GEOCHRONOLOGIE DES ROCHES METAMORPHIQUES ET PLUTONIQUES DU SUD DU OUADDAÏ
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DU SUD DU OUADDAÏ
Introduction
L’objectif de ce chapitre est de déterminer (i) l’âge des sources des protolithes des roches métasédimentaires, (ii) l’âge de mise en place des roches magmatiques et (iii) l’âge du métamorphisme des roches exposées dans la partie méridionale du massif du Ouaddaï. Pour ce faire, des analyses isotopiques U-Pb sur zircon sélectionnés ont été effectuées sur trois (03) échantillons de quartzite (GB15-7, GB15-25 et GB15-1B), et quatre échantillons de roches plutoniques (leucogranite à biotite GB16-5, leucogranite à muscovite GB15-12, granite à biotite GB15-20A et monzonite à pyroxène GB16-35). Dans le but de déterminer l’âge du métamorphisme, les analyses isotopiques U-Th-Pb sur monazite en lame mince ont été effectuées sur un échantillon de métapelite (GB16-3A). Les résultats des analyses sont reportés en annexe (tableaux 2, 3, 4, 5, 6 et 7).
Figure VI.1: Carte géologique de la partie méridionale du massif du Ouaddaï avec le
positionnement des échantillons datés.
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2.1 Quartzite à phengite
Les grains de zircons issus des images MEB (microsonde électronique à balayage) et cathodoluminescences des échantillons de quartzite à phengite (7, 25 et GB15-1b) sont caractérisés par des formes variées (figure VI.2 ou figure 4, 5 et 6 en annexe). Certains sont allongés à bordures sub-arrondie, plus ou moins émoussées indiquant une origine détritique. Certains de ces grains détritiques et d’autres présentent des zonations oscillatoires suggérant une cristallisation au sein d’un magma origine magmatique (Corfu, 1995). Les zircons de l’échantillon GB15-25 sont marqués par des zones de dissolution recristallisation tandis que ceux de GB15-1b, sont caractérisés par des cœurs hérités à bordure plus ou moins fracturée. Ces roches sont caractérisées par des âges apparents 207Pb/206Pb qui s’étalent entre ca. 2,6 à ca. 0,6 Ga. Dans les diagrammes concordia, ces échantillons se caractérisent par des âges discordants, fortement affectés par la perte de plomb et s’étalant entre ca. 2,6 Ga et ca. 1.0 Ga (figure VI.3). Ces âges sont interprétés comme celui des roches sources qui ont été érodées et constituent la source des sédiments protolithes des quartzites. Ces zircons detritiques sont caracterisés par des rapports élevés en Th/U typiques d’une cristallisation magmatique (tableau 2, 3 en annexe). Seul un de ces trois échantillons donne un âge concordant de 602 ± 3 Ma sur les bordures des grains de zircon et des âges discordants qui s’etalent jusqu’à ca. 620 Ma. Ces tranches d’âges correspondraient potentiellement à l’âge du métamorphisme reconnu dans le Pan-Africain et sont caracterisés par des rapports Th/U faibles typiques d’une cristallisation métamorphique (tableau 2, 3 et 4 en annexe).
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Figure VI.2: Images MEB et cathodoluminescence de quelques grains de zircons
représentatifs des quartzite à phengite (GB15-7, GB15-25 et GB15-1B) avec des âges apparents 207Pb/206Pb et des rapports 176Hf/177Hft.
Figure VI.3: Diagramme concordia des quartzites à phengite de la partie méridionale du
Ouaddaï.
Géochronologie U-Pb sur zircon des roches plutoniques
Les grains de zircon de roches plutoniques sont caractérisés par des formes allongées à terminaisons plus ou moins prismatiques (figure VI.4 ou figure 7, 8 et 9 en annexe). Le leucogranite à biotite montre des cœurs hérités et présente des zonations oscillatoires tandis que le leucogranite à muscovite (GB15-12) montre une texture interne caractérisée par des fractures associées à des zones de forte luminescence et des zones sombres, typique des
137 zircons métamictes. Ces roches sont caractérisées par des âges apparents 207Pb/206Pb qui s’étalent entre ca. 2,9 Ga et ca. 0,6 Ga (leucogranite à biotite) et entre ca. 0,8 Ga et ca. 0,5 Ga pour le leucogranite à muscovite (tableau 5, 6 et 7 en annexe). Dans les diagrammes concordia (figure VI.5), le leucogranite à biotite est caractérisé par des âges U-Pb sur zircon discordants avec des intercepts supérieurs entre ca. 3,0 Ga, ca. 2,6 Ga et ca. 2150 Ma. Ces âges correspondent aux âges des roches qui ont partiellement fondu à la source de ce granite. L’âge concordant de 635,4 ± 2,5 Ma (MSWD = 1.3) représente l’âge de cristallisation pour ce leucogranite avec des rapports Th/U relativement élevés entre 0,14-4,01. Notons que la présence de zircons hérités d’âges archéens à paléoprotérozoïques obtenus sur ce leucogranite, témoingnent de sa source sédimentaire. Le leucogranite à muscovite est également affecté par la perte du plomb mais caractérisé par l’absence de zircons hérités. Les âges obtenus sur ces zircons metamictes sont en général imprécis et difficilement
interprétables mais quelques grains donnent un âge concordant de 613 ± 8 Ma (MSWD =
0,16) cohérent avec les âges reconnus pour les roches plutoniques dans la Ceinture Orogenique Pan-Africaine d’Afrique Centrale. Cet âge pourrait être interprété comme l’âge de cristallisation du leucogranite. Des rapports Th/U compris entre 0,19 et 1,84, soulignent une origine magmatique pour cet échantillon.
