Evolution phanérozoïque du Craton Ouest Africain et de ses bordures Nord et Ouest

Phanerozoic evolution of the West African Craton and its northern and western boundaries

• Auteur / Autrice : Rémi Leprêtre
• Direction : Jocelyn Barbarand, Yves Missenard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 08/04/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Sarda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jocelyn Barbarand, Yves Missenard, Philippe Sarda, Kerry Gallagher, Delphine Rouby, François, Le Parmentier, Peter Japsen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kerry Gallagher, Delphine Rouby

Mots clés

Mots clés contrôlés

Haut Atlas (Maroc)

Ouest-Africain, Craton

Thermochronologie

Mots clés libres

Afrique du Nord

Maghreb

Maroc

Craton Ouest Africain

Haut Atlas

Anti-Atlas

Océan Atlantique

Thermochronologie basse température sur apatite

Géologie structurale

North Africa

Maghreb

Morocco

West African Craton

High Atlas

Anti-Atlas

Atlantic Ocean

Low-temperature thermochronology on apatite

Structural geology

Résumé

La dynamique des cratons reste, encore actuellement, énigmatique dans la mesure où ceux-ci sont souvent considérés comme des domaines stables à l’échelle des temps géologiques. Dans ce travail, nous avons reconstitué l’évolution d’un des plus grands cratons, le Craton Ouest Africain. Nous nous sommes également penchés sur l’étude de ses bordures nord et ouest (Anti-Atlas et marge atlantique respectivement). Cette étude utilise les méthodes de thermochronologie basse-température (traces de fission et (U-Th-Sm)/He sur apatite) ainsi que la géologie structurale. Le choix de ce craton est justifié par les multiples contextes géologiques dont témoignent ses bordures au cours du Phanérozoïque (plateforme, avant-pays distal, marge passive). Ces contextes variés au cours du temps en font donc une cible idéale pour évaluer l’influence des diverses forces susceptibles d’affecter le craton.Tout d’abord, suite à une subsidence importante au cours du Paléozoïque, le craton enregistre un refroidissement important entre le Jurassique supérieur et le Crétacé inférieur, postérieurement à l’ouverture de l’Atlantique Central. Cet événement n’est pas directement lié aux seuls processus affectant les marges passives puisque non seulement la marge est affectée, mais aussi l’intérieur du craton (jusque 800 km à l’intérieur des terres) et le domaine mobile non-cratonique au Nord. Ce refroidissement traduit une phase d’exhumation kilométrique qui permet alors le dépôt d’une épaisse séquence détritique sur la plateforme saharienne. L’hypothèse d’un raccourcissement comme explication n’est pas valide et l’hypothèse d’une anomalie thermique mantellique à cette époque rend mieux compte de cet événement d’érosion majeur. L’hypothèse thermique possède un autre avantage : celui de rendre compte du réchauffement qui suivit à l’Apto-Albien et au début du Crétacé supérieur, à la fois par le craton mais aussi par ses bordures, par le biais de la subsidence thermique.Deuxièmement, à partir du Crétacé supérieur, la tendance générale est au refroidissement dans toute la région étudiée, synchrone avec l’initiation de la convergence Afrique/Europe. La chaîne du Haut Atlas au Maroc représente à ce moment un témoin privilégié des déformations se produisant pendant le Cénozoïque. Nous avons déterminé un calendrier tectonique précis dans l’avant-pays méridional de la chaîne, afin d’avoir un point de comparaison avec l’enregistrement cratonique. Ainsi, une première phase tectonique se déroule à l’Eocène supérieur. Celle-ci fait écho à un événement de déformation de plus grande échelle qui affecte toute le craton, résultant sans doute d’une réorganisation de grande ampleur dans la dynamique de la convergence. La phase récente Plio-Quaternaire est bien décrite à l’échelle de l’Afrique du Nord dans la chaîne Atlasique, mais pourrait s’avérer trop récente pour pouvoir être décelée par nos thermochronomètres à l’intérieur du domaine cratonique. Enfin, une phase de soulèvement spécifique au domaine atlasique marocain est enregistrée pendant le Miocène inférieur-moyen et met en place des nappes dans la chaîne. Les thermochronomètres basse-température ne la détectent pas à l’intérieur du craton, et elle pourrait donc être géographiquement restreinte au domaine atlasique.Ce travail a démontré que l’absence de sédiments au cours du Méso-Cénozoïque, qui en première approche font de ce craton une zone dite « stable », occulte une réalité géologique autre, faite de la succession de plusieurs phases épeirogéniques. Une évaluation des processus à l’œuvre permet de proposer que les phénomènes mantelliques ainsi que les transferts de contraintes sont des acteurs majeurs à l’origine de ces mouvements. Néanmoins, la juste contribution de chacun de ces processus nécessite encore un travail approfondi.

The dynamic evolution of cratonic domains remains enigmatic as they are usually considered as stable through geological times. In this work, we unraveled the evolution of one of the largest cratonic area, the West African Craton (WAC), and its north and west boundaries (Anti-Atlas and Atlantic passive margin, respectively), through low-temperature thermochronology (apatite fission-track and (U-Th)/He thermochronology) and structural geology. The WAC was studied since its boundaries witnessed many different geological settings (platform, distal foreland, passive margin) during the Phanerozoic, making it a good candidate to evaluate the various driving forces acting on the craton.First, after a continuous Paleozoic subsidence, the craton records the most important cooling event between Late Jurassic and Early Cretaceous, postdating the onset of the Central Atlantic Ocean spreading. This event is unrelated to the sole passive margin in itself and affected both the craton (up to 800 km inland) and the mobile boundary in the north (Anti-Atlas and High Atlas). It represents kilometer-scale erosion that led to the deposition of thick detrital formations, the red beds, across the whole Saharan platform. This event is not characterized by shortening and is better explained through a mantle-related thermal anomaly during this exhumation. The thermal hypothesis explains the subsequent thermal subsidence undergone by the craton and its north boundary during the Aptian-Albian and the early stages of the Late Cretaceous.Second, from Late Cretaceous onward, dominant cooling trend has imprinted the thermal histories of the studied region, coevally with the onset of the Africa/Europe convergence.The High Atlas belt in Morocco is an accurate witness of the deformations occurring during Cenozoic times. We determined the precise tectonic schedule in the southern foreland of the belt and compared this evolution with the cratonic one. We show that the first Eocene tectonic event echoes to a major craton-scale deformation and results probably from a significant geodynamic change in the convergence zone. The Pliocene-Quaternary phase, well known at the North African scale, is only recorded in the Atlas belt, but might be too recent to have significantly imprinted the thermochronological record inside the craton. Finally, another uplift specific to the Moroccan Atlas Belt during Early to Middle Miocene led to the emplacement of tectonic nappes. This event is not recorded by LTT on the craton and may be restricted to its mobile boundary.This work demonstrates that, despite the lack of Mesozoic-Cenozoic sediment record that may advocate for a stable geological history, the West African Craton suffered significant epeirogenies during this period. Deep seated processes as well as stress transmission prove to be good candidates to account for these cratonic motions, although further work is needed to unravel the exact contribution of these various processes.