Académie de Montpellier

Université Montpellier II

Master BGAE parcours « Géodynamique »

Analyse géomorphologique des bassins versants de l’Ogooué et du Congo :

Quantification de l’érosion Cénozoïque et implications sur les flux détritiques vers la

marge d’Afrique Equatoriale.

Christopher LACAN

Tuteur : Michel Séranne

Soutenu le vendredi 18 Juin 2010 devant un jury composé de :

R. Cattin

A. Tommasi

P. Vernant

Tuteur : M. Séranne

Rapporteurs : J.E. Hurtrez ; A. Taboada.

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Remerciements :

Je remercie Michel Séranne qui a toujours su faire preuve de clarté, de disponibilité et de confiance

envers moi tout au long de ces six mois de stage. Plus qu’un travail de recherche intéressant et formateur, il

aura su m’enseigner la rigueur scientifique.

Je remercie également Mlle Sabrina Deville, pour m’avoir mis le pied à l’étrier d’ArcGIS, MM. Jean-

Jacques Cornée et Michel Lopez pour m’avoir conseillé et encouragé dans mon travail, Mmes Nathalie

Mouly et Marie-France Roch pour leur gentillesse et leur aide administrative.

Merci à ma famille et aux amis qui m’ont soutenu durant ces six mois.

Je remercie enfin les personnels du laboratoire Géosciences Montpellier grâce à qui j’ai passé cinq

années consacrées à la science, la connaissance et la découverte.

Sommaire :

1. Introduction. .............................................................................................................................................. - 2 -

2. Contexte géographique et géologique de la zone d’étude. ....................................................................... - 3 -

2.1. Localisation géographique. ................................................................................................................ - 3 -

2.2. Caractéristiques climatiques et sédimentaires de la région étudiée. .................................................. - 3 -

2.3. Géologie des aires de drainage de l’Ogooué et du Congo. ................................................................ - 5 -

3. Méthodologie et description des données utilisées. .................................................................................. - 6 -

3.1 : Données extérieures utilisées – outil logiciel. ................................................................................... - 6 -

3.2 : Acquisition de données : Stratégie d’échantillonnage. ..................................................................... - 6 -

3.3 : Méthodes d’interpolation – synthèse des surfaces enveloppes. ...................................................... - 10 -

4. Résultats. ................................................................................................................................................. - 12 -

4.1 : Surfaces enveloppes du Tertiaire. ................................................................................................... - 12 -

4.3 : Isopaques du Tertiaire avant érosion............................................................................................... - 14 -

4.4 : Isopaques de Tertiaire érodé. .......................................................................................................... - 15 -

4.5 : Isopaques de formation totale érodée (ensemble de la zone d’étude). ............................................ - 16 -

4.6 : Isopaques de socle érodé dans le bassin versant de l’Ogooué. ....................................................... - 17 -

4.7 : Synthèse des volumes érodés dans les bassins versants. ................................................................ - 18 -

5. Discussion : ............................................................................................................................................. - 18 -

5.1 Rappels des objectifs – problématique de travail. ............................................................................. - 18 -

5.2 Contribution des formations et des zones à l’apport sédimentaire de la marge. ............................... - 19 -

5.3 Chronologie relative des phases de dépôt et d’érosion. .................................................................... - 23 -

6. Conclusion .............................................................................................................................................. - 27 -

Références bibliographiques: ...................................................................................................................... - 29 -

- 2 -

1. Introduction.

Les produits d’érosion continentale sont charriés par les fleuves jusqu’aux dépôts-centres

et s’y accumulent depuis la marge jusqu’à la plaine abyssale (Rust & Summerfield, 1990 ;

Clift et al, 2001). La marge ouest-africaine reçoit ainsi des sédiments charriés par l’Ogooué,

le Congo, la Kwanza et le fleuve Orange, du Golfe de Guinée à l’Afrique du Sud (Lavier et

al, 2001 ; Leturmy et al, 2003 ; Lucazeau et al, 2003 ; Anka, 2004 ; Séranne & Anka, 2005).

Les fleuves Congo et Ogooué ont en commun d’être dans la même zone climatique et de

posséder des formations sédimentaires détritiques cénozoïques dans leur aire de drainage ; ils

diffèrent cependant par la superficie de leur bassin-versant, un ordre de grandeur supérieur

pour le Congo. Les volumes des unités sédimentaires des dépôts-centres du Congo (Séranne,

1999 ; Anka, 2004 ; Séranne & Anka, 2005) et de l’Ogooué (Mougamba, 1999) ont été

mesurés et les taux d’accumulation sédimentaire estimés. Au cours du Cénozoïque, ces

dépôts-centres montrent une phase de faible sédimentation suivie, à partir de l’Oligocène,

d’une phase de forte sédimentation terrigène sur la marge, témoignant d’une augmentation de

l’érosion du continent (Lavier et al, 2001 ; Anka, 2004 ; Séranne & Anka, 2005).

Les volumes de roches érodés dans les bassins versants du Congo et de l’Ogooué ont été

calculés pour les grandes périodes géologiques (Leturmy et al, 2003) et les volumes des

dépôts-centres du Congo et de l’Ogooué sont connus (partiellement pour l’Ogooué,

Mougamba, 1999 ; Anka, 2004). Sachant que la formation sédimentaire cénozoïque (sable

éolien très mature plus facilement érodé que le socle) occupe une superficie importante des

bassins versants du Congo et de l’Ogooué, la question posée est : quelle est la contribution

du remaniement des formations continentales cénozoïques aux apports terrigènes de la

marge d’Afrique équatoriale de l’Ouest depuis l’Oligocène ? L’intérêt est que ces sables

matures constituent de meilleurs réservoirs turbiditiques que les sables moins matures issus

de la seule érosion du socle. La contribution réelle de ces sables au volume des dépôts-centres

associée à d’autres arguments permettra de préciser dans un deuxième temps les limites

temporelles de dépôt de ces formations détritiques cénozoïques.

