Stratigraphie et environnements de dépôts

La série stratigraphique du Francevillien, présente une puissance totale de 1000 à 2500 m. Elle est constituée de formations silicoclastiques-carbonatées non métamorphisées et peu déformées (Baud, 1954; Weber, 1968) nommées de la base au sommet : FA, FB, FC, FD, FE (Fig. II.14). Ces formations ont été définies dans le bassin de Franceville par Weber en 1968.

Chapitre II

Fig. II.14: Log stratigraphique sédimentologique synthétique des formations FA, FB, FC, FD et FE du bassin de Franceville. Les différentes hypothèses en termes d'environnement de dépôt y sont replacées pour les formations FA, FB et FC (modifié d'après Weber, 1968 et Ndongo, 2016).

Avant de passer en revue la succession stratigraphique du Bassin de Franceville, il convient de définir la signification du terme "ampélites" qui est propre à ce bassin.

Etat de l'art Les ampélites du bassin de Franceville:

Dans le bassin de Franceville, certains auteurs (Cosson, 1955, Weber, 1968, Azzibrouck, 1986, Gauthier-Lafaye, 1986) ont utilisé de manière pratique le terme "ampélite" pour qualifier les faciès de lutites noires, d’apparence homogène, riches en matière organique, qui sont difficiles à caractériser plus en détail en l’absence d’études pétrographiques poussées. Ce faciès a probablement été décrit par les premiers géologues (Barrat, 1895) qui étudiaient la géologie du "Congo Français" en référence avec les terres noires bitumineuses employées pour le traitement de la vigne (ampelos en Grec). Le débit en feuillets, la couleur noire, la présence possible de pyrite et les taches que ce faciès laisse sur les doigts lorsqu'il est soumis à l'altération, ont probablement conduit à sa dénomination encore largement utilisée par les entreprises minières (Comilog ; Areva) et de manière générale par les géologues Français. Cependant, Weber (1968), le premier auteur, précise la complexité et la variété minéralogique de ce faciès qui comprend des argilites, des argilites silteuses, des siltites ou encore des carbonates de manganèse plus ou moins riches en argiles. Tous ces faciès sont par ailleurs riches en matière organique et parfois en pyrite. Le terme approprié dans la littérature internationale serait donc celui de "black shale" (Swanson, 1961; Tourtelot, 1979; Vine, 1966; Vine and Tourtelot, 1970). Nous emploierons donc indifféremment ces deux termes dans la thèse, en fonction du contexte.

La Formation FA (Fig. II.14)

La Formation FA d'environ 1000 m d'épaisseur repose en discordance sur le socle archéen. Elle est essentiellement constituée de grès et de conglomérats. A la base, cette formation est formée d'un conglomérat lenticulaire d'environ 3 m d'épaisseur avec des galets de quartz (Weber, 1968). La série évolue ensuite avec des dépôts de grès conglomératique à grès moyen/fin, grossièrement granoclassés organisés en bancs pluri-métriques. Un litage en auge pluri-métrique peut être observé ainsi que des passées de granules. Plus haut dans la série, les bancs restent granoclassés mais peuvent être érosifs sur des niveaux pélitiques. Le sommet de la Formation FA est formé de grès fins alternant avec des niveaux pélitiques. Ces grès montrent des figures sédimentaires bidirectionnelles (Gauthier Lafaye, 1986; Pambo et al., 2006; Ndongo et al., 2016).

Les dépôts de la Formation FA seraient caractéristiques d’un environnement fluviatile évoluant vers un système deltaïque progradant vers le SE dans la partie nord-ouest du bassin de Franceville (Ndongo, 2016) et vers le NE plus au sud-ouest du bassin de Franceville (Weber, 1968). Ces dépôts passent ensuite à un système dominé par les marées au sommet du FA, avec un court retour au fluviatile à la transition FA-FB dans la zone de Mikouloungou (Haubensack, 1981; Gauthier-Lafaye et Weber, 1989; Gauthier-Lafaye et Weber, 2003; Pambo et al., 2006; Ndongo, 2016).

La Formation FB (Fig. II.14)

La Formation FB est divisée en deux membres : FB1 et FB2, eux-mêmes subdivisés en unités : FB1a, FB1b, FB1c, FB2a et FB2b. Mise à part l'unité FB2a qui est constituée de grès massifs, la série sédimentaire est principalement constituée de black shales (= ampélites; Mossman et al., 2005).

Chapitre II

Le Membre FB1

L'Unité FB1a d'environ 20-40 m d'épaisseur est constituée de pélites silteuses gris-verdâtres, finement litées, dépourvues de matière organique mais très riches en biotite détritique. Ce niveau est souvent un niveau repère appelé "siltite verdâtre" par les précédents auteurs (Weber, 1986; Azzibrouck, 1986; Gauthier-Lafaye, 1986).

L'Unité FB1b d'environ 100-150 m de puissance est caractérisée par une alternance de lits de grès fins à ciment dolomitique et de pélites plus ou moins enrichies en matière organique. On observe sur les premiers 30 mètres plusieurs niveaux de brèches syn-dépôts contenant des éléments de pélite, de dolomie et de granite. Les 30-40 m du sommet de cette unité sont plus gréseux et nommés "Grès intra FB".

L'unité FB1c d'environ 130 m d’épaisseur est constituée de trois niveaux :

- A la base, on observe des black shales (30 m) qui s'enrichissent en matière organique avec de rares passées gréseuses. On observe aussi quelques bancs de dolomie à la base.

