Stucture des formations du Groupe de la Loémé

Les affleurements des formations appartenant au Groupe de la Loémé se localisent dans les environs des villages de Bilinga, Bilala et Nkougni. Ils sont constitués de paragneiss, d’orthogneiss recoupés par des dykes d’amphibolites (Fig.III.22). La déformation est marquée par des plis comme en témoignent la foliation dans les gneiss.

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Figure III. 22. Localisation sur la carte géologique de la zone d’étude des principaux affleurements présentant les différentes lithologies du Groupe de la Loémé (orthogneiss : carrière de Bilinga, Paragneiss : rive de la Loémé au Nord de Bilinga et Amphibolite : Gare de Nkougni).

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3.5.1 Analyse des structures dans les gneiss du Groupe de la Loémé

Quelques points d’affleurement ont été choisis pour mettre en évidence les différentes structures dans les formations géologiques constituant du Groupe de la Loémé.

a. Le gneiss de la gare de Nkougni

L’affleurement localisé à environ 200 m de la gare de Nkougni montre une foliation gneissique soulignée par des plis isoclinaux transportés vers le NW et repris par la schistosité de crénulation S2 (Fig. III. 23). Localement on y observe des failles inverses.

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b. Le gneiss de la rive de la Loémé

L’affleurement au bord de la Loémé montre des gneiss plissés (Fig.III.24) témoignent d’un raccourcissement quasi-E-W et d’un transport de matériaux dans la direction N-S voire NNW-SSE auquel s’associe une seconde phase de plissement.

Figure III. 24. Photographies montrant le pli isoclinal tronqué dans le gneiss de la Loémé

.

3.5.2 Analyse structurale de l’orthogneiss de Bilinga et des roches associées

Le massif de Bilinga affleure à environ 1 km du village de Bilinga dans l’ancienne carrière de granulats. L’ensemble présente une foliation moyenne orientée N8 avec un pendage de 28° vers l’ouest. L’orthogneiss est intrudé par des veines de pegmatite qui sont plissées dans le plan de foliation (Fig.III.25a-c). Ces veines sont ensuite microplissées et présentent un alignement des minéraux phylliteux qui recoupe obliquement la foliation (ou S1) (Fig.III.25c) suivant la direction N150. Localement, on observe une schistosité de crénulation affectant la foliation principale (Fig.III.25d). Les axes de crénulation s’orientent suivant les directions N100, N124, N130 et N150 (suivant la courbure du pli associé à S1). Cette crénulation est postérieure à la mise en place et au plissement de certaines veines de quartz.

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3.5.3 Analyse structurale de l’orthogneiss de Bilala et des roches associées

Le massif orthogneissique de Bilala se caractérise par une superposition de structures plissées moulées dans une foliation principale pentée vers le SSE. Les figures III.24-25 montrent les différents plis et plans de foliation et crénulation observables à la carrière de Bilala.

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Figure III. 27. Photographies montrant les structures dans l’orthogneiss de Bilala. a) microplis replissés et b) différentes orientations de la crénulation.

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Figure III.28. Diagrammes stéréographiques correspondant à la projection des structures dans le Groupe de la Loémé. Projections faites sur stereonet 10.0 à surfaces égales (canevas de Schmidt) et suivant l’hémisphère inférieure. Les plans en tireté correspondent aux veines de pegmatite et au dyke d’ampibolite.

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Dans le Groupe de la Loémé, la foliation ou la schistosité principale (Fo/S1) présente des plans qui pour la plupart pendent vers l’Est (Fig.III.28a). La schistosité S2 et les axes de crénulation qui se superposent à la foliation ou à la schistosité principale Fo/S1 s’organisent suivant les plans qui sont parfois parallèles à la Fo/S1 et parfois, ils les recoupent (Fig.III.28b). Le transport de matériaux suivant les plans de cisaillement se fait soit vers le NW, soit vers le NE et quelque fois vers le SW.

Au niveau du massif orthogneissique de Bilinga (carrière de Bilinga et rivière Pilassi), les plans de foliation (Fo/S1) montrent que l’orthogneiss est plissé suivant un axe quasi-N-S voire NNE-SSW (Fig.III.28d). Ce plissement implique aussi certaines veines de pegmatites. L’ensemble est recoupé par des intrusions tardives correspondant au filon d’aplite de direction N112 et à pendage subverical. Les seconds plans de schistosité qui sont visibles dans les veines de pegmatite témoignent d’une variation du champ des contraintes et montrent des axes de crénulation qui se concentrent dans le cadran SE (Fig.III.28e). Les plans de cisaillement attestent un transport de matériaux dans des directions quasi-parallèle à la foliation principale

(Fig.III.28f).

