation Laboratories Ltd. (Actlabs) d’Ancaster, Ontario, et ont été dosés par spectrométrie de masse à vaporisation au plasma (ICP-MS).

CONTEXTE GÉOLOGIQUE:

Géologie régionale
La région du lac Chambois se trouve dans la partie orientale de la Province du Supérieur et chevauche les sous-provinces de La Grande et de Némiscau. Elle est centrée sur une bande volcano-sédimentaire orientée nord-est/sud-ouest. Moukhsil (2000), suggère que cette bande pourrait appartenir à la Formation d’Anatacau-Pivert et aurait été mise en place en milieu marin. La formation d’Anatacau-Pivert est principalement composée de basaltes coussinés et massifs, d’amphibolites à grenats, d’andésites, de rhyolites, de formations de fer, et de tufs à lapilli et à bloc de composition felsique à mafîque.

Le sud de cette bande est composé de différents intrusifs appartenant à la Sousprovince de La Grande. La composition des roches intrusives s’échelonne de monzonite à tonalité, en plus d’intrusions mafiques à ultramafîques. Elles sont associées à plusieurs épisodes d’intrusion synvolcanique, syntectonique et tardi- à post-tectonique (Moukhsil, 2000).

La Sous-province du Némiscau se situe au nord de la propriété. Elle est représentée dans le secteur par la Formation d’Auclair. Sur le terrain, la Formation d’Auclair comprend des paragneiss et métasédiments localement migmatisés (Furie and Girard, 2008a). Cette formation cède la place vers le nord-est au Complexe de LaGuiche dominé par les métatexites .

Géologie de la région du Lac Chambois
La carte géologique de la région du lac Chambois (Furie and Girard, 2008a) met en évidence la séquence litho-stratigraphique (Fig.l). En général, du sud vers le nord, elle passe d’un massif de granitoïdes polyphasés adossés à des unités volcaniques (séquence bimodale : rhyodacite et basalte) et de méta-sédiments (dominés par des méta-arénites et méta-graywackes à porphyroblastes d’aluminosilicates). L’empilement volcanique est  orienté à N060° avec des pendages moyens de 70° à 80° vers le sud. Il comprend une série de basaltes massifs, localement coussinés et une série de roches volcaniques et volcanoclastiques de composition intermédiaire à felsique. Les volcanoclastites, d’une épaisseur apparente de 100 m, encaissent l’indice polymétallique du lac Chambois et elles sont observées à plusieurs autres endroits au même niveau stratigraphique dans la bande volcanique. Elles montrent une schistosité à laquelle s’associe une zone d’altération phylliteuse (chlorite et séricite), sur laquelle se superposent variablement de la silicification et de la sulfurisation (1-10% pyrite, trace-1% sphalerite, trace-1% chalcopyrite, tracegalène, trace-5% argentite/acanthite, trace-1% argent natif). Cette minéralisation est la cause d’une forte anomalie de chargeabilité tandis que la silicification est interprétée comme la cause de la résistivité (Furie and Girard, 2008c). L’indice du lac Chambois a retourné jusqu’à 1,1 g/t Au, 876 g/t Ag, 0,8 % Pb, 0,25 % Zn sur 4,36 m en rainure (Furie and Girard, 2008b). Ce potentiel a été confirmé lors de la première campagne de forage avec des intersections atteignant 210 g/t Ag, 0,22 g/t Au et 0,4 % Zn sur 4,5 m (Furie and Girard, 2008c).

L’interprétation des forages suggère une minéralisation cupro-zincifère précoce ayant des affinités de SMV distale, à laquelle se superpose une remobilisation plus tardive plombo argentifère (Furie and Girard, 2008c). Des failles cassantes sont spatialement liées aux zones argentifères et plombifères silicifîées. La géométrie des zones argentifères semble être contrôlée par l’intersection d’une faille avec un niveau sulfuré à sphalerite, chalcopyrite et pyrite. La diffusion de la minéralisation de part et d’autre de la faille est limitée. La minéralisation argentifère est interprétée comme étant une remobilisation d’une source plus profonde. Finalement, l’association cordiérite + grenat + biotite + quartz tend à caractériser le métamorphisme au faciès amphibolite.