On réalise d’abord une analyse géomorphologique des formations présentes dans les aires

de drainage des deux fleuves en insistant sur les formations cénozoïques, sachant que celles-ci

sont plus facilement remaniées que des formations plus indurées. L’objectif est de

reconstituer les limites basale et sommitale (surfaces-enveloppes) de cette formation ; on

calcule ensuite le volume avant érosion et le volume de formation remanié par l’incision, pour

toutes les formations de la zone d’étude et dans chacun des deux bassins versants. Ces

volumes sont comparés aux volumes de sédiments présents dans les dépôts-centres du Congo

et de l’Ogooué afin de réaliser une analyse statistique des sources de sédiments au cours du

Tertiaire. La détermination de l’âge des dépôts continentaux nécessite un recoupement entre

âges des formations sous-jacentes, datations des déformations des formations détritiques

cénozoïques et variations des taux de sédimentation sur la marge de l’Afrique équatoriale de

l’Ouest.

- 3 -

2. Contexte géographique et géologique de la zone d’étude.

2.1. Localisation géographique.

L’étude porte sur

l’Ouest de l’Afrique

équatoriale, dans une

zone comprise entre

les méridiens 10°E et

26°E et les parallèles

4°N et 11°S (Fig. 2-1).

Pour des raisons

expliquées

ultérieurement, la

zone d’étude ne se

superpose pas

exactement aux

bassins versants, elle

correspond à la zone

d’extension des dépôts

tertiaires. Cependant,

plus de la moitié du

bassin versant du

Congo (1,9.106 km

2

sur les 3,7.106 km

2 de

superficie totale du

bassin) ainsi que le

bassin versant de

l’Ogooué (215000 km2, Mahé et al, 1990) ont été inclus dans la zone d’étude qui s’étale donc

sur plus de 2 millions de km2.

2.2. Caractéristiques climatiques et sédimentaires de la région étudiée.

Les deux fleuves étudiés se trouvent en zone de climat équatorial (climat chaud et humide

toute l’année) et se jettent dans l’Océan Atlantique, alimentant en sédiments la marge passive

de l’Afrique équatoriale de l’Ouest. Cet apport se fait depuis la phase post-rift à l’Aptien (115

Ma), suite au rifting d’âge Néocomien (130-115 Ma) ayant fracturé le Gondwana et permis

l’ouverture de l’Atlantique Sud dans ce secteur (Séranne et al, 1992).

La zone d’étude englobe les systèmes de l’Ogooué et du Congo, afin de comprendre les

variations d’apports sédimentaires sur la marge depuis le début du Tertiaire. Les dépôts-

centres de ces fleuves ont fait l’objet d’études pour le Congo (Séranne, 1999 ; Anka, 2004 ;

Séranne & Anka, 2005) et pour l’Ogooué (Mougamba, 1999). Ces travaux ont montré que la

sédimentation post-rift (depuis l’Aptien) se divise en plusieurs phases. Le début de la

subsidence thermique de la marge s’accompagne d’une sédimentation importante, d’abord

évaporitique (Aptien) puis carbonatée (Albien à Crétacé terminal). Ensuite, deux étapes

Figure 2-1 : Carte géographique simplifiée de la région étudiée. MNT :

Données SRTM NASA.

- 4 -

principales caractérisent la sédimentation sur la marge, aussi bien pour l’Ogooué que pour le

Congo (Fig. 2-2):

► Une première étape allant du début Crétacé terminal à la fin de l’Eocène (de 65 à 34 Ma)

caractérisée par un taux de sédimentation sur la marge et dans l’éventail très faible (de l’ordre

de 10 m/Ma).

► Une seconde étape s’étalant du début de l’Oligocène à l’actuel (de 34 à 0 Ma) caractérisée

par des taux de sédimentation qui augmentent brutalement et croissants jusqu’au présent (de

40 à plus de 100 m/Ma).

La première phase de sédimentation extrêmement réduite sur la marge s’explique, selon

ces auteurs, par une érosion continentale négligeable associée à des dépôts sédimentaires sur

le continent. La deuxième phase marque une inversion des conditions d’érosion/dépôt, avec

une érosion continentale beaucoup plus marquée et des dépôts de sédiments se faisant sur la

marge, le talus et le début de la plaine abyssale atlantique. Le changement climatique majeur

de la limite Éocène – Oligocène serait responsable de cette évolution (Séranne, 1999 ;

Séranne & Anka, 2005).

Cette transition climatique fut un évènement planétaire démontré par des indices tels que

les variations de δ18

O des foraminifères issus de données de forages dans les océans

Pacifique, Atlantique et Indien (Zachos et al, 2001 ; Zachos et al, 2008) et les variations

isotopiques du Strontium (Lear et al, 2003 ; Elderfield, 1986) (Fig. 2-2). L’une et l’autre de

ces variations isotopiques témoignent d’un changement climatique global survenu à cette

époque et par conséquent d’une augmentation de l’apport de sédiments terrigènes aux

systèmes marins. On est ainsi passé d’une période « greenhouse » au climat globalement

chaud à une période « icehouse » au climat plus froid.

Figure 2-2 : Corrélations entre données sédimentaires de la marge ouest-africaine, variabilité climatique et

des conditions d’érosion/dépôt pour le Congo et l’Ogooué. Compilation de Séranne, 2009, comm. pers.

- 5 -

2.3. Géologie des aires de drainage de l’Ogooué et du Congo.

La géologie de la région drainée par ces deux fleuves présente l’organisation suivante, du

plus ancien au plus récent (Fig. 2-3):

► Un socle de granitoïdes datés de l’Archéen (3,3 à 2,7 Ga, Carte Géologique de l’Afrique,

UNESCO, 1990) correspondant au craton du Congo et qui constitue le soubassement des

formations plus récentes sur quasiment toute la zone d’étude. Ce socle affleure principalement

au Gabon, au fond de vallées incisées de la région du Kasaï et au Sud-Est du bassin versant du

Congo. Ailleurs, il est recouvert par des formations sédimentaires plus récentes.

► Dans le bassin versant de l’Ogooué le craton Archéen est recouvert par des formations

volcano-sédimentaires du Francevillien d’âge Protérozoïque moyen (2,5 à 1,6 Ga) (Carte

géologique de la République Gabonaise, 2002). Cette formation géologique sera par la suite

associée au socle, étant donné le grand écart de temps entre celles-ci et le reste des formations

étudiées.

► Au Sud-ouest et à l’Est, ainsi qu’au nord du bassin versant du Congo, les bordures du

craton Archéen sont remaniées par l’orogénèse du Panafricain (600 à 700 Ma).

► Des sédiments détritiques Précambrien supérieur et Paléozoïque dans la cuvette du Congo

et essentiellement recouverts par des séries plus récentes (Daly et al, 1992).