Les mesures structurales réalisées à la carrière de Bilala sur l’orthogneiss et les roches associées montrent une foliation principale pentée vers le SSE (Fig.III.28g). Les axes de crénulation des microplis s’organisent suivant les directions SSE-NNW, E-W et NNE-SSW (Fig.III.28h). Le plan de cisaillement témoigne d’un transport de matériaux vers l’ouest et les fractures mettent en évidence des champs de contrainte orientés NE-SW et NW-SE (Fig.III.28i).

En se basant sur les observations faites sur les gneiss affleurant au nord de Bilinga sur la rive de la Loémé et ceux de la carrière de Bilinga (Fig.III.29), les phases de déformation présentent des directions distinctes. Ainsi, dans le Groupe de la Loémé, la chronologie d’ensemble des phases de déformation est très approximative.

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4 Discussion

L’analyse des structures permet de mettre en évidence les directions suivant lesquelles s’organisent les phases de raccourcissement :

(i) La direction E-W

La direction E-W de la Fo/S1 s’observe dans les formations appartenant au Groupe de la Loémé incluant l’orthogneiss de Bilinga. Cette disposition des structures impliquent des axes de plis de direction N-S.

(ii) La direction NW-SE

La direction NW-SE s’observe dans l’orthogneiss de Bilala ainsi que dans certaines formations du Groupe de la Bikossi et du Complexe basique de Nemba. Elle implique les plis avec les axes orientés NE-SW, perpendiculaire à l’orientation globale de la chaîne du Mayombe. Cette direction est souvent associée à la phase éburnéenne dans les formations du socle de la chaîne du Mayombe (Boudzoumou, 1986 ; Boudzoumou et Trompette, 1988).

(iii) La direction NE-SW

La direction NE-SW est prépondérante dans les formations du domaine central de la chaîne du Mayombe et s’observe aussi dans le Groupe de la Loukoula et la granodiorite de Les Saras. Cette organisation de la foliation (Fo) et de la schistosité principale (S1) accommode les plis dont les axes s’orientent suivant la direction NW-SE correspondant à l’allongement globale de la chaîne du Mayombe marqué par des plis déversés vers le NE. Cette direction est reconnue par Hossié (1980), Vellutini et al. (1983), Mpemba-Boni (1990), Maurin et al. (1991) et correspond à la première phase de déformation D1 rattachée à l’orogenèse pan-africaine dans la chaîne du Mayombe. La schistosité de crénulation S2 qui replisse la schistosité S1 se développe suivant une direction parallèle à la précédente(Boudzoumou, 1986). Les mesures réalisées dans les formations du domaine central de la chaîne du Mayombe confirment cette assertion (Fig.III.9). Cependant, Maurin et al. (1991) définissent un angle de 30° entre les directions des phases D1 et D2. Ainsi, la phase D1 est associée au raccourcissement ENE-WSW et le raccourcissement conduisant à la phase de déformation D2 est orienté NE-SW.

L’ensemble des mesures correspondant à la schistosité de crénulation S2 ou aux plans de clivage s’organisent suivant les plans qui sont orientées dans des directions N-S, NSSW voire NE-SW et NW-SE. La schistosité de crénulation N-S s’observe dans les formations des Groupes de la Loémé et de la Loukoula. La direction NE-SW s’enregistre dans les formations du domaine

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central, du Complexe basique de Nemba et du Groupe de la Bikossi. La direction NW-SE évolue perpendiculairement à la précédente et apparait dans les formations des Groupes de la Loémé et de la Loukoula. Cette direction s’apparente à celle définie par Boudzoumou (1986) et Boudzoumou et Trompette (1988) comme soulignant la phase de déformation D3 ayant conduit à la schistosité de crénulation S3 dans les formations du socle de Guéna.

Les plans de cisaillement s’organisent suivant des directions qui se recoupent. Certains se développent dans les directions parallèles à la Foliation (Fo) ou à la schistosité principale (S1).

