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International audience; Recent studies proposing pre-orogenic mantle exhumation models have helped renew the interest of the geosciences community in the Pyrenees, which should be now interpreted as a hyper-extended passive margin before the convergence between Iberia and Eurasia occurred. Unresolved questions of the Pyrenean geology, as well as the understanding of the formation of hyper-extended passive margins, are how the crust was thinned, and when, where and how the crustal breakoff occurred. The study of the Variscan and pre-Variscan Pyrenean basement is thus critical to document and understand this Cretaceous crustal thinning. In order to specify the timing of Mesozoic metasomatism and the associated deformation in the pre-Mesozoic basement of the Pyrenees, we carried out a U–Th–Pb laser ablation ICP–MS study on a large panel of REE and titanium-rich minerals (titanite and rutile) from talc–chlorite ores from the eastern Pyrenees, with a special emphasis on the Trimouns deposit, the world’s largest talc quarry. Our results suggest that the Trimouns talc formation was restricted to the upper Aptian–Cenomanian time, while the talc and chlorite formation in the eastern Pyrenees occurred during several distinct Permian, Jurassic and Cretaceous episodes. These results give strong constraints on the tectonic setting of the Pyrenean domain during the transition between the Variscan and Alpine orogenic cycles, and particularly on when and how the upper crust was thinned before the crustal breakoff and the final mantle exhumation.

The Trimouns talc–chlorite deposit is located in the north Pyrenean Saint Barthelemy massif (Ariège, France). This deposit is remarkable in its minerals' quality and quantity as well as for its strategic position in the Pyrenees geological history.This study aims at understanding the formation conditions of the talc-chlorite deposit and at integrating them in the alpine pre-orogenic context. To this, we focus on three main themes : 1) Using geological and structural mapping studies, we describe the rocks and their organization as to estimate how much variscan and alpine orogenies affected them.2) With thermometric analyses using different methods, we seek to define what is the thermal history recorded in the different units of the deposit.3) Using in-situ dating on a wide range of minerals, we locate temporal references on various geological objects to document hydrothermal events.Achieved results demonstrate the polyphase caracteristics of the deposit, in the three focal areas used : deformation, thermal approach, and geochronology. Structural analysis shows that the mineralisation seals an other deformation, probably of the variscan period. This mineralisation is also formed in a dynamic context and then deformed as well. The thermal study highlights that mineralizations are associated with one or more cold events, and a hot thermal foot-print is preserved in the footwall and the hanging wall of the deposit. Dating results show that the formation talc and chlorite in Trimouns is multiphase, associated with succession of metasomatic events. The Albian event is the major hydrothermal event but older episodes are recorded in Jurassic at Trimouns and in Permian in other fields on the west-ern Pyrenees.The synthesis of our works allows us to propose a model of the formation of the Trimouns talc-chlorite deposit. This model is part of a post-Variscan extensive geodynamic context that can be related to the Pyrenean extensive pre-orogenic phenomena during Cretaceous period (120-85 Ma). This pre-orogenic context is associated with mantle exhumation, likely source of magnesium necessary for the formation of talc. Our studies also show that the Saint Barthelemy massif and possibly other similar north Pyrenean massif are not "simply" Variscan but have been deeply affected by the events of the Alpine cycle.; Le gisement de talc-chlorite de Trimouns est situé dans le massif nord-pyrénéen du Saint Barthélémy (Ariège, France). Il est l’objet d’une attention particulière pour ses ressources minérales exceptionnelles (tant par la qualité que l’abondance), et pour sa position stratégique dans l’histoire géologique des Pyrénées.Le but de cette étude est de caractériser les conditions de formation du gisement et de les intégrer dans le contexte géologique régional. Pour aborder cette problématique nous avons choisi trois grands axes d’étude : 1) au moyen de l'analyse cartographique et structurale, nous procédons à une description de la géométrie du gisement, et nous proposons une histoire des relations entre minéralisation et déformation ; 2) à l’aide d’analyses thermométriques via plusieurs méthodes, nous cherchons à définir quelle est l'histoire thermique enregistrée dans les différentes unités du gisement ; 3) avec des datations in situ sur un large panel de minéraux, nous positionnons des repères temporels sur plusieurs objets géologiques afin de dater le ou les épisodes minéralisateurs sur Trimouns.Les résultats obtenus expriment