Les granitoïdes

Les granitoïdes affleurant de part et d’autre de la ceinture de roches vertes de Barberton présentent une exceptionnelle diversité en termes d’âge, de nature et de composition chimique (Figure 3.4). Ils sont présentés ici par ordre chronologique de mise en place.

Les plus vieux matériaux du craton du Kaapvaal sont représentés par des gneiss rubanés, affleurant surtout au Swaziland. Il s’agit des gneiss de Ngwane, de Tsawela et de Mhlatuzane, regroupés collectivement sous le terme de « Ancient Gneiss Complex » (AGC). Pétrographiquement, ils consistent en des tonalites et des trondhjémites, associées à des amphibolites, ayant subi plusieurs phases de déformation et de métamorphisme (Hunter et al., 1978). L’échantillon ayant livré l’âge de cristallisation le plus ancien (âge U–Pb SHRIMP) est une tonalite déformée, datée à 3644 ± 4 Ma (Compston & Kröner, 1988). Les autres âges de mise en place obtenus sur les gneiss de l’AGC sont un plus récents, s’étalant dans une large

gamme entre 3575 et 3250 Ma (Kröner et al., 1989 ; Kröner & Tegtmeyer, 1994 ; Zeh et al., 2009). D’autres témoins de l’existence de croûte très ancienne sont enregistrés par les gneiss de l’AGC sous la forme de zircons hérités datés à ~3700 Ma (Kröner & Tegtmeyer, 1994 ; Kröner et al., 1996) et d’âges modèles Nd compris entre 3700 et 4000 Ma (Compston & Kröner, 1988).

Sur tout le pourtour de la ceinture de roches vertes de Barberton, se trouvent de nombreux plutons de TTG dont la mise en place est clairement associée au développement de celle-ci. Ces plutons se sont mis en place au cours de trois phases successives :

(1) La première phase (3540–3510 Ma) est représentée par le développement du « pluton » de Steynsdorp, qui affleure à la bordure Sud-ouest de la ceinture de Barberton et qui ressemble beaucoup aux orthogneiss de l’AGC, dans la mesure où il présente une déformation très prononcée (Kisters & Anhaeusser, 1995). Il s’agit d’un ensemble composite, avec des âges s’étalant entre 3538 ± 9 Ma et 3490 ± 4 Ma (Kröner et al., 1996) ; au regard de ceux-ci, le pluton de Steynsdorp pourrait représenter un fragment de l’AGC.

(2) Les plutons de Stolzburg, Theespruit et Doornhoek, qui sont eux aussi intrusifs à la marge Sud-ouest de la ceinture de roches vertes, font partie de la seconde phase. Ils sont eux aussi affectés par la déformation (Kisters & Anhaeusser, 1995) et fournissent des âges U– Pb identiques, aux erreurs près, compris entre 3440 et 3450 Ma (Kamo & Davis, 1994 ; Armstrong et al., 1990 ; Kröner et al., 1991 ; Dziggel et al., 2002).

(3) La troisième et dernière phase (3250–3210 Ma) consiste en l’intrusion des plutons de Stentor, Nelshoogte et Kaap Valley. Contrairement aux précédents, ils affleurent plutôt sur la marge nord de la ceinture de Barberton et sont moins déformés, si ce n’est aux marges des intrusions. Le mieux daté de ces plutons est celui de Kaap Valley, mis en place entre 3220 et 3230 Ma (Armstrong et al., 1990 ; Layer et al., 1992 ; Kamo & Davis, 1994). Le pluton de Stentor est légèrement plus vieux (~3250 Ma) et les autres un peu plus jeunes (3210–3220 Ma) (Kamo & Davis, 1994). Il faut noter que le petit pluton de Dalmein, qui affleure plutôt au Sud de la ceinture (entre ceux de Steynsdorp et de Stolzburg), est contemporain de ce magmatisme (3215 ± 2 Ma ; Kamo & Davis, 1994), mais ne peut pas être rattaché à la série TTG puisqu’il s’agit d’une intrusion monzonitique à monzogranitique, donc beaucoup plus potassique. Son origine est néanmoins mal comprise.