5 Conclusion

Les observations faites sur le terrain montrent que le domaine central de la chaîne du Mayombe enregistre des phases de raccourcissements qui se traduisent par le développement des plis dans les formations des sous-groupes de la Louila, de la Tillite inférieure, de la Mossouva et de la Mvouti. Dans ce domaine, les plis sont droits (Fig.III.4) et présentent parfois une géométrie à flanc long/flanc court à vergence NE (Fig.III.7). En allant vers le sud-ouest, les plis deviennent isoclinaux (fig.III.8), et à ce niveau il est possible d’identifier deux générations de plis correspondant aux phases de déformation D1 (raccourcissement NE-SW) et D2

(raccourcissement ENE-WSW voire E-W). Le contact entre le domaine central et le domaine occidental est marqué par le chevauchement de Mandzi-Loukéné qui favorise le transport vers le NNE des unités du domaine occidental (Fullgraf et al., 2015a-b) (Fig.III.1). Dans le domaine occidental, la déformation est plus intense et les structures sont complexes. Cependant quelques points d’affleurement ont permis d’identifier et d’établir la chronologie des différentes phases de déformation. Ainsi, dans le Complexe basique de Nemba les plis observés sont parfois droits ou légèrement déversés vers le NE (Fig.III.12) et témoignent d’un raccoucissement NE-SW et c’est dans cette même direction que se développent certains microplis soulignant la crénulation. Par endroit, la crénulation est plutôt NNE-SSW (Fig.III.13).

Les données recueillies sur les principaux points d’affleurement des formations des Groupes de la Bikossi, de la Loukoula et de la Loémé sont reportées sur la figure III.30.-

131 Groupes Affleurement D1 D2 D3 Bikossi Rivière Moutsoungou NE-SW ENE-WSW Réalignement CFCO

NE-SW NNW-SSE WNW-ESE

voire NNW-SSE

Loukoula

Carrière des Libanais ENE-WSW NE-SW -

Rivière Lantsou

N-S voire NNW-SSE

ENE-WSW E-W voire

ENE-WSW

Loémé

Carrière de Bilala NNW-SSE N-S NE-SW

Carrière de Bilinga WNW-ESE N-S NE-SW

Rivière Loémé E-W NNW-SSE -

Figure III. 19. Les différentes phases de déformation (raccourcissement) identifiées dans les formations des Groupes de la Bikossi, de la Loukoula et de la Loémé.

Les formations des Groupes de la Loémé et de la Loukoula présentent des structures qui permettent de voir que la direction de raccourcissement NNW-SSE correspondant à la phase D1 est commune aux deux Groupes. Cependant, la phase D2 (NE-SW) qui marque la foliation principale de l’orthogneiss de Les Saras correspond plutôt aux microplis de crénulation dans les gneiss de la Loémé. Ceci permet de dire que les formations des Groupes de la Loémé et de la Loukoula ont enregistré, dans l’ensemble, une première histoire tectonique (Eburnéenne ?) et à cette histoire se supperpose une seconde qui se traduit dans le Groupe de la Loémé par : (i) soit la « fossilisation » des précédentes directions c’est-à-dire que l’histoire recente reprend les mêmes directions que la précédente, (ii) soit par une moindre remobilisation des anciennes structures (développement des microplis de crénulation). Dans le Groupe de la Loukoula ainsi que dans certaines formations du Groupe de la Bikossi, la foliation N150-N160 est récurrente et témoigne du raccourcissement NE-SW. A ce dernier s’ajoute le développement des chevauchements associés à la dynamique pan-africaine (Fullgraf et al., 2015a-b).

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La figure 31 montre la relation géométrique entre les formations du domaine occidental de la chaîne du Mayombe et celle du domaine central.

Figure III. 20. Bloc diagramme correspondant à la coupe géologique réalisée le long de l’ancienne voie ferrée entre Les Saras et Bilinga (trait de coupe A-B sur la carte, Fig.III.10). Le schéma est basé principalement sur les observations de terrain.

En tenant compte des modèles proposées par Maurin et al. (1991) et Fullgraf et al. (2015a) présentées dans le chapitre II (coupes 4 et 5), la coupe ci-dessus montre une distinction des structures entre les Groupes de la Loémé et de la Loukoula en admettant la faible accommodation des formations du Groupe de la Loémé au raccourcissement NE-SW.

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Chapitre IV. Description lithologique des unités géologiques du

domaine occidental de la chaîne du Mayombe

1 Introduction

Le domaine occidental de la chaîne du Mayombe se caractérise par une importante diversité lithologique. Il est constitué de roches ortho et paradérivées déformées, plissées et charriées vers le NE. L’ensemble de ces roches fait l’objet de cette étude où l’accent est mis sur les formations paléoprotérozoïques constituant le socle de la chaîne du Mayombe. Dans ce chapitre, nous allons présenter les données pétrographiques résultant des observations faites à l’échelle de l’affleurement et de la lame mince. Deux missions de terrain de vingt et cinq jours chacune ont été réalisées dans les secteurs de Bilinga et de Les Saras pour mener l’étude à l’échelle macroscopique. Les échantillons ont été ensuite prélevés pour la confection des lames minces qui, ont été analysées au microscope optique et/ou à la microsonde électronique. Les données obtenues lors de cette étude sont présentées dans les paragraphes et les illustrations qui suivent.