Figure 2-3 : Carte géologique de l’Afrique équatoriale de l’Ouest, Carte géologique de l’Afrique au 1/5000000, 3ème

édition (1990), UNESCO.

- 6 -

► Des sédiments détritiques fluviatiles, lacustres ou lagunaires d’âge Mésozoïque et surtout

Crétacé déposés dans le bassin du Congo (Giresse, 2005) recouvrent ces terrains cristallins

anciens sur quasiment toute la zone d’étude. Les sédiments fluviatiles du Crétacé supérieur

sont communément regroupés sous le terme de « formation Stanley-Pool » (au sud-ouest du

Congo et à l’est du Gabon) et plus généralement appelés « formation des Grès Polymorphes »

(Giresse, 2005).

► Enfin, une formation sédimentaire détritique de sables éoliens probablement déposés au

Paléocène-Eocène. Cette formation (Séries des Sables Ocres, qui avec les séries des Grès

Polymorphes sont regroupées dans le Système du Kalahari) s’étale depuis les Plateaux Batéké

au Nord (Gabon et Congo) à travers la majeure partie de l’aire de drainage du Congo (régions

des rivières Kwango, Kasaï…) au Sud et sont reliées à une formation plus vaste présente

jusqu’au désert du Kalahari (Cahen & Lepersonne, 1952 ; Giresse, 2005).

3. Méthodologie et description des données utilisées.

3.1 : Données extérieures utilisées – outil logiciel.

L’analyse morphologique des formations géologiques présentes dans les bassins versants

de l’Ogooué et de l’Ouest du Congo a plus particulièrement porté sur la formation des sables

éoliens d’âge Tertiaire. En effet, c’est l’affleurement le plus étendu et la seule formation qui

puisse être facilement contrainte dans les trois dimensions.

Cette étude géomorphologique a été réalisée grâce à l’utilisation de Modèles Numériques

de Terrain (MNT) mis à disposition par la NASA. Deux types de données ont été utilisés : les

données SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) de résolution 90 m par pixel, et les

données ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection radiometer) de

résolution 30 m par pixel. Ces MNT ont été projetés et analysés au moyen du logiciel de

Système d’Information Géographique (SIG) ArcGIS, et plus particulièrement grâce au

module ArcMap et à ses utilitaires de calcul associés.

3.2 : Acquisition de données : Stratégie d’échantillonnage.

La première étape a consisté à coupler MNT et cartes géologiques (Carte géologique de la

République Gabonaise au 1 :1000000, 2002 ; Carte géologique internationale de l’Afrique au

1/5000000, 1990). Le principal objectif était de caractériser la morphologie des sables éoliens

tertiaires afin de déterminer leurs surfaces de base, de sommet avant érosion et leur extension

spatiale dans la zone d’étude.

Pour définir la surface de base, on échantillonna des points situés au contact entre base du

Tertiaire et son soubassement (fluviatile Mésozoïque, socle…). Ces points ont été relevés

principalement dans les vallées incisant ce Tertiaire jusqu’à son soubassement, puis leur

position géographique et leurs altitudes ont été consignées dans une base de données. Le

premier problème était l’hétérogénéité de répartition de ces points car de grandes zones

- 7 -

d’affleurement du

Tertiaire ne laissaient

apparaître aucune

information sur

l’altitude de leur base.

Cet obstacle fut

surmonté au moyen de

coupes géologiques

levées entre zones

d’affleurements de la

base du Tertiaire sur

lesquelles on extrapole

des points

supplémentaires dans

les zones où les données

manquaient (Fig. 3-4 &

3-5).

Il est plus difficile de

définir la surface

initiale du sommet du

Tertiaire, car celle-ci a

souvent été érodée. On

s’appuie sur une

Figure 3-1 : Carte de répartition des surfaces d’abandon. MNT : Données SRTM

NASA.

Figure 3-2 a : Draas fossiles au niveau du Plateau

Kwango, SW de la R.D.C. et NE de l’Angola. MNT :

Données ASTER NASA.

Figure 3-2 b : Draas actifs dans l’Ouest du Sahara,

SW de l’Algérie. MNT : Données ASTER NASA.

- 8 -

structure caractéristique de cette

formation : des surfaces d’abandon, qui

correspondent à des lambeaux de la

paléosurface préservée localement sur

certains plateaux. Le MNT à haute

résolution (Fig. 3-2a) présente sur la

surface des plateaux de l’Ouest et du Sud

de la zone étudiée (Fig. 3-1) des structures

parallèles, linéaires de 2 km de large, de

20 à 50 km de long et de quelques mètres

de haut, visibles malgré la superposition

d’un réseau hydrographique, et

comparables à des structures actuelles

observées dans le SW du Sahara (Fig. 3-

2b). Il s’agit de mégadunes éoliennes

longitudinales fossiles (ou draas,

Bubenzer & Bolten, 2008) visibles sur les

MNT (Fig.3-2a) et les cartes d’orientation

des pentes (Fig. 3-3).

Ces draas paléogènes marquent la

surface de dépôt au moment où l’incision

a débuté dans les vallées. Par analogie

avec des champs de draas actuels (Fig. 3-2b) on déduit la direction des paléo-vents dominants

ayant déposé les sables. Là où elle est visible, la surface d’abandon enregistre des vents

dominants orientés parallèlement à l’axe des draas (WNW-ESE). Le sens est donné par la

progradation vers l’Ouest des foresets de dunes éoliennes observées dans les Batéké au Gabon

(M. Séranne, comm. orale).

Cependant, la surface d’abandon est inégalement répartie dans la zone d’étude.

L’exploration de la zone d’étude a permis d’identifier de petits affleurements de surface

d’abandon dans l’Est du bassin. La surface du sommet du Tertiaire a été extrapolée entre les

surfaces d’abandon cartographiées. Dans les zones où il n’existe plus de surface d’abandon,

l’extrapolation est plus délicate : on prolonge les pentes moyennes, en maintenant la surface

au-dessus des affleurements de Tertiaire les plus élevés (Fig. 3-5). Cela permet de définir des

points supplémentaires (positions géographiques et altitudes respectives) dans des zones

auparavant lacunaires. Les coupes réalisées pour échantillonner ces points supplémentaires

sont contrôlées mutuellement par des points de croisement, afin d’assurer la cohérence de

l’ensemble des données.

