Vicky Bouénitela

Doctorante

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  2. Sujet de thèse

Adresse

Equipe T4
Géosciences-Rennes
BAT 15, Pièce 127, Campus Beaulieu
Université de Rennes 1
35042 RENNES cedex

Sujet de thèse

Sujet : Le domaine Paleoproterozoïque (éburnéen) de la chaine du Mayombe (Congo-Brazzaville) : son origine et son évolution tectono-métamorphique
Directeur : Michel BALLEVRE
Co-directeur : Florent BOUDZOUMOU

Résumé de la thèse :

La chaîne du Mayombe est une portion de la chaîne Ouest-congolienne qui s’étend du Gabon à l’Angola (Fig.1) sur environ 1000 km (Boudzoumou, 1986 ; Vicat et Pouclet, 2000). Cette vaste chaîne résulte de la collision entre les cratons du Congo et de Sao-Francisco (Brésil) lors de la formation du Gondwana occidental à la fin du Néoprotérozoïque (Tack et al., 2001 ; Noce et al., 2007 ; Nsungani, 2012).

Au Congo, la chaîne du Mayombe est constituée d’unités d’âge paléoprotérozoïque et néoprotérozoïque charriées vers l’Est sur le socle archéen du Chaillu. Son origine et son évolution géodynamique ont longtemps été l’objet de diverses controverses et interprétations. Elle a d’abord été interprétée comme une chaîne de collision kibarienne (1100-1000 Ma) à peine réactivé au panafricain (Vellutini et al., 1983). Ensuite comme une chaîne unique édifiée au panafricain (Hossié, 1980 ; Boudzoumou, 1986).
 

La chaîne ouest-congolienne (Affaton et al., 2015, modifié) - © Affaton

Il faut noter que jusque-là les différents découpages lithostratigraphiques n’ont été faits qu’en se basant sur des analyses structurales. Depuis les travaux sommaires menés par Hossié en 1980 sur le métamorphisme, aucune étude pétrographique spécifique du métamorphisme utilisant les techniques modernes n’a été faite dans la chaîne du Mayombe en général et dans le domaine paléoprotérozoïque en particulier. Les données connues sur les conditions de pression et de température du métamorphisme dans la chaîne du Mayombe mettent en évidence des températures variant entre 475°C et 550°C pour une pression de 5 kbar (Mpemba-Boni, 1990) ; ce qui ne reflète pas l’ensemble des paragenèses répertoriées dans la chaîne du Mayombe.

Les récents travaux de cartographie menés dans le Mayombe par les géologues du BRGM ont permis d’apporter des éléments de réponse à cette problématique à travers les données structurales, géochimiques et géochronologiques. Cette étude a permis de redéfinir les différentes subdivisions lithostratigraphiques. Ainsi, les formations du Mayombe ont été regroupées en deux supergroupes qui sont, du plus ancien au plus récent : le supergroupe de la Loemé et le supergroupe ouest-congolien. Le supergroupe de la Loemé qui fait l’objet de cette étude est constitué de roches métamorphiques ortho et paradérivées d’âge paléoprotérozoïque dont le contexte structural est rattaché à deux évènements orogéniques majeurs : l’orogénèse éburnéenne (2000 Ma, Djama et al., 1992) et l’orogenèse panafricaine (630-510 Ma, Dianzenza-Ndefi, 1983 ; Gioan et Vicat, 1987). La juxtaposition de ces deux orogenèses dans le temps et dans l’espace suscite des interrogations sur l’impact de l’orogenèse panafricaine sur les unités paléoprotérozoïques. Bien que les données structurales montrent une remobilisation des unités paléoprotérozoïques de la chaîne du Mayombe pendant l’orogenèse panafricaine, l’influence de la déformation panafricaine sur l’évolution du métamorphisme dans ces unités n’est pas établie du fait que les relations entre les différentes phases de déformation et les paragenèses métamorphiques sont mal contraintes.

De ce fait, les questions qui se posent sont de savoir :
- si l’évolution métamorphique des unités paléoprotérozoïques reflète la superposition de la déformation panafricaine sur les structures héritées de la déformation éburnéenne ?
- quel est l’impact du métamorphisme panafricain, s’il existe sur les paragenèses métamorphiques éburnéennes ? Pour répondre à ces questions, il est donc nécessaire de caractériser l’orogenèse éburnéenne, dont l’origine et l’évolution géodynamique restent encore mal contraintes. C’est dans cette optique que s’inscrivent nos travaux de recherche.

Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser le domaine paléoprotérozoïque de la chaîne du Mayombe et d’en proposer un modèle évolutif de l’éburnéen au panafricain à partir d’une approche pluridisciplinaire basée sur les données de terrain et des analyses géochronologiques et géochimiques. Notre zone d’étude se localise sur la feuille de Dolisie de la carte géologique du Congo levée au 1/200 000 (Fullgraf et al., sous presse). Elle s’étend sur environ 1000 km2 et comprend les unités constituant le groupe de la Loukoula et le groupe de la Bikossi entre lesquels s’intercale la suite granitoïdique de Bilinga comprenant : la métatonalite de Bilinga et Bilala et la métagranodiorite de Les Saras. Le travail effectué dans cette zone porte sur :

L’intégration des données géochronologiques, issues des techniques modernes de datation, dans le débat sur l’évolution géodynamique de la chaîne du Mayombe a conduit à la mise en évidence des unités d’âge paléoprotérozoïque (granodiorite de Les Saras datée à 2 Ga : Mpemba-Boni, 1990) en intrusion dans des formations qui ont été longtemps cartographiées comme étant d’âge néoprotérozoïque (ancienne série de la Loukoula ou Ncessé). Ainsi, la nécessité d’apporter de nouvelles contraintes géochronologiques dans l’ensemble des unités de la chaîne du Mayombe s’est faite pressante.

- l’analyse de la déformation.

Cette analyse est basée sur les données de terrain et sur l’étude pétrographique des lames minces au microscope. Deux missions de terrain de 25 jours chacune ont été réalisées dans le Mayombe au Congo. Les observations faites sur le terrain nous ont permis d’identifier au moins deux styles de déformation. Un premier style caractérisé par des faciès témoignant de la fusion partielle des roches avec des directions de foliations moyennement pentées (17 à 30°) variant entre N46 et N70. La crénulation affectant ces unités présente des axes dont l’orientation varie énormement : N170, N18, N48. Le second style est caractérisé par des faciès « non fondus » présentant une foliation variant entre N100 et N175 globalement pentée vers le SW. L’ensemble s’organise sous forme de plis à vergence NE. Des marqueurs de cisaillement ont été observés avec un mouvement globalement top NE chevauchant.

- l’identification des différentes paragenèses métamorphiques.

Elle se fait à l’échelle macroscopique et microscopique. Environ 180 lames minces d’échantillons prélevés dans la zone d’étude ont été observées. Ces observations nous ont permis de distinguer deux principales paragenèses dans les unités paléoprotérozoïques : celle à Grt-Bt±Chl (M1) : métatonalite de Guéna et celle à Ms-Bt-Chl (M2) : micaschiste sur l’ancienne voie ferrée (E083E).

- l’estimation des conditions pression-température des différentes paragenèses métamorphiques.

L’analyse à la microsonde électronique du grenat des unités paléoprotérozoïques (groupe de la Loukoula, métatonalite de Bilinga et Bilala) présentent des profils dont les teneurs en spessartine sont >5 % (correspondant plutôt à des unités de basse à moyenne température). Les données de terrain (laissant penser à la fusion partielle : gneiss de la carrière de Bilala et gneiss de la Loukénéné) vont être mises en parallèle avec les données analytiques pour mieux contraindre les conditions pression-température dans les unités paléoprotérozoîques de la chaîne du Mayombe.

-  la datation des différentes phases métamorphiques

Elle se fera en couplant les méthodes U-Pb sur zircon et Ar-Ar sur biotite, muscovite et amphibole. La méthode U-Pb sur zircon permettra de dater la mise en place des granitoïdes paléoprotérozoïques de la suite de Bilinga et les granitoïdes néoprotérozoïques de Mfoubou et Mont Kanda. La méthode Ar-Ar sur les micas et les amphiboles permettra quant à elle de dater la déformation et de préciser si le système éburnéen a été ré-ouvert au panafricain. Pour ce faire, 28 échantillons de roches prélevés dans les groupes de la Loukoula et Bikossi, dans les granitoïdes paléoprotérozoïques, ainsi que dans le complexe basique de Nemba et dans les granitoïdes néoprotérozoïques ont été sélectionnés pour faire ces datations. A ce jour, les séparations des minéraux sont en cours.

-  la proposition d’un modèle d’évolution tectono-métamorphique des unités paléoprotérozoïques.

Il sera proposé après compilation des données pétrologiques, géochronologiques et géochimiques. Avec le schéma ci-dessous, nous cherchons à mettre en évidence la polycyclicité du métamorphisme dans le socle avec un premier cycle pression-température correspond au métamorphisme M1 pouvant être rattaché au cycle éburnéen. Le second correspondant à un métamorphisme M2 associé soit au cycle éburnéen suivant le trajet retrograde soit au cycle panafricain. Les unités néoprotérozoïques sont monocycliques et présentent une nette variation de l’intensité du métamorphisme d’Est en Ouest.
 

Hypothèses sur les chemins P-T possibles dans les unités paléoprotérozoïques et néoprotérozoïques de la chaîne du Mayombe