2 Description des différentes lithologies des unités géologiques du socle de la chaîne du Mayombe

Le socle de la chaîne du Mayombe est constitué de roches de lithologies différentes qui se répartissent entre les Groupes de la Loémé, de la Loukoula et de la Bikossi.

2.1 Les différentes lithologies et assemblages minéralogiques du Groupe de la Loémé

Les roches étudiées ont été observées et prélevées le long des cours d’eau (Loémé, Pilassi, Loukénéné) et des deux tronçons du chemin de fer. Le Groupe de la Loémé est constituée de gneiss para et ortho-dérivés, de micaschistes et amphibolites (Fig IV.1). Seules les données sur les gneiss sont présentées, à l’échelle microscopique, ici du fait que les gneiss sont mieux préservés de l’altération que les micaschistes et les roches vertes.

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Figure IV. 1. Photographies des différentes lithologies et microstructures observées dans le Groupe de la Loémé. (a) Paragneiss (Lo1-A) affleurant en bordure de la Loémé au Nord du village Bilinga ; (b) gneiss (Lo1-B) à feldspath centimétrique associé au paragneiss (Lo1-A) ; (c) paragneiss rubané et microplissé (Lo38) observé en bordure de la rivière Pilassi à l’ouest de Bilinga ; (d) roche verte (Lo38-B) intercalée dans gneiss de la Loémé sur la rivière Pilassi ; (e) Gneiss à plis isoclinaux (Lo40-A) observable à environ 200 m de la gare de Nkougni ; (f) micaschiste plissé (Lo44-C) très altéré affleurant en bordure de la Loémé ; (g) Paragneiss (Lo44-D) à pli isoclinal marqué par un plan de cisaillement et une fracture et (h) orthogneiss porphyrique (Lo45) avec des cristaux automorphes de feldspath. S1 : schistosité, Fo : foliation, C : cisaillement, PA : plan axial, F : fracture.

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2.1.1 Les paragneiss de la Loémé

Le Groupe de la Loémé est constituée en grande partie de formations sédimentaires métamorphisées résultant du démantèlement du craton archéen du Congo (Fullgraf et al., 2015a ; affaton et al., 2016). Ces roches ont ensuite été recoupées par des intrusions magmatiques felsiques et mafiques. Les paragneiss de la Loémé peuvent être regroupés en deux principaux types : les gneiss rubanés et les gneiss gris fins. Cette distinction reflète la composition du protolithe plus ou moins riche en pélites pour constituer l’alternance entre les lits quartzo-feldspathiques et les lits phylliteux. Deux échantillons représentatifs ont été étudiés pour caractériser ces lithologies.

2.1.1.1 Le gneiss rubané (Lo37)

Le paragneiss rubané (Lo37) affleure à l’ouest du village de Bilinga sur les rives de la Pilassi. Il se caractérise par une alternance bien marquée de lits micacés et de lits quartzo-feldspathiques (Fig. IV.1c). La fraction micacée est constituée par la biotite qui parait chloritisée en lame mince (FIgIV.2). La roche présente une foliation faiblement pentée (12°) vers le SE suivant la direction N60. Les données pétrographiques et minéralogiques de ce faciès sont présentées en annexe (An.IV-Tab1) Dans cette roche, la foliation principale ainsi que la crénulation sont à Bt-Ms. Le grenat résulte d’une histoire antérieure ; sa texture et sa composition ont été modifiée du fait de la dissolution par les minéraux néoformés. La chloritisation de la biotite survient tardivement. Cet échantillon présente une histoire métamorphique comprenant au moins deux cycles : (i) le premier cycle est marqué par la présence du grenat, et (ii) le second cycle est caractérisé par deux phases de déformation marquées par une première foliation (Fo/S1) qui a ensuite été plissée donnant ainsi une crénulation (S2).

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Figure IV. 2. Photographies microscopiques du paragneiss rubané de la Loémé (Lo37). (a) alternance de niveaux quartzitiqes et de niveaux phylliteux ; (b) foliation microplissée marquée par la chloritisation de la biotite brune ; c-d) zone à grenats fracturés associés à la biotite, la muscovite et le quartz. Qtz : quartz, Ms : muscovite, Bt ; biotite, Chl ; chlorite.