Figure 3-3 : Carte d’orientation des pentes, Plateaux

Kwango. Les draas sont soulignés par les pentes

d’orientation Nord (rouge) et Sud (bleu clair). Les draas

sont orientés N035E/N040E.

- 9 -

Malgré tout, une

incertitude subsiste pour

l’extrapolation de la

surface-enveloppe du

sommet du Tertiaire, surtout

lorsque les points extrapolés

sont éloignés des

affleurements de surface

d’abandon : l’incertitude sur

l’altitude peut atteindre 50

m.

La réalisation des profils

topographiques permet

également de contraindre la

limite d’extension des

sables tertiaires. Au Sud-

Ouest, au Sud et à

l’Est/Sud-Est celle-ci

correspond à la limite du

bassin versant du Congo.

Par contre, à l’Ouest, au

Nord et au Nord-Est de la

zone d’étude, les sables tertiaires s’étendaient jusqu’à un haut topographique. Les coupes

géologiques – surtout les coupes CD et EF - (Fig. 3-5) montrent effectivement que la surface

enveloppe du sommet du Tertiaire vient buter sur des barrières topographiques (relief côtier

de l’Ouest du Bassin du Congo, le Massif du Chaillu au Gabon/ Nord-Ouest du Congo et sur

un faible relief en République Centrafricaine).

Cependant, ces barrières topographiques ont évolué depuis le début de l’érosion des sables

tertiaires et dans certains secteurs il est difficile de préciser la paléo-altitude de ces barrières.

Cela rend d’autant plus difficile la limitation de la zone d’étude qui correspond aux zones

d’affleurements passés des sables du Cénozoïque : l’extension maximale des sables peut avoir

été plus grande que celle qui a été finalement retenue. Nous verrons ultérieurement en quoi

cette valeur de l’aire de répartition a été très utile pour réaliser ce travail. Une fois ce travail

réalisé pour le Tertiaire dans les deux bassins étudiés, nous avons réalisé un échantillonnage

de la paléo-surface du socle archéen dans le bassin versant de l’Ogooué en utilisant la même

méthode que pour le Tertiaire. Les formations d’âge Protérozoïque du Bassin Francevillien

ont été jointes au socle Archéen étant donné la difficulté de discriminer par la suite les

produits d’érosion de l’une et l’autre formation.

Figure 3-4 : Carte des traits de coupes utilisées pour les échantillonnages

successifs (traits noirs). Les traits de coupes de la figure 3-5 sont figurés par

des traits rouges. MNT : Données SRTM NASA.

- 10 -

3.3 : Méthodes d’interpolation – synthèse des surfaces enveloppes.

L’interpolation des points échantillonnés dans ArcGIS permet de recréer les surfaces

enveloppes de la base et du sommet du Tertiaire dans les deux bassins versants ainsi que le

sommet du Protérozoïque-Archéen dans le bassin versant de l’Ogooué. L’interpolation de

données est une opération mathématique qui permet la création de surfaces enveloppes

virtuelles passant par tous ces points : ce sont ces surfaces qui ont ensuite été utilisées dans les

calculs de volumes.

Dans les interpolations réalisées pour ce travail, le logiciel replace d’abord chaque point en

fonction de sa position géographique. Il crée ensuite des points supplémentaires entre les

points de la base de données en leur assignant des valeurs intermédiaires aux points de départ.

Le nombre de

points

supplémentaires

peut-être réglé

avant le calcul ;

leurs valeurs

assignées seront

d’autant plus

proches de la

réalité que le

nombre de points

de la base de

données sera grand

et que ces derniers

seront répartis de

façon homogène.

Deux types

d’interpolations

ont été testés :

l’interpolation

linéaire et

l’interpolation

cubique. Cette

dernière crée des

valeurs aberrantes

et localisées,

faussant ainsi les

calculs. On retient

donc

l’interpolation

linéaire. De plus,

elle suffit pour les

Figure 3-5 : Coupes sériées W – E Vallée du Kwango. Les traits de coupe sont

renseignés en rouge dans la figure 3-4.

- 11 -

calculs à effectuer. Les surfaces enveloppes résultant des interpolations figurent dans la partie

« Résultats ».

Une fois que l’on dispose des altitudes de ces différentes surfaces enveloppes on peut

mener les calculs suivants :

► Puissance des sables tertiaires avant érosion (différence entre la surface enveloppe du

sommet et la surface enveloppe de la base).

► Isopaques de sables tertiaires érodés pour chacun des bassins versants (différence entre

surface enveloppe du sommet et topographie actuelle si l’érosion n’a pas atteint la formation

sous-jacente aux sables tertiaires).

► Isopaques de roches totales érodées (sables tertiaires + soubassement) dans le bassin

versant du Congo (différence entre surface du sommet du Tertiaire et topographie actuelle).

► Isopaques de formations anciennes (Protérozoïque à Archéen) érodées dans le bassin

versant de l’Ogooué (différence entre surface du sommet du socle et topographie actuelle).

La calculatrice d’ArcGIS fournit une analyse statistique, dont la valeur moyenne de

l’isopaque de formation érodée. La carte isopaque permet également de voir quelles zones

avaient le plus fourni de sédiments et d’essayer d’en comprendre les causes.

Comme les interpolations ne peuvent se faire que sur des surfaces rectangulaires, des

valeurs aberrantes (situées hors de la zone d’étude, par exemple dans des secteurs où il n’y a

jamais eu de Tertiaire déposé) sont prises en compte dans les calculs : ces valeurs aberrantes

sont la plupart du temps négatives. Il est donc nécessaire de retirer ces données (de façon

mathématique) pour ne garder que celles situées dans la zone d’étude. On exclut par exemple

les valeurs négatives : on demande à la calculatrice d’ArcGIS de n’effectuer le calcul de

l’isopaque moyen érodé qu’à partir des valeurs des isopaques érodés des points situés dans la

zone d’étude, donc en n’utilisant que les valeurs positives.

Cette opération est loin d’être négligeable car, dans le cas du Tertiaire sur les deux bassins

versants la valeur moyenne de l’isopaque érodé est de 100 m si l’on filtre les données, et 140

m si on ne les filtre pas. Ce filtrage est effectué à chaque calcul d’isopaque moyen érodé afin

d’obtenir les valeurs les plus représentatives et les plus proches possibles de la réalité. Ces

isopaques moyens érodés ont ensuite été multipliés par les aires d’extension de chaque

formation pour estimer les volumes érodés pour chaque formation.

