Quelques éléments de géologie de l'Afrique

Marc Deschamps - UIAD Grenoble, novembre 2018 Pourquoi nous intéresser à la géologie de l'Afrique ?

- Trois fois la surface de l'Europe

- Une histoire aussi beaucoup plus longue

- Des ressources minérales considérables…

- Le berceau de l'humanité ? AVANT - PROPOS Où se trouvent les roches les plus anciennes de France ?

Port Béni, Côtes d'Armor (Trégor, proche de Treburden)

Ce sont des orthogneiss qui appartiennent aux terrains "ICARTIENS", des terrains datés âgés de 1800 à 2000 Ma (Paléoprotérozoïque) 3 2

TRÉGOR 1 1 (Trébeurden, Port Béni)

GUERNESEY 2 (Icart Point)

COTENTIN 3 (Nez de Jobourg)

Localisation de l'Icartien Les terrains icartiens constituent le socle des séries briovériennes structurées par l'orogenèse cadomienne.

La coïncidence des âges conduit, depuis quelques années, à rapprocher l'évolution anté-varisque du Massif Armoricain de l'évolution africaine !...

Icartien 2000 Ma = Eburnéen ? Paléoprotérozoïque Cadomien 750-540 Ma = Pan-Africain ? Néoprotérozoïque GÉNÉRALITÉS

- 30 000 000 km2

=> 6 % de la surface du globe

=> 20 % des terres émergées

Une histoire géologique longue d'au moins 3800 Ma. =>"Mémoire de la planète"

Le socle précambrien constitue l'ossature du continent localement masquée par les terrains phanérozoïques. EST RÉPUBLICAIN - Nancy 10 septembre 1990 PLAN

1- ARCHÉEN D'AFRIQUE AUSTRALE: TTG et greenstone belts du Kaapvaal 2- COUVERTURE DU CRATON DU KAAPVAAL - Witwatersrand (Archéen) - Bushveld (Paléoprotérozoïque) 3- LE CRATON OUEST-AFRICAIN

4- HISTOIRE RÉCENTE Extension supposée des cratons archéens (Key, 1992) => Immense craton stabilisé dès la fin du Précambrien (600 Ma)

Magmatisme récent Chaînes plissées phanérozoïques Précambrien sous bassin mésozoïques à récents Socle précambrien sous couverture néoprotérozoïque à paléozoïque Socle précambrien

Précambrien et sa couverture (d'après Key, 1992) Définition "craton" (Wikipédia)

Un craton (du grec κράτος = kratos - force), …, est une vaste portion stable du domaine continental par opposition aux zones instables déformées (les orogènes) 1- ARCHÉEN D'AFRIQUE AUSTRALE: TTG et Greenstone belts

- Représenté par les cratons du Kaapvaal et du Zimbabwé

Les roches qui constituent ces cratons vont nous permettre d'approcher les conditions qui prévalaient à l'Archéen Les terrains archéens montrent très généralement une trilogie de formations géologiques, tout à fait typique: Volumes respectifs 1- Un "socle" gneissique ("gneiss gris") formé pour l'essentiel d'orthogneiss: anciens granitoïdes qui appartiennent à la série ~ 80% "TTG" (Tonalites, Trondjhémites, Granodiorites)

2- Un ensemble de laves et de sédiments généralement peu métamorphiques formant les "Greenstone belts" (ceintures 5-10 % de roches vertes)

3- Des granites tardifs, intrusifs dans les formations précédentes, peu ou pas déformés, potassiques et magnésiens: 5-10 % les "sanukitoïdes" En Afrique australe, l'association TTG – Greenstone est bien représentée dans le craton du Kaapvaal. Carte géologique de l'Afrique du Sud Granite – Greenstone (Archéen)

Complexe du Bushveld (Paléoprotérozoïque)

"Groupe du Karoo" (Carbonifère à Jurassique)

Carte du Nord-Est de l'Afrique du Sud Murchison Greenstone belt

TTG archéennes

Barberton Greenstone belt

Structure du craton du Kaapvaal à partir de données géophysiques et chronologiques (Poujol et al., 2003 in J.F. Moyen, 2007) Les komatiites y ont été définies Barberton greenstone belt (Afrique du Sud) Komati River Comme les autres cratons archéens (Canada, Australie…), le craton du Kaapvaal est donc caractérisé par l'association "granites – greenstone belts" qui représente ~80% des formations géologiques. les granitoïdes appartiennent majoritairement à la série "TTG" (Tonalite, Trondjhémite, Granodiorite).