Géologie des dépôts meubles
Durant la dernière glaciation, l’Inlandsis laurentidien occupait le Bouclier canadien avec une épaisseur de 1000 à 2000 m de glace. La chronologie des événements qui se sont succédé lors du retrait du glacier la fin du Wisconsinien supérieur dans la région des basses-terres d’Eastmain (Bostock, 1970) a été décrite dans plusieurs travaux (Dyke et al., 2003; Hardy, 1976; 1977; Veillette, 1994; 1997; Vincent and Hardy, 1979). Les formes profilées et les mesures de stries gravées sur le substratum rocheux présentent une orientation glaciaire sud-ouest correspondant à la dernière direction de l’écoulement glaciaire (Fulton, 1989). Selon Hardy (1976; 1977), une scission de l’écoulement de l’Inlandsis laurentidien aurait eu lieu à l’endroit où l’on observe la moraine interlobaire d’Harricana. Il en aurait résulté en la création des dômes glaciaires d’Hudson et du Labrador. Les lacs Barlow et Ojibway se seraient alors formés par endiguement des eaux entre le front glaciaire au nord et la ligne de partage des eaux au sud. Hardy (1976) propose ensuite deux réavancées de la partie sud-est du glacier d’Hudson dues à des crues glaciaires (Cochrane I et II). Par la suite, après le retrait des glaces entre la péninsule d’Ungava et l’Ile de Baffin, les eaux marines se seraient introduites par le détroit d’Hudson, entraînant la vidange par vêlage du dôme de glace de l’Hudson. Ceci a conduit à la rupture de la digue de glace formant la limite nord du lac Ojibway et donc à sa vidange catastrophique. Ceci a aussi conduit à un rééquilibrage du profil du dôme de glace du Labrador et à la formation de la moraine de Sakami (Hardy, 1976). Enfin, ceci a aussi permis l’invasion marine et la formation de la Mer de Tyrrell en bordure des baies de James et d’Hudson. Dans la région d’étude, il en est résulté la stratigraphie quaternaire suivante : les argiles marines recouvrant les formations glaciaires de l’avancée de Cochrane qui elles-mêmes recouvrent les dépôts d’argiles lacustres du lac Barlow Ojibway (Ballivy et al, 1971).

INTEGRATION DES RESULTATS:

Dans le présent chapitre, sur la base des différentes observations et interprétations des chapitres précédents, l’application du modèle de diffusion électrochimique de Hamilton (1998) sera discutée. Mais avant cela, un retour rapide sur les contrôles de l’adsorption des ETM dans les sols permettra de discuter ces paramètres essentiels à la compréhension des processus menant à la formation d’une anomalie pédogéochimique.