- 12 -

4. Résultats.

4.1 : Surfaces enveloppes du Tertiaire.

La figure 4-1 présente la surface

enveloppe du sommet du Tertiaire

dans les deux bassins versants sur

laquelle on a superposé le réseau de

drainage. Les altitudes s’étagent

d’environ 500 m au niveau de la

cuvette du Congo, 600 à 900 m dans

les régions des Plateaux Batéké, du

bas-Kwango et du Bas-Kasaï, et de

900 à plus de 1400 m au Sud de la

zone étudiée (haut-Kwango, haut-

Kasaï, ligne de partage des eaux

entre Congo, Kwanza et Zambèze).

On observe que le réseau de

drainage est globalement contrôlé

par la topographie de cette surface

enveloppe.

Cela suggère que les réseaux de drainage du

Congo et de l’Ogooué ont peu varié depuis le début

de la phase d’érosion. Le réseau hydrographique

général a donc repris les structures initiales présentes

en surface du Tertiaire avant qu’il ne s’érode, c’est-à-

dire suivant l’orientation des draas (cf partie

Méthodologie) tout en suivant les lignes de plus

grandes pentes locales.

La figure 4-2 montre que les altitudes de la

surface-enveloppe du sommet du Tertiaire

reconstituée pour le bassin versant de l’Ogooué

Figure 4-1 : Altitudes (en m) de la surface enveloppe reconstituée

du sommet du Tertiaire dans les bassins versants de l’Ogooué et

du Congo.

Figure 4-2 : Altitudes de la surface enveloppe

du sommet du Tertiaire dans le bassin versant

de l’Ogooué.

- 13 -

varient de 750 à 860 m d’Ouest en Est. On y observe également que la répartition des sables

tertiaires s’étendait 150 km à l’Ouest des Plateaux Batéké, où ils affleurent aujourd’hui.

4.2 : Surface enveloppe de la base du Tertiaire.

La figure 4-3 nous informe sur les

altitudes de la surface enveloppe de la

base du Tertiaire dans les deux bassins

versants associés. Celle-ci correspond de

ce fait à la topographie de la surface de

contact entre sables tertiaires et leur

soubassement.

On observe deux zones principales,

séparées par le parallèle 5°S:

► Une zone caractérisée par des

altitudes faibles (de moins de 400 m à

600 m) et un relief peu tourmenté au

Nord de la zone d’étude (cuvette

congolaise et Plateaux Batéké).

► Une zone caractérisée par un relief

plus variable et des altitudes plus importantes (de

600 à 1300 m) au Sud de la zone d’étude

(Kwango, Kasaï, Sud-Est de la zone). On y

remarque la présence de deux « vallées » d’axe

Nord-Sud (méridiens 17°E et 21°E) étendues de

5°S à 10°S, soit sur plus de 500 km. Celles-ci

occupent la même place que les rivières actuelles

Kwango et Kasaï, affluents majeurs du fleuve

Congo. Cela pourrait signifier que ces deux

rivières principales ont une orientation et donc une

existence antérieures au dépôt des sables éoliens

tertiaires, donc ante-Paléogène inférieur.

Les altitudes de la surface-enveloppe de la base

du Tertiaire dans le bassin versant de l’Ogooué

Figure 4-3 : Altitudes (en m) de la surface enveloppe de la

base du Tertiaire (ensembles des deux bassins).

Figure 4-4 : Altitudes de la surface enveloppe de la

base du Tertiaire, bassin de l’Ogooué.

- 14 -

(Fig. 4-4) vont de moins de 400 m à l’Est pour dépasser les 800 m vers le massif du Chaillu à

l’Ouest.

4.3 : Isopaques du Tertiaire avant érosion.

Les isopaques du Tertiaire varient de 0 à plus de 600 m (Fig. 4-5) , avec 5 zones présentant

des épaisseurs importantes (régions de

l’Oubangui (1-3°N ;17-20°E), Plateaux

Batéké (0°-5°S ; 13-16°E), Vallée du

Kwango (5,5-9°S ; 15,5-18°E), Kwilu-

Kasaï (2-5°S ; 17-21°E) et extrême Est de

la zone étudiée (5°S ; 26°E)). Ces régions

présentent des épaisseurs allant de 200 à

650 m (couleurs vert foncé à rouge

sombre), et deux d’entre elles (Batékés

Ouest et Haut-Kwango) révèlent même

des isopaques allant de 350 à 650 m

(orange à rouge sombre).

Ces deux dernières zones (ainsi que

dans une moindre mesure les trois autres)

ont dû constituer des pièges sédimentaires

où les sables éoliens se sont accumulés.

Cela a ainsi constitué des zones réserves

de sables potentiellement fournisseuses par la

suite de la majeure partie des produits d’érosion.

Le volume de formation tertiaire avant érosion

sur les deux bassins versants est de 330000 km3

(isopaque moyen d’environ 170 m et surface de

2.106 km

2).

La figure 4-6 nous montre que la puissance du

Tertiaire dans le bassin versant de l’Ogooué

avant érosion va de 0 à plus de 400 m, croissant

d’Ouest en Est. Le volume de Tertiaire ante-

érosion dans le bassin de l’Ogooué est de 11750

km3

(isopaque moyen de 235 m et surface de

50000 km2). Par différence, on déduit que le

volume de Tertiaire ante-érosion du bassin du

Figure 4-5 : Isopaques du Tertiaire sur les deux bassins

versants avant érosion.

Figure 4-6 : Isopaques du Tertiaire avant érosion,

bassin versant de l’Ogooué.

- 15 -

Congo est de 318250 km3 (330000 – 11750). L’amincissement du Tertiaire provient d’un

abaissement régional du socle sous l’Est des Plateaux Batéké (Fig. 4-4). Comme pour les

isopaques de la figure 4-5, les secteurs les plus susceptibles de fournir une importante quantité

de sédiments sont donc ceux situés les plus à l’Est.

4.4 : Isopaques de Tertiaire érodé.

La carte représente ici les isopaques de Tertiaire érodé dans les deux bassins versants (Fig.

4-7). Le réseau hydrographique a été superposé car c’est grâce aux cours d’eau que se produit

l’érosion et que les sédiments sont

évacués.