Les "greenstone belts" contiennent des volcanites excep- tionnelles: les komatiites. Des laves de composition ultrabasique qui ne sont connues qu'à l'Archéen. (Une seule exception: komatiites de l'île de Gorgone) Les komatiites ont totalement disparu à la fin de l'Archéen à une exception près: des laves à affinité komatiitiques se sont épanchées au Crétacé (~ 90 Ma) sur l'ile de Gorgone (dorsale de Nazca à l'ouest de la Colombie). Point chaud particulièrement actif sur la ride océanique Est Pacifique ??? + Les greenstone belts constituent des structures "synformes" allongées (> 100 km de long pour ~ 20 km de large) au sein des TTG. Elles montrent souvent une polarité verticale:

Haut - intercalations sédimentaires - laves basiques (basaltes)

Bas - laves ultrabasiques (komatiites)

Par leurs caractères géochimiques, les laves s'apparentent à celles des arcs insulaires modernes.

+ Les TTG sont des granitoïdes riches en plagioclases et pauvres en feldspaths potassiques. Ces roches à texture grenue sont omniprésentes à l'Archéen et deviennent très rares après 2,5 Ga. Les relations entre TTG et "greenstone belts" sont ambiguës, les greenstones apparaissant en synformes au sein des TTG ou délimitées par des contacts tectoniques sub-verticaux Relations géométriques TTG / greenstone belts

Craton de Pilbara TTG

TTG

TTG A- Les komatiites

Les komatiites sont des laves ultrabasiques(*) caractérisées par une teneur exceptionnellement élevée en magnésium (MgO = 18 à 35 % soit 3 à 4 fois plus que dans les basaltes communs).

Elles présentent souvent une texture particulière dite "texture spinifex" à cristaux d'olivine et pyroxènes extrêmement allongés, aciculaires et squelettiques.

(*) SiO2 < 45 % Random spinifex

Platy spinifex

Komatiites (texture spinifex) Des cristaux "géants" Spinifex grass, Australie La température des magmas komatiitiques est estimée à 1600-1650°C, alors que celle des magmas basaltiques actuels ne dépasse pas ??? °C.

Elles résultent d'un taux de fusion partielle du manteau de l'ordre de 50%. (Le taux actuel ne dépasse pas ??? %)

Ces roches témoignent donc de conditions thermiques différentes de celles qui prévalent après 2,5 Ga:

Manteau archéen plus chaud que dans les époques ultérieures ! La texture spinifex a longtemps été interprétée comme résultant d'un refroidissement très rapide (trempe) de la lave.

Des études récentes, développées notamment à Clermont-Ferrand puis à Nancy par François Faure, remettent ces conclusions en question.

François FAURE Professeur Université de Lorraine

François Faure et al., Journal of Petrology,47, 8, 1591-1610, 2006 Le fait que la texture spinifex se développe surtout au cœur des coulées n'est pas en accord avec l'idée d'un refroidissement très rapide.

Haut Bordure figée

Random Texture spinifex Platy

Texture cumulative

Bas Bordure figée Selon les expérimentations (F. Faure et al., 2006), le développement de la texture spinifex est une conséquence naturelle de la cristallisation dans une coulée très chaude et sèche mais ne requiert pas un refroidissement particulièrement rapide: Cette texture a été obtenue avec des vitesses de refroidissement inférieures à 10°C/heure.

En revanche, un important degré de surfusion (de 37 à 56°C) a été observé au début de la cristallisation de l'olivine et du pyroxène, ce qui pourrait être déterminant. Surfusion ? Lors du siège de Léningrad (1942) un incendie se déclara dans la Lac Ladoga forêt de Raikkola, encerclant les chevaux et les hommes. St Petersbourg Pour échapper aux flammes, les chevaux se précipitèrent dans les eaux du lac qui se trans- formèrent en un piège mortel…

