Le relief de l’Afrique : un monde de plateaux enregistrant la dynamique passée du manteau terrestre !



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Reconstitution des reliefs africains sur les 150 derniers milliers d’années et caractérisation des facteurs de contrôle (déformation due au manteau, climat..)

François Guillocheau est professeur à l’Université de Rennes (Géosciences Rennes). Dans le cadre de l’ANR TopoAfrica, puis de plusieurs projets industriels avec Total, de Beers... - en collaboration avec Cécile Robin et plusieurs doctorants de l'équipe Paléo2D - ils ont entrepris une reconstitution des reliefs africains sur les 150 derniers milliers d’années et la caractérisation des facteurs de contrôle (déformation due au manteau, climat..). Ils viennent de publier en janvier 2018 dans la revue Gondwana Research une première reconstitution des effets de surface de la dynamique du manteau sur les derniers 35 Ma en Afrique.

Le relief terrestre est constitué à plus de 80% de plaines et plateaux. Ces reliefs, tout comme les chaînes de montagne, résultent de la dynamique de la Terre interne et de son expression de surface, la déformation de la lithosphère. Le climat intervient alors, soit en forçant - au travers de l’érosion - l’expression de cette déformation, soit en façonnant à déformation identique, des formes du relief différentes selon les processus d’érosion physique et chimique opérant dans la zone climatique considérée. L’intérêt des plaines et plateaux – surtout à l’échelle d’un continent comme l’Afrique - est qu’ils enregistrent principalement la dynamique du manteau.

Or un des principaux défis en géodynamique terrestre est justement de reconstituer la dynamique du manteau au cours des temps géologiques à partir de l’Actuel. Les modèles numériques montrent des résultats extrêmement différents pour une plaque lithosphérique donnée. Nos études des plateaux et de leurs évolutions dans le temps, permettent donc d’apporter des contraintes géologiques pour tester ces différentes philosophies de modélisation.


L’Afrique : un continent façonné par de grands aplanissements

Le relief du continent africain – ensemble de plateaux et de plaines pouvant atteindre 3500 m d’altitude en Afrique du Sud -  est formé de surfaces d’aplanissements étagées - constituant les plateaux, - reliées entre elles par des escarpements. Ces surfaces sont singulières :
(1) Elles représentent de vastes étendues (atteignant dans le cas du Plateau sud-africain une superficie de 105 km2 à des altitudes de 1000 à 1500 m d’altitude) planes ou bosselées par des collines peu marquées,
(2) Elles sont purement érosives recoupant à l’emporte-pièce les roches des socles sous-jacents.


Art Francois Guillocheau Gondwana Res 2018b

Modéle Numérique de Terrain de l'Afrique et la distribution bimodale de la topographie, caractéristique de ce continent


Les mécanismes d’aplanissement ont fait l’objet de très nombreux débats depuis les travaux des pères fondateurs de la géomorphologie (W.M. Davis, W. Penck..), mais dans les cas africains – mais c’est également vrai pour les aplanissements des plateaux bretons (Plateau de Quintin en centre Bretagne) -  la composante chimique de l’érosion a été prépondérante avec la formation de sols de type latérites qui ont contribué à l’aplanissement de ces surfaces.

C’est la cartographie et la datation de ces surfaces  qui nous a permis – avec l’enregistrement stratigraphique des bassins sédimentaires – de reconstituer le relief et la topographie de l’Afrique.


Les plateaux africains : enregistrement passé de la dynamique du manteau

Les plaines et plateaux résultent d’ondulations de la lithosphère, de longueur d’onde comprise entre plusieurs centaines de kilomètres (grande longueur d’onde) et quelques milliers de kilomètres (très grande longueur d’onde) pour des amplitudes de quelques dizaines à centaines de mètres. Ces ondulations résultent principalement de la dynamique du manteau (déformations de très grande longueur d’onde). Nous avons établi des cartes paléogéographiques, intégrant les paléo-reliefs et paléo-topographies, à partir desquels étape par étape, il était possible de mesurer la longueur d’onde de la déformation et donc la déformation mantellique.



Art Francois Guillocheau Gondwana Res 2018

Croissance de la topographie de l'Afrique centrale depuis 50 Ma, expression de la dynamique du manteau


Une connaissance aux retombées économiques importantes

La compréhension des processus d’altération physique et chimique dans ces reliefs non orogéniques qui constituent 80% du relief terrestre a d’importantes retombées économiques surtout pour un continent comme l’Afrique.

Les latérites concentrent les phases minérales de la roche mère, générant des minéralisations supergènes (Mn, Ni, Cu…) ou forcent la fracturation en base de profil d’altération générant des aquifères. Plus généralement, la topographie et les processus d’érosion sont à l’origine de production de sédiments qui transiteront jusqu’à leur lieu de dépôt, les bassins sédimentaires : c’est le "routage des sédiments". Sa compréhension permet de comprendre les lieux, les volumes et la nature lithologique des réservoirs et couvertures dans lesquels seront stockés différents fluides (minéralisations, hydrocarbures, eau). Il permet aussi de comprendre la formation d’accumulations de minéraux à haut intérêt économique ("placers") comme les diamants ou l’or. Un des propos de cette recherche à Géosciences Rennes est de produire des outils prédictifs pour localiser ces ressources.


Perspectives

Nous devons construire une nouvelle génération de modèles de routage sédimentaire intégrant des reliefs amonts de type plateau, des distances de transfert considérables, dans des climats plus chauds et humides qu’actuellement dans un contexte de déformation de très grande longueur d’onde. Cela complétera les approches fondées sur les systèmes actuels, peu représentatifs des temps géologiques anciens (une hyper-glaciation en convergence lithosphérique avec la formation de chaînes de montagne).

>>> En savoir plus : ANR TopoAfrica


Référence
Guillocheau F., Simon B., Baby G., Bessin P., Robin C. & Dauteuil O. (2018) Planation surfaces as a record of mantle dynamics: The case example of Africa. Gondwana Research 53, 82–98.


Contact OSUR
François Guillocheau (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @





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