On distingue deux populations

d’isopaques de Tertiaire :

- Une première à faibles valeurs (blanc

à bleu clair, de -21m (du fait des

incertitudes de mesure) à 150 m

d’épaisseur, situées au niveau des

surfaces d’abandon et de leur

périphérie. En effet, ces surfaces

d’abandon sont des surfaces

préservées de l’érosion.

- Une seconde à fortes valeurs

d’isopaques (de couleurs vert pâle à

rouge sombre, 150 à 646 m) localisées

dans les mêmes zones où l’on avait la

plus grande puissance de Tertiaire

avant érosion (Haut-Kwango, Plateaux

Batéké, Bas Kwilu-Kasaï, Oubangui et

extrême Est de la zone étudiée).

Les zones présentant les isopaques

de Tertiaire érodé les plus importants

(supérieurs à 200 m) sont donc

localisés au niveau des secteurs où il y avait le plus de sable déposé et donc les secteurs les

plus à même de fournir une quantité importante de sédiments, ainsi que le long des fleuves et

de leurs principaux affluents. Ces derniers, par leur longueur, leur puissance, leur débit et leur

réseau de drainage propre peuvent ainsi éroder avec plus de force le Tertiaire sur lequel ils

coulent et également évacuer les produits d’érosion plus facilement vers l’océan Atlantique.

Le volume de Tertiaire érodé est de 255000 km3 (130 m d’épaisseur moyenne sur les 2.10

6

km2

de surface des bassins versants des deux fleuves). Sachant que le volume de Tertiaire

initial compris dans la zone d’étude était de 330000 km3 (Fig. 4-5), cela indique qu’une

Figure 4-7 : Isopaques de Tertiaire érodé sur l’ensemble de la

zone d’étude.

- 16 -

proportion très importante de cette

formation a été remaniée par érosion ; soit

un taux de déstockage (volume de

formation Tertiaire érodée sur volume

initial de formation) de 77 %.

Les isopaques du Tertiaire érodé du

bassin versant de l’Ogooué (Fig. 4-8) vont

de 0 à 415 m, du Massif du Chaillu aux

Plateaux Batéké, et notamment dans la

rivière Léconi, affluent de l’Ogooué. On

retrouve une carte où les valeurs les plus

fortes se concentrent le long des rivières

mais aussi là où le Tertiaire n’affleure plus

de nos jours.

Le volume de Tertiaire érodé est de

10000 km3. Ramené au volume de Tertiaire

initial (Fig. 4-6), le taux de déstockage

atteint 85 %, étant ainsi légèrement

supérieur à celui de l’ensemble de la zone

d’étude (77 %).

Ce volume de formation érodé permet de

distinguer la part relative du Tertiaire dans

chaque bassin versant de la zone d’étude.

Ainsi, ce sont 245000 km3 (255000 – 10000)

de formation Tertiaire qui a été érodée dans le

bassin versant du Congo.

4.5 : Isopaques de formation totale

érodée (ensemble de la zone

d’étude).

La carte d’isopaques de l’ensemble des

formations érodées (Fig. 4-9) a été calculée

par différence entre la surface enveloppe du

sommet du Tertiaire et la topographie

actuelle. Les valeurs sont ainsi proches de

celles de la carte des isopaques de l’érosion

de la formation Tertiaire (Fig. 4-7), allant de

0 à plus de 600 m de formation totale érodée.

Le volume de formation totale érodée dans

Figure 4-8 : Isopaques de Tertiaire érodé dans le

bassin versant de l’Ogooué.

Figure 4-9 : Isopaques de formation totale érodée (en

m) sur l’ensemble de la zone d’étude.

- 17 -

le périmètre de la zone d’étude est donc de 300000 km3, ce qui signifie que 45000 km

3

(300000 – 255000) de formation autre que du Tertiaire ont été érodées dans cette zone

(Ogooué et Congo confondus).

Le réseau hydrographique a là-aussi été ajouté en filigrane à cette carte afin de mieux

mettre en évidence la contribution essentielle des cours d’eau au démantèlement des

formations géologiques, que ce soit du Tertiaire ou des formations plus âgées et de nature

différente. Les isopaques de formation érodée les plus forts se trouvent ainsi au pied des

Plateaux Batéké (secteurs Ouest et Est), autour de l’Oubangui, au niveau des principaux

affluents du Congo (Kwango, Kasaï) et à l’extrême Est de la zone d’étude.

4.6 : Isopaques de socle érodé dans le bassin versant de l’Ogooué.

Les résultats suivants (Fig 4-10 et 4-11) décrivent les isopaques de formations anciennes

érodées (Bassin Francevillien d’âge Protérozoïque ; socle d’âge Archéen) dans le haut bassin

versant de l’Ogooué, c’est-à-dire en amont de Lambaréné (car on exclut la contribution de la

rivière Ngounié qui se jette dans l’Ogooué après cette ville). Ces deux formations ont été

étudiées séparément pour mieux distinguer leur surface enveloppe de sommet respective.

Étant donné le hiatus important entre sables tertiaires des Batéké d’une part et le Craton –

sédiments francevilliens d’autre part, les volumes érodés de ces deux dernières formations ont

été regroupés : 15000 km3 pour le Craton et 10000 km

3 pour les sédiments du Francevillien.

Le volume de formations anciennes érodées au sein du bassin versant de l’Haut-Ogooué est

Figure 4-10 : Isopaques de socle Archéen érodé dans

le bassin versant de l’Ogooué.

Figure 4-11 : Isopaques de Protérozoïque érodé

dans le bassin versant de l’Ogooué.

- 18 -

ainsi de 25000 km3, portant le total de formation érodée pour cette même zone (en ajoutant la

contribution de l’érosion du Tertiaire) à 35000 km3.

Ce chiffre nous permet une fois encore d’individualiser les sources de produits d’érosion

entre les deux fleuves. Ainsi, 45000 km3 de formation autre que les sables tertiaires ont été

érodés à l’intérieur de la zone d’étude, avec 25000 km3 pour le bassin versant de l’Ogooué

(Fig. 4-10 et 4-11). Par conséquent, le volume de formation érodée autre que le Tertiaire dans

le bassin versant du Congo est de 20000 km3 (45000 – 25000).

4.7 : Synthèse des volumes érodés dans les bassins versants.