Alain Peyrefitte publia en 1981 un livre intitulé: Les Chevaux du lac Ladoga (La justice entre les extrêmes), dans lequel l'eau surfondue emprisonnant les chevaux devient une métaphore des instabilités sociopolitiques latentes. Conclusion: La texture spinifex des komatiites résulterait bien d'une cristallisation rapide mais ne serait donc pas liée à un refroidissement rapide … Le volcanisme basaltique (komatiites) à andésitique est dominant à la base de la ceinture de roches vertes de Barberton. Les formations sédimentaires deviennent prépondérantes dans sa partie supérieure:

- Grauwackes, grès et conglomérats, argilites … - Rares niveaux carbonatés avec stromatolites - Formations ferrifères rubanées (BIFs)

Elles sont riches en minéralisations variées sous forme de sulfures (cuivre, nickel … et surtout or et chrome) Dans sa partie sédimentaire (Fig Tree formation), la ceinture de Barberton contient des "BIF". A mettre en relation avec l'activité biologique des premiers stromatolites ? ou plutôt avec une activité hydrothermale ??? Fer rubané (Bif) Lien probable avec l'oxygénation du milieu par l'activité photosynthétique des cyanobactéries. Stromatolites de la série de Barberton (Fig Tree group) Cliché J.F. Moyen) ÉVOLUTION DU VIVANT (Wikipédia) B- Les TTG (Tonalites, Trondjhémites, Granodiorites) CLASSIFICATION Q = Quartz DE STREICKEISEN A = Albite +Fk P = Anorthite

TTG Tonalite Les TTG constituent les témoins les plus anciens de la croûte continentale.

Le record actuel est détenu par les gneiss d'Acasta (Nord Canada) avec des âges atteignant 4,03 Ga.

En Afrique australe les âges atteignent 3,6 à 3,8 Ga. Terrains archéens dans le monde … premiers âges > 4 Ga Gneisss d'Acasta (Canada). 4,03 Ga Plus anciens témoins de la croûte continentale archéenne ?

Cliché J.F. Moyen

Gneiss TTG migmatitiques de Sand River (Craton du Kaapvaal) Cliché J.F. Moyen id. Les TTG posent un problème fondamental:

- Ne pouvant provenir directement de la fusion partielle du manteau, elles ne sont pas les témoins de la proto-croûte terrestre…

- Une croûte encore plus ancienne a sans doute existé mais a disparu, recyclée dans le manteau….

- Une relique possible au Nord du Canada (?) En bordure de la Baie d'Hudson, dans la ceinture de roches vertes (greenstone belt) de Nuvvuagittuq, des roches de composition basaltique (amphibolites à grenat) ont livré des âges de 4,28 Ga. Ces amphibolites pourraient représenter les seuls témoins conservés d'une proto-croûte hadéenne. Terrains archéens dans le monde … premiers âges > 4 Ga Nuvvuagittuq greenstone belt (NGB) Amphibolites de la Nuvvuagittuq greenstone belt 4,28 Ga (données Sm/Nd) 4,28 Ga !

Nuvvuagittuq greenstone belt (NGB) Amphibolite à grenat Origines de l'association TTG – Greenstone belts

- Durant l'Hadéen et au début de l'Archéen, après le GBT (4,1 – 3,9 Ga), le manteau terrestre a sans doute été largement fondu => "océan magmatique".

- Une croûte basaltique a pu se former en surface, donnant des ilots instables, dont la densité élevée permettait de fréquents recyclages dans un manteau alors animé par une convection rapide. - La subduction de ces premiers radeaux de croûte océanique a pu engendrer les premiers arcs insulaires.

- Selon les travaux de H. Martin, une croûte océanique jeune et encore chaude entrait alors en subduction. Ce qui pourrait expliquer les caractères spécifiques des TTG par rapport aux granitoïdes post- archéens. Hervé MARTIN Professeur, Univ. Blaise Pascal Clermont-Ferrand À l'Archéen:

TTG La croûte subductée, (amphibolite à grenat) commence à fondre avant déshydratation complète et génère les magmas TTG.

Fusion partielle dans une zone de subduction archéenne. (H. Martin, 1986 modifié) Après l'Archéen:

La croûte subductée se déshydrate avant de fondre. La fusion du "coin" de manteau supérieur génère des magmas basaltiques. Ces derniers chauffent la base de la croûte

Fusion partielle dans continentale qui fond une zone de subduction à son tour pour post-archéenne. (H. Martin, 1986 modifié) générer les granites. Argumentation 1: Les Terres rares des TTG sont fortement fractionnées (rapport La/Yb élevé) Elles contiennent beaucoup (TTG) moins de Yb que les grani- toïdes récents. Cela implique l'existence, dans la source des TTG, de minéraux qui "piègent" Yb.