CONTRÔLES SUR LA MOBILITÉ DES ETM DANS LES SOLS
Lors de l’analyse en composantes principales menée dans le cadre de cette étude, trois facteurs principaux responsables de la variabilité des résultats d’analyse ont été identifiés. Le premier facteur est lié au pH du matériel échantillonné. La fixation des éléments est principalement une fonction du pH du sol, des quantités relatives d’ions présents et du potentiel ionique de ces derniers (Railsback, 2003). Dans les environnements oxydants, les ETM à potentiel ionique intermédiaire (3 < z/r < 12) sont très peu solubles et ils ont tendance s’hydrolyser et à former oxydes et hydroxydes stables. Ces éléments précipitent lors d’une faible augmentation du pH et une accumulation de ces ETM peut ainsi être engendrée. Ces éléments sont appelés les hydrolysats (hydroxydes insolubles) et ils peuvent être identifiés sur la figure 14. À l’opposé se retrouvent les ions de faible potentiel ionique (z/r < 3). Ces derniers sont peu influencés par le pH de la solution du sol. Ils se retrouvent donc à l’état soluble et ils sont stables en solution aqueuse pour un grand éventail de pH. Ce sont principalement des cations monovalents et divalents comme les alcalins et les alcalino-terreux (Fig. 14). La seconde cause responsable de la variabilité des résultats est la différence de nature du substrat échantillonné, soit tourbière versus podzol dans le présent projet. Dans les tourbières, la libération d’ions H+ par l’acide uronique contribue fortement à l’acidification du milieu. Cette forte acidité des tourbes tend à réduire le Fe3+ en Fe2+ et permet ainsi son élimination du profil. Par contre, cet environnement très réducteur crée de forts enrichissements géochimiques pour certains ETM comme pour le vanadium et l’uranium. En revanche, les podzols présentent une forte quantité d’oxyhydroxydes de Fe et Mn, d’acides humiques et fulviques et d’argiles. Ils  présentent donc un nombre important de sites d’adsorption susceptibles de fixer les ETM. De plus, dans les podzols, un enrichissement en métaux alcalins et alcalino-terreux est provoqué par l’acidité superficielle du sol qui provoque l’altération des particules de la taille des argiles. Finalement, un plus faible pourcentage de la variance correspond à la CEC effective des échantillons. La CEC d’un sol est la quantité de cations que celui-ci peut retenir sur son complexe absorbant à un pH donné. Son importance augmente avec l’accroissement de la teneur en argile et matière organique du sol. Dans les sols hydromorphes, certaines caractéristiques de l’environnement secondaire telles que la proximité de cours d’eau permet d’augmenter le degré d’humification du sol et ainsi d’accroitre la CEC. D’autre part, les cations retenus sur les colloïdes du sol peuvent être échangés. L’augmentation de la valence de l’ion et de sa taille contribue à accroître sa capacité de remplacement sur les sites de fixation du sol. Certains ETM comme les oxyanions et les HFSE font toutefois exception, ces derniers étant indépendants de la CEC des sols.

CONCLUSIONS:

Le but du présent projet de maîtrise était d’améliorer la compréhension des processus sous-jacents à la déportation et à la fixation des ETM dans l’humus. Les mesures géophysiques, les analyses physico-chimiques et géochimiques ainsi que le traitement statistique des résultats permettent d’amener les conclusions suivantes :
1. Le modèle de diffusion électrochimique de Hamilton (1998) a été testé sur un indice d’Ag, Pb et Zn, soit l’indice du lac Chambois situé sur la propriété Pontax de Ressources Sirios, Baie-James. Une anomalie de polarisation spontanée de – 90mV a été détectée au-dessus de l’indice ainsi que des anomalies géochimiques en Zn, Pb, Cd, As, Sb et Bi. Par contre, l’environnement acide et réduit anticipé au-dessus d’un conducteur dans le socle rocheux n’est pas observé. L’absence d’une anomalie acide et réductrice ne permet pas de confirmer qu’une diffusion électrochimique des ETM a eu lieu.
2. Les champs électriques d’une ligne électrique à courant continu ne semblent pas se propager dans les sols sous-jacents. Aucune anomalie géochimique ou géophysique n’a été détectée sous la ligne. L’hypothèse d’une mobilisation électrochimique des éléments est donc rejetée.
3. La digestion au pyrophosphate de sodium est la méthode la plus appropriée pour extraire les métaux susceptibles d’avoir migré à travers la couverture de dépôts meubles, du socle rocheux vers la surface. Cette méthode permet d’extraire uniquement les ions détenus dans des formes labiles. La signature de l’anomalie géochimique reflète ainsi la mobilité ionique de l’élément sans doser les éléments provenant de la composante détritique du sol. En plus, elle ne présente que très peu de problèmes analytiques contrairement à l’analyse totale multi acides.
4. L’analyseur à fluorescence X portatif permet de mettre en évidences des anomalies en ETM. Des anomalies en Pb, Zn et As ressortent distinctement à l’apex de l’indice du lac Chambois. Cet appareil a l’avantage d’offrir des analyses rapides et à faible coût.
5. Les principaux facteurs contribuant à la variabilité des résultats d’analyse sont le pH, la nature du substrat échantillonné (tourbière vs podzol) et sa CEC. Il a été démontré que le pH fluctue dans les sols sur de courtes distances et à ceci s’ajoute également l’hétérogénéité des sols à différentes échelles. Quant à la CEC, elle est influencée par de nombreux facteurs qui varient spatialement tels que le %MO, la teneur en argiles et le drainage. Des mesures adéquates du pH ainsi que des notes systématiques pouvant amener des informations pertinentes sur le milieu d’échantillonnage et le drainage semblent être essentielles à l’interprétation des résultats d’un levé de pédogéochimie. Ceci est sans compter qu’une bonne connaissance des caractéristiques propres des ions est indispensable, notamment le potentiel ionique, la valence et le rayon ionique.