5. Discussion :

5.1 Rappels des objectifs – problématique de travail.

La question initiale était de quantifier l’érosion Oligocène + Néogène au sein des bassins

versants de l’Ogooué et du Congo afin d’estimer le volume de sédiments produits par les

processus d’érosion continentale de cette région. Il s’agit de lier ces apports au volume de

sédiments effectivement déposés dans les systèmes sédimentaires de ces fleuves. La réponse à

cette question devrait nous permettre (par un raisonnement indirect) de mieux contraindre

l’intervalle de dépôt de ces sables.

Le premier objectif consistait à discriminer la contribution des sables éoliens tertiaires des

autres formations géologiques. Une analyse géomorphologique couplée à un SIG et à des

coupes géologiques nous a permis de contraindre la répartition de chaque formation dans les

trois dimensions. L’objectif suivant était de savoir quel volume de formation avait été érodé

au cours de cette période, et plus particulièrement la contribution propre des sables du

Tertiaire. Le postulat est le suivant : les roches érodées sur le continent voient ces produits

d’érosion emportés et charriés par les cours d’eau et les fleuves jusqu’aux dépôts-centres

respectifs de ces fleuves (Harrison, 2000 ; Clift et al, 2001 ; Lucazeau et al, 2003). Ces

sédiments s’accumulent alors sur la marge continentale et la plaine abyssale pour les deux

fleuves Ogooué et Congo : quelle part de ces sédiments est due à l’apport de ces produits

d’érosion du Tertiaire ?

Volume de

Cénozoïque

initial

(en km3)

Volume de

Cénozoïque

érodé

(en km3)

Volume érodé

d’autres

formations (en

km3)

Volume total

érodé

(en km3)

Part de

cénozoïque

déstocké

lors de

l’érosion

B-V Congo 318250±40000 245 000±45000 20 000±5000 265 000±50000 77%

B-V Ogooué 11 750±1500 10 000±1000 25 000±2500 35 000±6000 85%

Congo+Ogooué 330 000±41500 255 000±46000 45 000±75000 300 000±56000 77%

Figure 4-12 : Tableau récapitulatif des différents volumes érodés en fonction des formations et des régions étudiées.

- 19 -

5.2 Contribution des formations et des zones à l’apport sédimentaire de la marge.

Concernant les volumes de formation érodée dans le bassin versant de l’Ogooué, nous

avons trouvé les résultats suivants dans la zone définie cette fois dans le bassin versant du

Haut-Ogooué: 10000 km3 de sables éoliens tertiaires ont été érodés et 25000 km

3 de socle

Archéen - Protérozoïque a été érodé. Au sein du périmètre défini au départ (zone d’étude dans

l’aire de drainage du Congo), les résultats nous ont donné les volumes de formations érodés

suivants : 245000 km3 de la formation des sables éoliens tertiaires et 20000 km

3 d’autres

formations ont été érodées depuis le début de l’Oligocène au présent, donnant un total de

265000 km3 de roches érodées (Fig. 4-12).

On convertit les volumes de roches érodées en volumes de sédiments correspondants : il

faut tenir compte d’une densité différente entre roche en place et sédiments non consolidé. On

a utilisé les densités de 2,7 pour la roche dans la zone source (sans faire de distinction entre

roches de natures différentes) et de 2,4 pour les sédiments déposés après l’Oligocène (Dupré,

2003). Le volume de sédiments issus des produits d’érosion est ainsi supérieur au volume de

roche érodée de 12,5 % (Fig. 5-1).

On

compare les

volumes de

formations

érodés aux

volumes de

sédiments

présents dans

les dépôts-

centres des

fleuves. On

s’intéresse

premièrement

au système de

l’Ogooué : les

dépôts de Figure 5-2 : Aires de dépôt des unités sédimentaires et taux moyens d’accumulation, modifié

d’après Mougamba, 1999.

Volume de

Tertiaire érodé

(km3)

Volume de

sédiments

correspondants

(km3)

Volume d'autres

formations

érodées (km3)

Volume de

sédiments

correspondants

(km3)

Volume total

de sédiments

(km3)

Bassin versant

du Congo

245000±45000 275000±45000 20000±5000 25000±5000 300000±50000

Bassin versant

de l'Ogooué

10000±1000 12500±1000 25000±2500 31250±2500 43750±3500

Figure 5-1 : Tableau comparatif de volumes de roches érodées et de sédiments produits, en fonction de la lithologie et de la zone

étudiée, en prenant en compte l’écart de densité entre formation continentale en place et sédiments marins.

- 20 -

sédiments de l’Ogooué sur la marge du Gabon ne sont bien renseignés que pour la partie la

plus proximale du dépôt-centre, c’est-à-dire la marge gabonaise (Mougamba, 1999). Aucune

information précise n’a été collectée sur les données sédimentaires de l’éventail profond de ce

fleuve.

Néanmoins, on s’appuie sur les données sédimentaires de la marge gabonaise pour calculer

(à partir des données de Mougamba, 1999) le volume de sédiments déposés sur la marge

depuis le début de l’Oligocène. Celui-ci fut calculé en tenant compte des taux d’accumulation

sédimentaire et des surfaces de zones d’accumulation pour chaque période (Fig 5-2). Les

lacunes sédimentaires et/ou d’aires de dépôt ont été extrapolées (en gris) afin d’avoir une

séquence continue depuis le début de l’Oligocène.

Les taux moyens d’accumulations (en volume) pour chaque sous-période ont été multipliés

par leurs aires de dépôt respectives. Ce calcul nous a donné un volume de sédiments déposés

depuis le début de l’Oligocène à l’actuel de 72000 km3. Il faut cependant garder à l’esprit que

ce volume ne concerne qu’une partie de l’ensemble du prisme sédimentaire de la marge, car il

manque la partie de l’éventail profond : le volume total de sédiments déposés doit donc très

probablement être supérieur.

En comparaison avec le volume de sédiments produits par l’érosion du bassin versant du

Haut-Ogooué, on ne trouve que 40000 km3 de sédiments, soit un peu plus de la moitié de ce

qui a été échantillonné, et probablement moins du quart du volume total de sédiments du

prisme. Ceci implique qu’il existe une source supplémentaire de sédiments en plus des sables

des Plateaux Batéké et du socle. Il est à noter

que le sous-bassin versant de la Ngounié

(affluent de l’Ogooué, au niveau de la Plaine

Côtière) n’a pas été pris en compte dans

l’érosion et donc son apport potentiel de

sédiments à la marge a été négligé. Cependant,

sa superficie est bien trop faible (33000 km2)

pour expliquer un tel écart de volumes de

sédiments déposés dans le dépôt-centre de

l’Ogooué.