Grenat et amphiboles ont cette possibilité. => amphibolites à grenat ? H. Martin,Geology, 14, 753-756 (1986) Argumentation 2: Les TTG se caractérisent par des rapports isotopiques du strontium proches de ceux du manteau 87Sr/86Sr

0,720

Croûte continentale post-archéenne 0,710

basaltes océaniques actuels 0,700 0,699

4 3 2 1 0 Cela implique que la source des TTG a été fondue partiellement peu après son extraction du manteau. Le strontium possède plusieurs isotopes naturels: 84Sr 86Sr 87Sr 88Sr L’un d’eux, le 87Sr, est "radiogénique"

87Rb 87Sr + βe- (T ≈ 50.109 ans)

Donc, dans toute roche, la quantité de 87Sr augmente avec le temps alors que celle de 86Sr reste constante. Le rapport 87Sr/86Sr augmente avec le temps - lentement dans le manteau qui est pauvre en Rubidium - plus rapidement dans la croûte qui est plus riche en Rubidium De plus, le Rubidium étant un élément « incompatible » se concentre dans les liquides lors des processus de fusion. 87Sr/86Sr

0,720

Séparation de la croûte continentale post-archéenne 0,710

basaltes océaniques actuels 0,700

0,699 Séparation des TTG archéennes

4 3 2 1 0 - Formation de premiers radeaux de croûte basaltique et komatiitique souvent recyclée dans le manteau.

- Convection rapide, 1ères subductions conduisant à la formation d'arcs d'iles et aux premiers continents.

(A. Meunier 2013, La naissance de la Terre, Dunod )

Les premiers noyaux continentaux seraient donc issus de l'accolement d'arcs insulaires séparés par les greenstone belts.

Mais l'originalité de la tectonique archéenne, est qu'aux mouvements horizontaux s'ajoutent des mouvements verticaux sans doute liée au contraste de densité entre les laves issues de la fusion du manteau. Lorsque des komatiites (densité = 3,3) se mettent en place sur de la croûte continentale de type T.T.G. (densité 2,7), un fort gradient inverse de densité se crée. Les komatiites s'enfoncent alors dans les TTG par une sorte de diapirisme:

C'est le processus de la "sagduction" La ceinture de Barberton illustre bien ce processus. Le craton du Kaapvaal constitue donc une région privilégiée pour l'étude de l'édification de la croûte archéenne.

- Roches les plus anciennes sont des orthogneiss tonalitiques TTG (3,6 – 3, 4 Ga). - Les ceintures de roches vertes ont des âges qui s'échelonnent entre 3,5 et 3,2 Ga. - Les grands batholites de granites potassiques se sont ensuite mis en place vers 3,1 Ga et sont intrusifs dans le socle granito-gneissique et les ceintures de roches vertes Ils pourraient dériver de l'interaction entre une source mantellique et un composant riche en éléments incompatibles issu de la fusion desTTG. (Thèse Oscar Laurent, Univ. Clermont-Ferrand 2012) Dans son ensemble, le craton est formé de multiples noyaux tels que celui de Barberton. Si ce noyau est stabilisé dès 3,1 Ga, la stabilisation de l'ensemble du craton n'interviendra que beaucoup plus tard.

De nombreux évènements (subductions, collisions) se produiront encore, engendrant des chaînes plissées ("zones mobiles"), à l'exemple de la "ceinture du Limpopo" (2,7 Ga) au préalable.

2- COUVERTURE DU CRATON DU KAAPVAAL:

Dès 3 Ga, le Kaapvaal est recouvert par des couvertures de plate-forme qui se déposent dans des bassins intracratoniques qui ne seront que peu déformés par la suite.

Ces bassins se caractérisent par la forte épaisseur des sédiments et par la fréquence d'un volcanisme bi-modal révélateur d'une lithosphère encore relativement mince. Nous nous limiterons à une présentation du super- groupe* du Witwatersrand, célèbre pour ses gisements d'or et appartenant encore à l'Archéen (2970-2710 Ma)

Et aborderons ensuite le complexe du Bushveld, intrusion magmatique paléo-protérozoïque (1920 Ma), un objet géologique exceptionnel.