2.1.1.2 Le gneiss gris fin (Lo38-A)

Comme son nom l’indique, ce gneiss est de couleur grise et présente un aspect massif dû à la forte cohésion des grains de quartz et de feldspath et à la faible proportion des phyllosilicates dans la roche (Fig.IV.3a-b). A l’affleurement la roche présente une foliation pentée de 32° et s’oriente suivant la direction N86. La description des assemblages minéralogiques est présentée en annexe (An.IV-Tab2). L’échantillon Lo38-A présente quasiment la même histoire que l’échantillon Lo37, seule la différence de composition du protolithe permet de les distinguer. L’un se caractérise par une importante proportion de phyllites, ce qui lui confère une structure foliée et l’autre présente une faible proportion en phyllite et parait plutôt massif. Aussi, la muscovite est absente dans la roche Lo38-A ; seule la biotite constitue la phase micacée. Le grenat est instable et présente des bordures dissoutes par la biotite, le quartz et le plagioclase.

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Le contexte métamorphique se résume aussi en deux cycle : (i) le premier cycle dont la seule trace reste les reliques de grenat comprenant le quartz en inclusion, et (ii) le second cycle marqué par la présence de la biotite dans les fractures et en bordure du grenat. La chloritisation de la biotite est peu marquée dans cet échantillon.

Figure IV. 3. Photographies de la lame mince du paragneiss de la Loémé (Lo38-A). Paragenèse à quartz (Qtz), plagioclase (Pl), grenat (Grt), biotite (Bt), opaque (Op). Le grenat se déstabilise aux dépens de la biotite et du quartz. a) image en lumière polarisée analysée (LPA) et b) image en lumière polarisée non analysée (LPNA).

2.1.1.3 Le gneiss de la gare de Nkougni et les roches associées

L’affleurement de la gare de Nkougni se caractérise par une hétérogénéité de faciès donnant globalement une texture gneissique (Fig.IV.4). Le faciès gneissique se caractérise par une variation de proportion de la biotite dans la matrice avec une nette diminution de ce minéral en partant du NW vers le SE. Ce gneiss renferme aussi des veines quartzo-feldspathiques centimétriques plissées dans les plans de foliation et dans des plans recoupant la foliation. Les boudins de quartzite et d’amphibolite sont associés au gneiss. Les données sur la caractérisation pétrographique et minéralogique présentées dans ce chapitre correspondent aux échantillons du faciès gneissique riche en biotite et à l’amphibolite.

a. Le gneiss principal (Lo40-A)

Le faciès principal est de couleur gris-sombre et comprend une fraction importante de micas, ce qui lui donne un aspect micaschisteux. La foliation pentée de 34° vers WSW suivant la direction N164 est marquée par la biotite plus ou moins chloritisée. Cette foliation est associée à des plis dont les axes s’orientent suivant les directions N126 (veine quartzo-feldspathique),

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N05 (crénulation). La description pétrologique et minéralogique est présentée en annexe (An.IV-Tab3). L’échantillon Lo40-A présente un plan de foliation (S1) marquée par la biotite et la hornblende. Les microplis P2 qui définissent la crénulation sont aussi soulignés par ces mêmes minéraux auxquels s’ajoute l’épidote. Au moins trois phases de déformation sont enregistrées dans cet échantillon. Il n’y a pas de néoformation de minéraux suivant les axes des microplis P3. Dans cet échantillon, l’histoire tectono-métamorphique parait difficile à reconstituer du fait de l’absence d’orientation préférentielle de minéraux. Hormis la biotite qui cristallise suivant deux plans, les amphiboles paraissent éparpillées. Cependant, il est possible de voir des amphiboles qui se recoupent. Les fines baguettes d’amphibole verte se superposent obliquement sur les grandes plages d’amphibole brune. Dans tous les cas, les deux phases de déformation identifiées en se basant sur la disposition de la biotite se déroulent dans un contexte où la biotite et la hornblende sont stables. La transition entre le gneiss et l’amphibolite se fait d’une manière progressive avec une expression plus marquée de la déformation en allant vers le SE. La déformation sur l’ensemble de l’affleurement est marquée par :

(i) La présence d’une foliation pentée vers le sud-ouest témoignant d’un système de pli à vergence nord-est ;

(ii) La présence de plis isoclinaux avec des plans axiaux sub-horizontaux ;