FIGURE 3.4 : Nature et âge des granitoïdes au Sud-est du craton du Kaapvaal, dans la région de la

ceinture de roches vertes de Barberton. D’après Robb et al. (2006).

D’une façon générale, tous ces granitoïdes appartiennent à la série TTG, avec des rapports K2O/Na2O <1. Toutefois, les plutons de la première phase sont principalement des trondhjémites dont la composition est compatible avec la fusion de matériel mafique à haute pression (>2.5 GPa), alors que ceux de la seconde phase sont surtout des tonalites formées à plus faible profondeur (Anhaeusser & Robb, 1983 ; Yearron, 2003 ; Robb et al., 2006).

Une période de magmatisme très importante a eu lieu entre 3100 et 3050 Ma. A cette époque, se sont mis en place les vastes batholites de la suite GMS (pour Granite– Monzogranite–Syénite ; Robb et al., 2006) tout autour de la ceinture de roches vertes, représentant la majorité de la surface d’affleurement dans la région de Barberton. Il s’agit des massifs de Nelspruit, Salisbury Kop, Heerenveen, Mpuluzi et Pigg’s Peak, au sein desquels la phase principale est souvent un monzogranite porphyroïde. Ils sont nettement plus potassiques

Cover (<2600 Ma) Pongola Supergroup (3000-2900 Ma)

Greenstone lithologies (3500-3100 Ma)

"Ancient Gneiss Complex" Banded gneisses, amphibolites

TTG series(sodic granitoids) GMS series (potassic granitoids) High-Ca granites(I-type) Low-Ca granites (S-type)

Granitoid petrology Granitoid chronology 2800 - 2650 Ma 2900 - 2800 Ma 3000 - 3200 Ma 3250 - 3200 Ma 3500 - 3400 Ma 3700 - 3500 Ma 0 20 40 60 80 100 km

N

que les TTG, et certaines phases sont même des syénogranites et des syénites, tel que le petit massif de Boesmanskop. Leur mise en place a eu lieu majoritairement autour de ~3105 Ma (Kamo et al., 1990 ; Kamo & Davis, 1994), mis à part pour le batholithe de Pigg’s Peak qui, lui, est un peu plus récent (3074 ± 4 Ma ; Maphalala & Kröner, 1993). L’origine des granitoïdes de la suite GMS est mal contrainte, mais il est probable qu’ils dérivent de la fusion des TTG environnantes (Robb et al., 2006), ce que semble confirmer leur signature isotopique en Hf (Zeh et al., 2009).

Après une période de quiescence de plus de 200 Ma, au cours de laquelle se développe le supergroupe de Pongola (séquence volcano-sédimentaire, globalement mise en place entre 3000 et 2900 Ma ; Gold, 2006), de nombreux granitoïdes se mettent en place, formant de petits plutons (<25 km de diamètre) bien circonscrits s’étalant sur plus de 200 km le long d’un axe Nord–Sud. Ils appartiennent à deux suites distinctes (Meyer et al., 1994) :

(1) Des low-Ca granites, peralumineux (de « type S »), minéralisés (Sn notamment) et mis en place entre 2870 et 2820 Ma (Maphalala & Kröner, 1993) : les plutons de Sinceni, Godlwayo, Mooihoek, Mhlosheni et Spekboom. Il s’agit de leucogranites à biotite, occasionnellement associés à des faciès à deux micas, voire à tourmaline.

(1) Des high-Ca granites, métalumineux (de « type I »), légèrement plus jeunes puisque intrusifs entre 2755 et 2690 Ma (Maphalala & Kröner, 1993) : les plutons de Mpageni, Nzimane, Sicunusa, Kwetta, Ngwempisi, Hlatikulu et Mbabane. Par opposition aux précédents, ceux-ci sont constitués de granodiorites et de monzogranites plus ou moins porphyroïdes, à biotite et hornblende.