Ces formations géologiques recèlent une part majeure des richesse minières de l'Afrique du Sud.

* subdivisions purement lithostratigraphiques utilisées en Afrique du Sud. Bushveld

Johannesburg Witwatersrand

Carte géologique du craton du Kaapvaal (Poujol in Moyen, 2007) Pour ce chapitre, je me réfère essentiellement aux descriptions de Jean-François Moyen.

Jean-François MOYEN Professeur, Université Jean Monnet Saint-Etienne "La crête des eaux blanches" A- Supergroupe du WITWATERSRAND en afrikaans Le Witwatersrand est un important bassin sédimentaire d'âge archéen. Probablement le bassin archéen le mieux conservé que l'on connaisse. Sa taille est inférieure à celle du Bassin parisien, mais il est deux fois plus épais (jusqu'à 7000 m de sédiments) Il renferme le plus important gisement mondial d'or: plus de 50000 tonnes d'or en ont déjà été extraites, représentant plus de 30% de la quantité totale d'or extrait dans toute l'histoire de l'humanité !. Il représente encore 40% des réserves mondiales. Le bassin contient aussi d'importantes réserves d'uranium sous forme d'uraninite (UO2). L'or se trouve sous forme de minuscules grains dans les couches de galets ou de conglomérats appelées "reefs". Les dépôts du Witwatersrand s'échelonnent de 2980 à 2710 Ma soit ~270 Ma (une durée comparable à celle du fonctionnement du Bassin parisien ) C'est un bassin intracontinental rempli de sédiments essentiellement détritiques déposés sous faible tranche d'eau. Les matériaux proviennent du socle archéen sous-jacent formé par l'association granite- greenstone belts.

L'or est effectivement présent (et exploité) dans les greenstone belts de Barberton et Murchison où il est lié au volcanisme basique, komatiitique notamment. Vue d'artiste du Supergroupe du Witswatersrand à la fin de la sédimentation Un paradoxe: L'origine de la minéralisation en or fait toujours débat !

Deux modèles s'affrontent:

1- modèle du placer: Dans ce cas l'or est transporté par les rivières et se dépose lorsque le courant est trop faible (densité de l'or ???)

Arguments: - morphologie des grains.

- datations (Os/Re) qui donnent des âges plus élevés que celui des dépôts (~ 3,01 Ga). 2- modèle hydrothermal: Dans ce cas l'or serait transporté par des fluides hydrothermaux chauds capables de le dissoudre dans les zones sources. Dans les conditions de l'époque: absence

d'oxygène libre, atmosphère riche en H2S, rôle possible de bactéries… Arguments: morphologie des grains ! (Il y a aussi des grains à formes dendritiques) Alors ?

Un modèle hybride est à présent envisagé: l'or des placers aurait été reconcentré après dépôt par des circulations de fluides…ce qui pourrait aussi expliquer l'extraordinaire concentration de la ressource (jusqu'à 1 Kg/tonne dans le Kimberley reef !) Les concentrations en Rhénium et Osmium plaident en faveur d'une origine mantellique via le magmatisme komatiitique. Ce qui n'exclut pas une remo- bilisation ultérieure des dépôts sous l'influence de circulations de fluides chauds, par exemple lors de la mise en place des plusieurs milliers de mètres de laves basiques du Ventersdorp supergroup (2700 Ma), qui recouvrent le Witwatersrand… (J. Kirk et al, Sciences 297 (2002) Le débat reste ouvert ! B - Le complexe du BUSHVELD

Objet géologique exceptionnel: le plus grand complexe magmatique basique lité au monde. D'une surface de 66000 km2 (300 km d'Est en Ouest, 200 km du Nord au Sud) et d'une épaisseur atteignant 7 à 10 km pour la seule partie basique. Il est daté de 2055 Ma pour la partie basique et 2053 Ma pour la formation granitique Des ressources minérales sans pareil: 90% des réserves mondiales de PGE (Platine, Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium) et d'énormes ressources en Cr (68% des réserves mondiales), Fe, Sn, Ti, V… J.F. Moyen, 2007

Partie basique litée "Stratigraphie"

- Zone inférieure: roches ultrabasiques (harzburgites (Ol + Opx)) - Zone "critique": gabbros et pyroxénites. Cr et PGE - Zone principale: gabbros et anorthosites

- Zone supérieure: gabbros et diorites

Cette succession représente la série de différenciation d'un magma primaire basaltique. Les processus cumulatifs ont une part essentielle dans la différenciation. S'y ajoutent les effets de venues magmatiques successives et des processus de mélanges. Origine du Bushveld: Ce complexe s'inscrit dans un contexte intra-plaque probablement lié à une remontée de l'asthénosphère qui génère les liquides basaltiques.

