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