Table des matières

CHAPITRE 1 INTRODUCTION 
1.1. CADRE DE L’ÉTUDE
1.2. PROBLÉMATIQUE
1.2.1. Les modèles électrochimiques
1.2.2. Champs électromagnétiques
1.2.3. Mobilité des ETM
1.3. OBJECTIFS
CHAPITRE 2 DESCRIPTION DE LA ZONE D’ÉTUDE 
2.1. LOCALISATION ET ACCÈS
2.2. TRAVAUX ANTÉRIEURS
2.3. CONTEXTE GÉOLOGIQUE
2.3.1. Géologie régionale
2.3.2. Géologie de la région du Lac Chambois
2.3.3. Géologie des dépôts meubles
2.4. PHYSIOGRAPHIE
CHAPITRE 3 POLARISATION SPONTANÉE 
3.1. MÉTHODOLOGIE
3.2. RÉSULTATS
CHAPITRE 4 PARAMÈTRES PHYSICO-CHIMIQUES 
4.1. MÉTHODOLOGIE D’ÉCHANTILLONNAGE
4.1.1. Prélèvement des échantillons
4.1.2. Séchage et tamisage
4.1.3. Contrôle de qualité
4.2. MESURES D’EH, DE PH ET DU APH
4.2.1. Méthodologie
4.2.2. Contrôle de qualité
4.2.3. Résultats
4.3. POURCENTAGE DE MATIÈRE ORGANIQUE
4.3.1. Méthodologie
4.3.2. Contrôle de qualité
4.3.3. Résultats
4.4. CAPACITÉ D’ÉCHANGE CATIONIQUE EFFECTIVE
4.4.1. Méthodologie
4.4.2. Contrôle de qualité
4.4.3. Résultats
4.5. COULEUR
4.5.1. Méthodologie
4.5.2. Contrôle de qualité
4.5.3. Résultats
CHAPITRE 5 ANALYSES GÉOCHIMIQUES 
5.1. DIGESTION AU PYROPHOSPHATE DE SODIUM 49
5.1.1. Contrôle de qualité
5.2. DIGESTION MULTI-ACIDES
5.2.1. Contrôle de qualité
5.3. ANALYSE À LA FLUORESCENCE X
5.3.1. Contrôle de qualité
5.4. VARIABILITÉ LOCALE
5.5. RÉSULTATS DES ANALYSES GÉOCHIMIQUES
5.5.1. Les 3 transects
5.5.2. Les 3 méthodes
CHAPITRE 6 ANALYSES STATISTIQUES 
6.1. ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (ACP)
6.1.1. CP1
6.1.2. CP2
6.1.3. CP3
6.1.4. Résumé de l’ACP
CHAPITRE 7 INTÉGRATION DES RÉSULTATS 
7.1. CONTRÔLES SUR LA MOBILITÉ DES ETM DANS LES SOLS
7.2. APPLICATION DU MODÈLE DE HAMILTON
7.2.1. Indice du lac Chambois
7.2.2. Ligne électrique
7.2.3. Autres contrôles
CHAPITRE 8 CONCLUSIONS

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