La partie granitique résulte sans doute de la fusion de la croûte moyenne réchauffée par les intrusions basiques. Quelques images… (extraites de J.F. Moyen, 2007)

Mine de Marula installée dans la zone critique sous les norites de la zone principale. Une vue d'ensemble du complexe montrant le pendage général des couches ce 10-15° vers le Sud (droite de l'image) Zone inférieure. Cumulats ultrabasiques. Même localisation: cumulat ultrabasique ~50% olivine – 50% pyroxène Cumulat dunitique (zone inférieure) LPNA - LNA Zone critique: les multiples strates correspondent à autant de séquences cumulatives (péridotites, pyroxénites, norites, anorthosites). Les norites constituent les cuestas. Les séquences sont parfois séparées par un horizon de chromitite (principale source des PGE) Base d'un cycle magmatique: horizon de chromitite. Norite à structure cumulative: Opx automorphe et plagioclase intertitiel Anorthosite litée: Les anorthosites constituent les termes les plus évolués de la zone critique. Plagioclas automorphe, pyroxène interstitiel. Pyroxénite

Chromitite

Anorthosite

Région de Burgersfort. Le niveau de chromitite UG3 Site de Dwars River (Eastern Bushveld). Classé monument national. Alternances de chromitites (UG1) et anorthosites. Dwars River, détail Zone principale: Gabbros lités. Gabbro (norite)de la zone principale. LPNA Id, LPA. Plagioclases automorphes en inclusions dans les pyroxènes Zone supérieure (1,5 km épaisseur). Gabbros + clairs évoluant vers des diorites (séquence de différenciation in situ d'un gros volume de magma). Niveaux minéralisés et exploitation minière

L'essentiel de la production vient de quelques niveaux minéralisés ("reefs"), avec des teneurs de quelques grammes par tonne. - La plupart sont situés dans la zone critique (chromitites).

- Les platinoïdes apparaissent en général sous la forme de gouttelettes de sulfures qui semblent piégées lors de la cristallisation de la roche. Chromite dispersée dans une norite du "Merensky reef", LPNA "Platreef"

Mine de PPRust (Bushveld Nord). Niveau exploité: Platreef (base de la zone principale) Mine de PPRust

Panorama du Bushveld (vue vers le Sud-Est). Pendage général des couches 10-15° vers le Sud. Le cratère de VREDEFORT

35 millions d'années après la mise en place du complexe du Bushveld, une gigantesque météorite, de 10 à 15 km de diamètre, percute la Terre. L'impact forme le dôme de Vredefort. Avec un diamètre de 300 km, c'est le plus grand cratère météoritique connu sur Terre. C'était aussi, avec un âge de 2023 Ma, le plus ancien cratère d'impact connu sur terre avant la découverte, en 2012, du cratère de Maniitsoq au Groënland (environ 3000 Ma) Dôme de Vredefort vu de l'espace (Cliché NASA)

Formation d’un cratère complexe [Reimold and Gibson,2005] in J.F.Moyen, 2007 (a) Creusement du cratère “transitoire” et forma- tion des liquides d’impact.

(b) Rebond et projection d’ejectas.

(c) Rebond, formation du bombement central, et dépôt de la couverture d’ejectas et de liquides autour du cratère.

(d) Effondrement des lèvres du cratère. L’ensemble de la séquence ne dure pas plus de quelques minutes.

La structure de Vredefort correspond au seul bombement central. La chaleur produite au point d'impact est suffisante pour fondre d'importants volumes de roches produisant des brêches spectaculaires

(ENS Lyon)

Ces matériaux peuvent même s'injecter dans les fractures des terrains encaissants

Photographies Pierre Thomas, ENS Lyon La structure de Vredefort pourrait être la cause de la préservation du bassin du Witswatersrand, et de ses dépôts aurifères. En les cachant dans une grande dépression, l’impact aurait pu contribuer à les protéger de l’érosion ultérieure. Le Bassin du Witswatersrand forme effectivement une synforme ovoïde, centrée sur le dôme de Vredefort.