le caractère polyphasé du gisement, et ce pour les trois axes d’études suivis, déformation, thermicité et âge de la minéralisation. Les travaux sur les structures montrent que la minéralisation principale scelle une déformation probablement varisque, minéralisation qui se forme elle-même en contexte dynamique et qui est à son tour déformée. L’étude thermique met en évidence que la ou les minéralisations sont associées à un ou plusieurs événements froids, et qu'une empreinte thermique chaude est préservée dans les roches du toit et du mur du gisement. Les résultats géochronologiques montrent que la formation du talc et des chlorites à Trimouns est polyphasée et associée à une succession d’événements métasomatiques. L’Albien est l’évènement hydrothermal majeur mais des épisodes plus anciens sont enregistrés au Jurassique à Trimouns, voire au Permien dans d’autres gisements du massif et de l’ouest de la chaîne des Pyrénées.La synthèse de nos travaux nous permet de proposer un modèle de la formation du gisement de talc-chlorite de Trimouns. Ce modèle s'inscrit dans un contexte géodynamique extensif post-varisque que l'on peut mettre en relation avec les phénomènes extensifs pré-orogéniques pyrénéens du Crétacé (120-85 Ma). Ce contexte pré-orogénique est associé à l'exhumation du manteau, source probable du magnésium nécessaire à la formation du gisement. Nos travaux montrent également que le massif du Saint Barthélémy, et possiblement d'autres massifs nord pyrénéens semblables, ne sont pas des massifs "simplement" varisques mais qu'ils ont pu être profondément affectés par les évènements du cycle alpin.

The Trimouns deposit was produced by metasomatic alteration of various rocks into talc-rocks and chlorite-rocks. Al-bearing minerals (mica, feldspar from mica-schists and granitic rocks) are altered into chlorite ; dolomite (marbles) and partly quartz are altered into talc. Quartz is finally dissolved. In a first paper (Moine et al., 1982), the metasomatic zoning was described, the reactions at each front were given and the mobility of the different components was shown. In this paper factors that control fluid-mineral equilibria (P, T, composition of the solutions) are studied and, admitting the Korzhinskii's theory, an internally consistent model of the metasomatic conditions is proposed. Alteration from Si-Al rocks is badly significant because probable disequilibrium between chlorite and talc. The study is mainly focused on the dolomite-talc-solution equilibrium as supported by experimental data by Frantz and Popp (1979). Stability conditions of talc are shown and compared with that of other minerals in the system of interest. These conditions are more closely defined taking into account the stability of sphene and the observed simultaneity of the talc-dolomite reaction and quartz dissolution in chlorite-rocks. Close relations are obtained between P, T and composition of the solutions. Supposing a total Mg concentration less than 0.2 m, we obtain T ≃ 475 °C for P[F] = 1 000 bars and, by extrapolation, T ≃ 425-450 °C for P[F] = 500 bars., Le gisement de Trimouns résulte de la transformation métasomatique de roches variées en talcites et chloritites. Les minéraux alumineux (micas, feldspaths des micaschistes et roches granitiques) se transforment en chlorite ; la dolomite (marbres) et une partie du quartz se transforment en talc ; le quartz est finalement dissous. Dans une première partie (Moine et al., 1982), nous avons décrit les zonalités métasomatiques, défini les réactions à chaque front et montré le comportement des différents éléments. Nous étudions ici les paramètres des équilibres fluides-minéraux mis en jeu (P, T, composition des solutions) afin de définir un modèle cohérent des conditions physico-chimiques de la métasomatose envisagée selon la théorie de Korzhinskii. Les transformations des roches silico-alumineuses sont difficilement interprétables en raison de déséquilibres probables entre le talc et la chlorite, issus de minéraux différents. L'étude porte donc principalement sur l'équilibre dolomite-talc-solution hydrothermale, en s'appuyant sur les travaux expérimentaux de Frantz et Popp (1979). On définit le domaine de stabilité du talc par rapport aux domaines des autres minéraux du système considéré. D'autres contraintes sont introduites en raison de la stabilité du sphène et en tenant compte de la simultanéité de la transformation des dolomies en talc et de la dissolution du quartz dans les colonnes issues des micaschistes. Des relations étroites sont ainsi déterminées entre les paramètres P, T et la composition des solutions. Si l'on admet que la concentration en Mg total ne dépasse pas 0,2 m, le modèle conduit à T ≃ 475 °C pour P[F] = 1 000 bars, et par extrapolation à T ≃ 425-450 °C pour P[F] = 500 bars., Moine Bernard. Géochimie des transformations métasomatiques à l'origine du gisement de talc et chlorite de Trimouns (Luzenac, Ariège, France). II. Approche des conditions physico-chimiques de la métasomatose. In: Bulletin de Minéralogie, volume 105, 1, 1982. pp. 76-88.

