Les modèles géodynamiques

Quelques modèles géodynamiques ont été proposés pour reconstituer la tectonique Brasiliano/Pan-Africaine entre les cratons du Congo et de Sao-Francisco.

Le modèle de Nsungani et al. (2012) (Fig.I.8) résume les principales étapes de construction des orogènes Ribeira (au sud de la chaîne Araçuaï) et Ouest Congo :

(i) Rifting aboutissant à l’océanisation du domaine compris entre les cratons de Sao- Francisco et du Congo (entre 800 Ma et 650 Ma : Heilbron et Machado, 2003 ; Pedrosa-Soares et al., 2008 ; Frimmel et al., 2011), avec formation de microblocs continentaux (« extensional allochtons » ?)

(ii) Convergence des deux cratons et début de subduction à vergence Est à partir de 650 Ma. Développement d’un magmatisme tonalitique à l’aplomb du plan de subduction ;

(iii) 590-560 Ma : Formation de la chaîne Ribeira et formation de nappes vers l’ouest sur le craton Sao Francisco. Mise en place de granites syn-cinématiques ;

(iv) 550-530 Ma : Enfouissement de la marge occidentale du craton du Congo (subduction à pendage ouest, mal contrainte, permettant le développement de paragenèses stables pour une pression d’environ 11 kbar dans les roches métamorphiques ouest-congoliennes). Mise en place de nappes vers l’ouest sur le craton du Congo ;

(v) 520-510 Ma : Stades ultimes de la convergence conduisant au développement d’une structure à double vergence (structure « en fleur ») ;

(vi) 510 Ma : Mise en place des granites post-collisionnels accompagnée d’une rééquilibration partielle en profondeur des assemblages métamorphiques jusqu’à 490 Ma.

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Figure I. 8. Schéma évolutif de la convergence néoprotérozoïque et cambrienne entre les cratons du Congo et de São Francisco. SFC : Craton de São Francisco ; Rib : Chaîne Ribeira ; CF : domaine de Cabo Frio ; OC : chaîne Ouest Congolienne ; CC : craton du Congo. D’après Nsungani et al. 2012.

Les données utilisées pour établir ce modèle résultent en grande partie des travaux menés dans la partie brésilienne de la chaîne. L’auteur invite au perfectionnement du modèle en intégrant les données pétro-structurales et géochronologiques issues de techniques modernes dans la partie africaine de la chaîne.

Bento dos Santos et al. (2015) proposent un modèle géodynamique dans la Province de Mantiqueira (MP) (Fig.I.9). L’histoire tectonique de cette zone comprend les étapes suivantes : (i) Dislocation du supercontinent Mésoprotérozoïque (Rodinia ?) entre 1.0 Ga et 0.9 Ga (Brito Neves et al., 1999 ; Cordani et al., 2003) suite à la remontée du manteau, l’amincissement de la croûte et au rifting continental (Fig.I.9a) ;

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(ii) Formation de l’océan Adamastor à ≥ 800 Ma dans un contexte de marge passive (Pedrosa-Soares et al., 20011) (Fig.I.9b) ;

(iii) Contexte de marge active avec subduction de la croûte océanique sous le craton du Congo et mise en place d’un magmatisme d’arc pré-orogénique induisant la formation de l’arc magmatique de type andin de Rio Negro entre 790 Ma et 610 Ma (Tupinamba et al., 2012) (Fig.I.9c) ;

(iv) Collision principale entre les blocs cratoniques Amazonien-Rio de la Plata-Paranapanema-Sao Francisco et le craton du Congo entrainant l’arrêt de la subduction entre 610 Ma et 590 Ma. Cet événement a été suivi par le développement du métamorphisme syn-orogénique et la mise en place de grandes intrusions magmatiques peralumineuses entre 590 Ma et 565 Ma (Fig.I.9d) ;

(v) Rupture du panneau plongeant (« slab break-off ») et remontée asthénosphérique dans la zone de fracture du slab entre 580 Ma et 555 Ma (Fig.I.9e) ;

(vi) Tectonique transpressive avec la formation de grandes zones de cisaillement dextre et le maintien pendant une longue période (570-520 Ma) du flux thermique élevé associé à l’activité magmatique sous-jacente (Fig.I.9f) ;

(vii) Mise en place du magmatisme calco-alcalin ou alcalin post-orogénique (incorporant parfois les fragments du panneau plongeant) dans la croûte moyenne ou inférieure pendant l’effondrement de la chaîne entre 525 Ma et 490 Ma suivie d’une relaxation et d’une stabilisation de la croûte entre 510 Ma et 475 Ma (Fig.I.9g).

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Figure I. 9. Proposition d’un modèle d’évolution géodynamique de la Province de Mantiqueira (Sud-Est du Brésil et Uruguay) pour la période de 1.0 Ga à 475 Ma. (a) stade de rifting continental ; (b) stade d’océanisation dans un contexte de marge passive ; (c) stade de subduction avec formation de l’arc magmatique de Rio Negro dans un contexte de marge active ; (d) stade de collision et principal événement syn-orogénique ; (e) stade de « slab break-off » suivi par une remontée asthénosphérique ; (f) stage de sous-placage magmatique ; (g) stade d’effondrement orogénique. Les flèches noires larges montrent le sens des mouvements relatifs des blocs cratoniques en termes de convergence ou de divergence. Les petites flèches vides montrent le sens du mouvement du « slab » plongeant.

Les quatre premières étapes proposées dans ce modèle sont quasiment identiques à celles proposées par Pedrosa-Soares et al. (2001) partant de la dislocation du Rodinia à la formation de la chaîne Brasiliano/Pan-Africaine.

Cutts et al. (2018) présentent quasiment le même schéma mais sur des intervalles de temps différents : (i) une collision entre 585 Ma et 560 Ma, et (ii) l’effondrement de la chaîne entre 535 Ma et 490 Ma. Ils érigent aussi un bassin arrière-arc bien développé, anormalement chauffé, entre l’arc de Rio Doce et le craton du Congo. Ceci leur permet de proposer une collision continent-arc-continent.

Fossen et al. (2017) associent la dynamique Brasiliano/Pan-Africaine à un orogène chaud contrôlé par des forces gravitationnelles (Fig.I.10), distinct des orogènes froids de types calédonides où la tectonique des plaques est évidente et marquée par de grands chevauchements.

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Figure I. 10. Coupe schématique illustrant l’évolution de la chaîne Araçuaï-West Congo pendant l’orogenèse Brasiliano/Pan-Africaine (Fossen et al., 2017).

Malgré les divergences sur les différents modèles d’évolution géodynamique proposés pour la chaîne Araçuaï-West Congo, l’implication des cratons du Congo et de Sao Francisco dans la le façonnement de la chaîne est indéniable. Toujours est-il que le modèle tectonique reflète la structure et l’histoire tectonique d’un orogène. Pour prendre part à ce débat, à l’échelle de la chaîne du Mayombe, nous allons nous focaliser sur les observations et les analyses pétro-structurales, géochimiques et géochronologiques à l’échelle de l’affleurement, de la lame et du minéral.

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« Milieu complexe, à la fois riche et fragile, le Mayombe représente bien ce type de moyenne

montagne que les contraintes propres au milieu tropical rendent difficile à connaître »

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