A timeline of the earth's geological history, with an emphasis on events in Southern Africa. W indicates when the Witwatersrand supergroup was laid down, C the Cape supergroup, and K the Karoo Supergroup. The graph also indicates the period during which banded ironstone formations were formed on earth, indicative of an oxygen- free atmosphere. The earth's crust was wholly or partially molten during the Hadean Eon; the oldest rocks on earth are therefore less than 4000 million years old. One of the first microcontinents to form was the Kaapvaal Craton. (Wikipédia) A schematic diagram of a NE (left) to SW (right) cross-section through the 2020 million year old Vredefort impact crater and how it distorted the contemporary geological structures. The present erosion level is shown. Johannesburg is located where the Witwatersrand Basin (yellow layer) is exposed at the "present surface" line, just inside the crater rim, on the left. Not to scale. (Wikipédia) 3- LE CRATON OUEST AFRICAIN Le craton ouest africain est constitué par un substratum archéen et paléo-protérozoïque partiellement couvert par des sédiments d'âge néo-protérozoïque à actuel.

Il couvre une surface de l'ordre de 4 500 000 km2

Stable depuis environ 1,8 Ga, il est bordé de toutes parts par des chaînes plissées d'âge néo-protérozoïque (Pan- africain) à hercynien. Deux domaines d'affleurement du socle cristallin:

- Au Nord: la Dorsale Reguibat.

- Au Sud: la Dorsale de Léo. Archéen à l'Ouest, protérozoïque à l'Est.

Toute la partie centrale occupée par l'immense bassin de Taoudéni dont les formations sont essentiel- lement d'âge néo-protérozoïque et paléozoïque. Un paysage typique de l'Ouest africain. Ici Dorsale Reguibat (Mauritanie). Reg très plat. Très rares reliefs (ici Temmimchate Ghallaman: probable impact météoritique) Sans commentaire… A- L'ARCHÉEN

1- Dans la Dorsale de Léo, il est surtout présent en Sierra Leone, au Libéria et en Côte d'Ivoire.

Il se caractérise par un vieux socle formé de séries granito-gneissiques métamorphisées dans le faciès granulite, comprenant aussi des séries supracrustales associées à des roches vertes. Equivalent des TTG-greenstones d'Afrique australe ??? Les âges varient de 3150 à 2960 Ma Se déposent ensuite des pélites et laves basiques dont le méta- morphisme, de degré faible à moyen, s'achève par la mise en place de granitoïdes entre 2850 et 2750 Ma. 2- Dans la Dorsale Réguibat, il affleure essentiellement en Mauritanie dans l'Amsaga et le Tasiast.

Il se caractérise aussi par des formations qui associent gneiss de haut degré de méta- morphisme âgées d'environ 3000 Ma et des greenstone belts.

Mais ce domaine se distingue surtout par l'importance des formations ferrifères (gneiss et quartzites ferrugineux) = "BIFs" LPNA

LPA Carte géologique de la Dorsale Reguibat B- LE PALÉO-PROTÉROZOÏQUE (Birrimien*)

Dans la Dorsale Reguibat comme dans la Dorsale de Léo, il est représenté par d'importantes séries volca- niques et sédimentaires peu métamorphiques, recoupées par d'importantes intrusions granitiques. Le volcanisme, tholéïtique et calco-alcalin, évoque des environnements de type arcs insulaires ou plateaux océaniques. * Birrim River (Ghana)

Les granitoïdes sont particulièrement développés en Mauritanie. Leurs caractères isotopiques Rb/Sr, Sm/Nd (Boher et al., 1992) impliquent un protolithe mantellique et l'absence de toute contamination par une croûte continentale archéenne.

Le Paléorotérozoïque d'Afrique de l'Ouest apparaît donc comme une période de croissance crustale particulièrement rapide, sans recyclage significatif de croûte archéenne.