Hundred whole-rock chemical analyses (major and trace elements) and mineral microprobe analyses describe the chemical variations resulting from metasomatic alteration in the Trimouns talc-chlorite deposit (Luzenac, Pyrénées, France). These data also support a discussion concerning the possible occurrence of former magnesian argillites. Al, Ti, P and organic C appear as quasi-inert elements. Ti and P concentrations (as well as that of Cr, V and Fe which exhibit a low mobility) are discriminating between chloritites issued from schists and gneisses and those issued from acid igneous rocks. The very low mobility of Al is also suggested by the chemical disequilibrium relations shown by coexisting chlorites developped after micas and feldspars and talc developped after quartz and dolomite. The SiO₂ behaviour is complex. A specially interesting result is the demonstration of the partial dissolution of quartz when chloritization of muscovite occurs so that the volume of the solid phases remains quasi-constant. Then quartz is totally leached and the volume of the mineral decreases in the chlorite (± talc) zone. K, Na, Ca, Rb, Ba, Sr, B and CO₂ are largely leached. Water, Mg and low contents of Fe and Li are added as well as, of course, SiO₂ in the talc-rocks issued from carbonates. These results show also that some schists ascribed as possible metamorphic (isochemical) products of magnesian argillites are actually formed by partial metasomatic alteration., L'étude chimique (majeurs et traces) de 100 échantillons des différentes catégories de roches du gisement de talc et chlorite de Trimouns et des analyses de minéraux à la microsonde permettent de préciser les modalités des transformations métasomatiques et d'examiner l'hypothèse d'un héritage d'argiles magnésiennes. Al, Ti, P et C organique ont un comportement quasi-inerte. Ti et P (avec Cr, V et Fe qui sont au total peu mobiles) permettent une discrimination entre les chloritites issues de micaschistes et celles issues de roches ignées acides. L'inertie de Al est confirmée par le déséquilibre chimique entre les chlorites formées à partir des micas et des feldspaths et le talc formé à partir de quartz et de dolomite. Le comportement de SiO₂ est complexe. On montre en particulier que le quartz est partiellement dissous lors de la chloritisation de la muscovite, de sorte que le volume des minéraux reste sensiblement constant. Il est ensuite entièrement lessivé, avec diminution du volume des minéraux, dans la zone des chloritites (± talc). K, Na, Ca, Rb, Ba, Sr, B et CO₂ sont très largement lessivés. H₂O, Mg, avec de faibles quantités de Fe et Li, sont fixés, de même évidemment que SiO₂ dans les talcites d'origine carbonatée. Ces résultats permettent de montrer que certains schistes considérés comme témoins possibles d'une sédimentation argileuse magnésienne sont très probablement les produits de transformations métasomatiques partielles., Moine Bernard, Gavoille Bernard, Thiébaut Jean. Géochimie des transformations métasomatiques à l'origine du gisement de talc et chlorite de Trimouns (Luzenac, Ariège, France). I. — Mobilité des éléments et zonalités. In: Bulletin de Minéralogie, volume 105, 1, 1982. pp. 62-75.