Évolution tectono-métamorphique de la Sous-province de Nemiscau, Province du Supérieur (Canada) : exemple d'un bassin sédimentaire archéen

Les domaines de roches méta-sédimentaires de la Province du Supérieur ont été généralement interprétés comme représentant les vestiges de complexes d’accrétion ou de bassins syn-orogéniques formés au cours de l’orogenèse Kenoréenne (2720-2680 Ma). La Sous-province de Nemiscau constitue l’un de ces domaines sédimentaires les plus méconnus de la Province du Supérieur. Pourtant, celui-ci représente un témoin privilégié des processus tectoniques archéens, pour lesquels les modes de déformation de l’écorce terrestre demeurent débattus. La Sous-province de Nemiscau occupe la partie centrale de la Province du Supérieur au Québec. Dans la région d’étude, ce bassin sédimentaire est délimité au nord et au sud par les sous-provinces volcano-plutoniques de La Grande et d’Opatica. La Sous-province de Nemiscau est constituée de roches méta-sédimentaires et de gneiss et suites plutoniques felsiques à intermédiaires variablement migmatitisés. Des ceintures de roches méta-volcaniques affleurent le long de ses limites nord et sud. La Sous-province de La Grande renferme également des roches méta-sédimentaires peu ou pas migmatitisées et des roches méta-volcaniques localisées, respectivement, au coeur et sur les flancs d’un vaste synforme régional. L’analyse des zircons en provenance des roches méta-sédimentaires des sous-provinces de Nemiscau et de La Grande a permis d’estimer l’âge maximal de sédimentation à ≤2724 Ma et ≤2706 Ma, respectivement. Ces séquences supracrustales sont séparées des domaines plutoniques de La Grande et d’Opatica par des zones de cisaillement ne marquant pas de sauts métamorphiques significatifs dans les roches situées de part et d’autre. L’intégration des données structurales, métamorphiques, isotopiques et géochronologiques indique une déformation régionale et une évolution métamorphique polyphasées de longue durée dans le sud-est de la Province du Supérieur, entre 2815 et 2536 Ma. Les données d’isotopie Sm-Nd indiquent que les gneiss de la Sous-province de La Grande reflètent des âges modèles plus anciens que ceux d’intrusions gneisso-plutoniques similaires formées à 2825-2820 Ma dans la Sous-province d’Opatica. Les sous-provinces de La Grande et d’Opatica auraient enregistré un premier événement tectonométamorphique, plutôt discret, entre 2815 et 2804 Ma (pré-D1). Un premier évènement structural est associé à l’événement D1, entre 2756 et 2736 Ma, sous des conditions métamorphiques au faciès des amphibolites (M1). D1 pourrait correspondre à un retournement convectif de la croûte à la suite d’une instabilité gravitationnelle entre des séries volcaniques froides de la croûte supérieure et des roches plutoniques (TTG) chaudes de la croûte moyenne à inférieure. L’événement D2 témoigne d’une déformation régionale compressive accommodée par le fluage vertical de matériel crustal (2704 et 2671 Ma) coïncidant avec un magmatisme de type sanukitoïde dans les sous-provinces volcano-plutoniques entre 2704 et 2693 Ma, et un métamorphisme M2 de faciès granulitique accompagné d’anatexie dans la Sous-province de la Nemiscau entre 2697-2685 Ma. Au cours de l’évènement D3 (2658-2621 Ma), la déformation régionale s’exprime par de la transpression et la formation de cisaillements dextres sous des conditions métamorphiques au faciès des amphibolites inférieures (M3). Les âges 40Ar/39Ar mesurés sur amphiboles suggèrent un refroidissement sous 550°C entre ca. 2629 et 2602 Ma. Par la suite, le refroidissement lent de la croûte aurait conduit, partir de ca. 2598 Ma, à une localisation progressive de la déformation fragile-ductile D4, accommodée par une cinématique en décrochement dextre (NO-SE) et senestre (NE-SO) le long de grands corridors de déformation sous des conditions métamorphiques variant du faciès des amphibolites au faciès des schistes verts. Les âges les plus jeunes obtenus par 40Ar/39Ar sur des grains d’amphibole à ca. 2579-2554 Ma témoignent des stades tardifs de D4 ou de la mise en place d'intrusions granitiques tardives (2598-2577 Ma). Ces âges placent la fin des événements géologiques de haute température (>550°C) vers ca. 2554 Ma, bien que des âges plus jeunes (ca. 2536 Ma) obtenus sur des muscovites suggèrent une rétrogression régionale au faciès des schistes vertes. L’étude métamorphique permet de déterminer l’évolution P-T-t des deux principaux événements, M2 et M3. Cette étude met en lumière une augmentation symétrique du gradient métamorphique dans le bassin de Nemiscau pendant M2, variant du faciès des amphibolites (742.5°C-0.435 GPa) sur les marges au faciès des granulites (830°C-0.87 GPa) au coeur. Les roches méta-sédimentaires de la Sous-province de La Grande témoignent de conditions métamorphiques similaires à celles des bordures de la Sous-province de Nemiscau, soit au faciès des amphibolites (640°C-0.42 GPa). La présence d’un volcanisme juvénile d’affinité tholéiitique à komatiite pénécontemporain de M2 suggère la présence d’une plume mantellique sous la région. L’action combiné de l’épaississement crustal et de cette plume mantellique aurait entrainé la délamination de la croûte inférieure sous le Nemiscau, comme en témoignent la décompression isothermique et les gradients géothermiques modérés (26-50°C/km) qui caractérisent ces roches, et provoqué un soulèvement vertical d’environ 16 km à l’intérieur du bassin. L’événement M3 témoignerait également d’un épaississement crustal, tel que suggéré par une activité magmatique continue entre 2649 et 2621 Ma, suivie d’une décompression isothermale probablement liée à un continuum de la délamination crustale. Les conditions métamorphiques enregistrées dans les roches méta-sédimentaires de la Sous-province de La Grande (623.5°C-0.335 GPa) indiquent une évolution rétrograde au faciès des amphibolites inférieures. La distribution homogène de la déformation, du métamorphisme et du magmatisme au sein des sous-provinces de Nemiscau, de La Grande et d’Opatica suggère qu’elles représentent probablement un seul terrain composite. L’absence de sauts métamorphiques significatifs entre le Nemiscau et les sous-provinces avoisinantes est cohérente avec cette interprétation. Ainsi, un modèle tectonique de type « sagduction » rend compte adéquatement des transferts verticaux et horizontaux de matériel crustal dans ces terrains sédimentaires et plutoniques archéens du Supérieur. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Archéen, Sous-province de Nemiscau, faciès des granulites, évolution tectonométamorphique, géochronologie U-Pb, isotopes Sm-Nd, cheminement P-T-t, thermochronologie 40Ar/39Ar, sagduction, plume mantellique, délamination

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