- Au milieu, on observe un intervalle manganésifère (70 m) constitué de black shales carbonatées très riches en matière organique (10%; Mossman et al. 2005) et en manganèse avec des teneurs pouvant atteindre 30 % (Weber, 1968; Gauthier Lafaye et Weber, 2003). Cet intervalle est parfois recoupé par des bancs de grès fin à moyen (Weber, 1968; Gauthier-Lafaye et Weber, 2003). Il correspond au protore manganésifère qui constitue la roche mère des oxydes de manganèses latéritiques exploités par la COMILOG.

- Au sommet (30 m), apparaît un nouvel intervalle de black shales, perturbés par de petits lits de grès dans la partie supérieure.

Le Membre FB1 correspond à une des plus grandes accumulations de matière organique d'âge paléoprotérozoïque avec des teneurs pouvant atteindre 10-15 % (Mossman et al. 2005). La matière organique dans les black shales pourrait être de type kérogène ; elle est accumulée dans les argilites ou sous forme de bitume dispersé. On observe aussi dans l'unité FB1a des bitumes migrés (Cortial et al., 1990; Gauthier-Lafaye, 1986; Gauthier-Lafaye et Weber, 1989; Mossman et al., 2005). La matière organique aurait dépassé la fenêtre à gaz et serait donc hyper-mature (Mossman et al., 2005).

Membre FB2

L'Unité FB2a (100 m) est constituée de bancs métriques de grès microconglomératique à moyen, parfois granoclassés, à litage en auge. Ces grès apparaissent de façon brutale et érodent l'unité FB1c. Azzibrouck (1986) et Pambo (2004) notent la présence de HCS dans les bancs homogènes. Ces observations sont réfutées et réinterprétées comme des structures de rides symétriques par Parize et al., (2013).

L'Unité FB2b correspond à des argilites riches en matière organique à lits minces de grès fins à rides mourantes. C'est dans cette unité qu'ont été découverts les fossiles multicellulaires (El-Albani et al., 2010).

La formation FB a été interprétée de manière différente par les différents auteurs sans qu’un modèle définitif n’ait pu être établi.

Les dépôts du FB1a sont ainsi interprétés comme liés à un environnement intertidal restreint où les vitesses de courant sont inférieures à celles nécessaires pour former des rides (Azzibouck 1986; Ossa Ossa, 2010; Ndongo, 2016). Ndongo (2016) note cependant la présence de rares chenaux sous-aquatiques liés à de forts courants tractifs.

Etat de l'art L'Unité FB1b correspondrait à un approfondissement du bassin avec des dépôts subtidaux sur une pente douce (Ndongo, 2016; Onanga Mavotchy, 2016; Ossa Ossa, 2010; Pambo, 2004; Thieblemont et al., 2009), perturbés à la base par des dépôts de type débris flow (Weber, 1968; Azzibrouck, 1986) et associés à des courants turbiditiques (Azzibrouck, 1968) ou de tempête et de marée (Pambo, 2004; Ossa-ossa 2010). Les grès intra-FB seraient, quant à eux, d'origine turbiditique (Weber, 1986; Azzibrouck, 1986).

L'Unité FB1c est interprétée comme mise en place dans un milieu intertidal euxinique de très faible énergie (Weber 1968; Azzibouck 1986; Gauthier-Lafaye 1986; Thieblemont et al. 2009; Bouton et al. 2009; Ngombi-Pemba et al. 2014; Mavotchy 2016; Ndongo 2016). Une compartimentation par les failles conduirait à l'individualisation de sous-bassins qui seraient ainsi plus confinés et anoxiques et permettraient la précipitation du manganèse (Azzibrouck, 1986). Les bancs de grès recoupant cette unité sont peu détaillés dans la littérature et rapportés à des décharges terrigènes ponctuelles (Azzibrouck, 1986; Ossa-Ossa, 2010).

Le Membre FB2 est sujet à controverse. L'unité FB2a est interprétée comme des dépôts de tempêtes (Azzibrouck, 1986; Bouton et al., 2009b; Gauthier-Lafaye, 1986; Pambo, 2004; Pambo et al., 2006; Weber, 2011), ou deltaïques (El Albani et al., 2010; Ossa Ossa, 2010) ou encore turbiditiques distaux (Parize et al., 2013). L'Unité FB2b est interprétée comme appartenant à un milieu d’offshore (Azzibrouck 1986; Parize et al. 2013) ou subtidal (El Albani et al. 2010 ).

La Formation FC (Fig. II.14)

Cette formation est composée de jaspes et de dolomie à stromatolithes déposés dans un environnement marin ouvert peu profond à évaporitique, associé à un climat chaud et aride (Amard and Bertrand-Sarfati, 1997; Preat et al., 2011; Weber, 1968). Cependant, Preat et al, (2011) montrent que les jaspes de la Formation FC sont, par endroit, latéralement synchrones aux dolomies supérieures de la Formation FB, ce qui remet en cause le caractère isochrone de la Formation FC qui, dans ce cas, ne représenterait plus un marqueur stratigraphique tel que proposé par Weber (1968).

Les Formations FD et FE

La Formation FD est composée de dépôts volcano-sédimentaires dominés par des ampélites déposées dans un domaine marin profond (Weber, 1968; Moussavou et Edou-Minko, 2006). La Formation FE correspond quant à elle à des grès alternant avec des ampélites et interprétée comme une régression (Weber, 1968).