Le granite à biotite est caracterisé par des zircons aux cœurs hérités donnant un intercept supérieur ou spots concordants à ca. 1,05 Ga (figure VI.6a) et des zircons à bord magmatiques donnant un intercept inferieur avec un âge concordant à 538 ± 5 Ma (figure VI.6b), interpété comme l’âge de cristallisation. La monzonite à pyroxène est caractérisée par quelques rares zircons non zonés avec des âges 206Pb/238U discordants entre 504 ± 28 et 544 ± 31 Ma (figure VI.6c). Les rapports Th/U sont très élevés entre 3,8 à 6,8.
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Figure VI.4: Images cathodoluminescence et MEB de quelques grains de zircons représentatifs
de leucogranite à biotite (GB16-5) et de leucogranite à muscovite (GB15-12) avec des âges apparents 207Pb/206Pb et des rapports 176Hf/177Hft .
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Figure VI.5: diagramme concordia de roches plutoniques ( leucogranite à muscovite
(GB15-12) et de leucogranite à biotite (GB15-5).
Figure VI.6: Diagramme concordia de roches plutoniques ( granite à biotite (GB15-20A) et de
monzonite à biotite (GB16-35).
Géochronologie U-Th-Pb sur monazite de roche métasédimentaire
4.1 Métapelite GB16-3A
La méthode de datation chimique U-Th-Pb sur monazite a été appliquée à un échantillon de métapelite de Modo. Les monazites de cet échantillon (figure VI.6) se présentent sous forme de petits cristaux en inclusion dans la phengite. Ces monazites ont une forme quelconque à terminaison sub-arrondie et anguleux. Les données analytiques, présentées sur
140 le tableau 8 en annexe, sont caractérisées par des teneurs en U variant de 0,010 à 0,017%, en Th de 3,210 à 5,289% et en Pb de 0,134 à 2,50%. Ces valeurs, ont permis de calculer des âges qui s’étalent entre ca. 435 et 760 Ma. Les analyses statistiques de la distribution des âges, montrent trois pics qui s’étalent entre 697 Ma, 627 ± 6 Ma et 500 ± 18 Ma (figure VI.6). L’âge moyen présentant une forte densité (627 ±6 Ma) pourrait probablement être l’âge du pic métamorphique associé à la déformation D2. Les autres âges correspondraient soit à des artefacts ou soit à des évenements géologiques dont la signification reste à determinée.
Figure VI.6: Image de monazites observées à la microsonde électronique à balayage de
l’échantillon de métapelite GB15-3 montrant les points analysés et les âges en Ma, diagramme montrant une analyse statistique de la distribution des âges de monazites d’un échantillon de métapelite (GB16-3A).
Synthèse des données isotopiques U-Pb/Zircon et U-Th-Pb/Monazite
Les trois échantillons de roches métasédimentaires datées, se caractérisent par des zircons hérités qui donnent des âges discordants attribués à une perte de Pb avec des intercepts supérieurs de ca. 2,6 Ga, et ca. 1,0 Ga et par un âge concordant de 602 ± 3 Ma (U-Pb sur zircon) déterminé à partir de quelques analyses de l’échantillon GB15-7 et un âge de 627 ± 6 Ma (U-Th-Pb sur monazite) de l’échantillon GB16-3A. L’âge de 602 ± 3 Ma est attribué
141 à l’âge du métamorphisme, associé à la déformation D1 et l’âge de 627 ± 6 Ma (U-Th-Pb/monazite), correspondrait à celui du métamorphisme associé à la déformation D2. Ce dernier est semblable à ceux obtenus dans la Ceinture Orogénique Pan-Africaine d’Afrique Centrale (COPAC) au Cameroun de 620 ± 10 et 623 ± 4 Ma, 618 ± 7 Ma (U-Pb sur zircon) par Penaye et al.,(1993) ; Stendal et al., (2006) ; Toteu et al., (2006b ) et Owona, (2008); de 622 ± 43 et 653 ± 29 Ma (U-Th-Pb sur monazite) par Yonta et al, (2010) dans la Ceinture Orogénique d’Afrique Centrale (COAC) au Cameroun.
Les deux leucogranites montrent des âges de cristallisation respectivement de 613 ± 8 Ma pour le leucogranite à muscovite et 635 ± 2 Ma pour le leucogranite à biotite. Ce dernier, montre des âges sources très discordants autour de ca. 3,0 Ga et ca. 2,1 Ga, comparables à ceux de quartzites et des paragneiss qui pourraient représenter des équivalents des roches ayant partiellement fondu pour générer les magmas granitiques ainsi une origine métasédimentaire.
Le granite à biotite et la monzonite à pyroxène sont caracterisés par des âges de cristallisation respectivement de 538 ± 5 Ma et 540 Ma.
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CHAPITRE VII:
TRAÇAGE ISOTOPIQUE LU-Hf DE LA CROISSANCE ET DE LA REMOBILISATION DE LA CROUTE EXPOSEE AU SUD DU OUADDAÏ
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CHAPITRE VII: TRAÇAGE ISOTOPIQUE LU-Hf DE LA CROISSANCE ET DE LA