Le craton Ouest Africain, stable depuis près de 1800 Ma, est bordé à l'Est par la chaîne Pan-africaine (Protérozoïque sup.) et à l'Ouest par la chaîne des Mauritanides d'âge paléozoïque inférieur (hercynien). Chaîne des Chaîne Mauritanides Pan-africaine Quelques images de la Dorsale Reguibat Arrivée à Zouérate, cité minière au pied de la "Kédia Ijil" (Quartzites à Hématite) Guelb el Rhein (Quartzites à magnétite). Moins riche en fer, ce minerai nécessite un enrichissement sur place. Birrimien: brêche volcanique andésitique, épi-métamorphique Birrimien: structures sédimentaires dans des quartzites épimétamorphiques Birrimien: calcaires épimétamorphiques Birrimien: volcanites acides (ignimbrites) Affleurement type des granites d'âge paléo-protérozoïque (Aïn Ben Tili) Granites ultimes (alcalins) 1800 – 1700 Ma Mon campement 1971 Mon campement 1974 Campement 1995: Guelb Tenoumer (1995): une structure d'impact météoritique. 4- ÉVOLUTION RÉCENTE DE L'AFRIQUE

Le volcanisme révélateur de "craquements" de la vieille plate-forme précambrienne Volcanisme cénozoïque

Volcanisme mésozoïque

Volcanisme paléozoïque

Cratons > 2 Ga

Complexes annulaires Carbonatites

Principaux évènements magmatiques d'après Kampunzu et Popoff, 1991) A partir du Protérozoïque supérieur l'Afrique appartient au Gondwana*

D'importantes manifestations volcaniques accompagnent la dislocation de cet ensemble

*Grande masse continentale au sein de laquelle elle est soudée à l'Amérique du Sud, l'Inde, l'Australie et l'Antarctique. 1- L'escarpement du Drakensberg (Natal)

Le Supergroupe du Karoo s'achève par la mise en place d'un gigantesque volume de laves basaltiques, signant la fracturation du Gondwana. Des régions étendues d'Afrique du Sud ont été recouvertes par ces coulées, maintenant largement érodées.

Le Drakensberg, d'âge jurassique (180 Ma) en est le plus bel exemple.

Il s'agit d'un empilement de multiples coulées basaltiques dont l'épaisseur totale atteint encore 1400 m et dont l'altitude sommitale atteint 3500 m

L'épaisseur totale avant érosion a sans doute dépassé 2000m

La formation du Drakensberg appartient typiquement à un ensemble de "trapps" qui marquent la dislocation du Gondwana. Ages des extinctions massives Ages trappsdes basaltiques

Drakensberg

Un peu plus tard, vers 120 Ma, une nouvelle phase de volcanisme fissural est à l'origine des magmas kimberlitiques qui constituent la principale source des diamants.

Ce sont des laves alcalines ultra-potassiques, d'origine profonde, mises en place en contexte continental intraplaque , riches en olivine et mica-K.

Elles se mettent en place à la faveur d'explosions liées

à l'exsolution du CO2 lors de la remontée du magma. Ces explosions ont lieu en profondeur.

Big Hole (Kimberley, South Africa)

Conditions P–T de formation des diamants des kim- berlites et de leurs inclusions, indiquant un contexte à la basede la lithosphère continentale (Norman & Whitfield, 2006) in J.F. Moyen 2007

2- La "ligne du Cameroun"

Un ensemble volcanique lui aussi probablement lié à l'ouverture de l'Atlantique et à un point chaud actif depuis plus de 140 Ma Le lac Nyos (altitude 1900 m) cratère d'un volcan inactif depuis 500 ans… et pourtant siège d'une terrible catastrophe en 1986 En août 1986, plus de 1700 personnes et des milliers de têtes

de bétail tuées par des émanations de CO2 …

La cause: des millions de mètres cubes de dioxyde de carbone dissous dans les eaux du lac et relâchées brutalement.

"La catastrophe silencieuse" (il n'y a pas eu d'éruption volcanique)

Profondeur du lac: 210 mètres

Émanations de CO2

La dissolution du CO2 est favorisée par une augmentation de pression Michel HALBWACH, Professeur à l’Université de Savoie (Chambéry) Principe du dégazage

3- Volcanisme lié aux rifts de l'Est Africain Ol Doinyo Lengaï

Kilimandjaro

Ol Doinyo Lengaï

Kilimandjaro L’Oldoinyo Lengaï (2960 m - Tanzanie)

Des laves exceptionnelles