Des analyses de traces de fission sur apatite

dans les formations sédimentaires de la marge

ont permis de déterminer des taux de

dénudation de la Plaine Côtière du Gabon

(Walgenwitz et al, 1990 ; Walgenwitz et al,

1992), repris par la suite dans d’autres travaux

de représentation de hauteurs exhumées

(Séranne, 1999 ; Anka, 2004). La Plaine

Côtière du Gabon a subi un uplift à partir du

Miocène inférieur jusqu’à nos jours. Cet uplift

a exhumé des formations qui ont été érodées,

Figure 5-3 : Isopaques de formations érodées dans

la Plaine Côtière du Gabon au cours de l’uplift

Miocène moyen – actuel.

- 21 -

fournissant ainsi des sédiments en plus de ce que l’Ogooué charriait déjà. Cette exhumation

est également renseignée par des coupes géologiques et des profils sismiques Sud-Ouest –

Nord-Est : ceux-ci montrent que les unités post-rift ont été érodées dans la partie on-shore, de

part et d’autre du horst de Lambaréné (Mounguengui M.M. et al, 2008 ; Mounguengui M.M.

& Guiraud, 2009). En extrapolant les épaisseurs de séries post-rift déposées, on s’attend à une

érosion de 1500 m à l’extrémité Est des coupes.

On teste l’hypothèse d’une production de sédiments terrigènes par dénudation de la zone

côtière en réalisant un travail proche de celui réalisé pour les formations géologiques du

Congo et de l’Ogooué. Les données des épaisseurs érodées au Néogène (Walgenwitz et al,

1990 ; Walgenwitz et al, 1992 ; Anka, 2004) ont été compilées afin de créer une carte

d’isopaques du volume érodé (Fig. 5-3). Cette opération nous a permis de définir l’isopaque

moyen érodé (environ 1000 m) qui multiplié par l’aire d’alimentation probable du prisme

sédimentaire de l’Ogooué donne le volume de roches érodées.

Le volume de formation érodée dans la Plaine Côtière du Gabon depuis le Miocène moyen

est donc de 180000 ±20000 km3, soit environ 200000 km

3 de sédiments après prise en compte

du différentiel de densité. Ces 200000 km3 s’ajoutent donc aux 40000 km

3 issus de l’érosion

des formations de l’amont de l’Ogooué, donnant un apport total de 240000 km3 de sédiments

au prisme sédimentaire de la marge gabonaise. Cependant, seul le volume de sédiments sur la

marge est connu : on ne prend pas en compte le volume de sédiments de l’éventail sous-marin

profond car il n’a pas encore fait l’objet d’études approfondies (Mougamba, 1999).

Ces 240000 km3

de sédiments sont largement supérieurs aux 72000 km3

de sédiments

déposés sur la marge gabonaise, calculé selon les taux de sédimentation de Mougamba

(1999), confirmant le fait que l’érosion de la Plaine Côtière constitue une source de sédiments

supplémentaire crédible. De plus, Mougamba (1999) observe (Fig. 5-2) que le taux moyen

d’accumulation en volume augmente de façon importante à partir du milieu du Miocène

inférieur (20 Ma) passant de 1200 km3/an à 2500 km

3/an en ne cessant d’augmenter vers

l’actuel. Ceci corrobore l’hypothèse selon laquelle une source supplémentaire de sédiments

apparaît à cette période en lien avec un uplift tectonique localisé dans la zone côtière de cette

région. Les causes de cet uplift sont discutées (Lavier et al, 2001 ; Lucazeau et al, 2003),

peut-être celui-ci est connecté au superpanache sud-africain situé bien plus au Sud (Nyblade

& Robinson, 1994).

Contrairement au prisme sédimentaire de

l’Ogooué, les volumes de sédiments sur

l’ensemble des dépôts (marge+plaine abyssale)

du Congo sont bien connus (Anka, 2004) et

clairement datés. Ainsi, le volume de sédiments

déposés dans l’ensemble du dépôt-centre du

Congo depuis le début de l’Oligocène a été

estimé à 730000 km3

- répartis entre 500000 km3

dans la plaine abyssale – éventail profond et

230000 km3

sur la marge – (Anka, 2004). Les

Figure 5-4 : Diagramme des parts respectives

d’érosion des différentes formations et volumes

associés au sein de la zone d’étude.

275000 km3

92%

25000 km3 8% Volume de

sédiments issus de l'érosion des sables tertiaires

Volume de sédiments issus de l'érosion du soubassement des sables tertiaires

- 22 -

produits d’érosion continentale étant emportés et charriés par les cours d’eau jusqu’à l’océan

(Clift et al, 2001), ce volume de sédiments doit correspondre (en tenant compte du différentiel

de densités) au volume de roche érodée dans l’aire de drainage du fleuve étudié. Nous avons

obtenu comme résultats (Fig. 5-1) un volume total érodé depuis le début de l’Oligocène de

265000 km3

soit 300000 km3

de sédiments directement issus du remaniement des sables

tertiaires et de leur soubassement dans la zone d’étude définie dès le départ (superficie de

1,9.106 km

2). Les sables tertiaires ont de plus fourni la quasi-totalité de ces sédiments : 92%

contre 8% pour les autres formations sous-jacentes de la zone d’étude définie (Fig 5-4).

Un rapide calcul révèle que 430000 km3

des sédiments accumulés dans le prisme

sédimentaire du Congo depuis l’Oligocène

proviendraient de l’érosion des formations

géologiques situées en dehors de la zone

d’étude (définie par l’extension du Tertiaire

éolien avant érosion) mais néanmoins

comprises dans l’aire de drainage du Congo

(soit une superficie de 1,8.106 km

2). Ces

zones correspondent au Nord, à l’Est et au

Sud-Est du bassin versant du Congo (Rift

Occidental), auquel il faut probablement

ajouter la zone côtière dont l’uplift au Miocène inférieur est estimé à environ 500 m (Lavier et

al, 2001 ; Leturmy et al, 2003 ; Lucazeau et al, 2003). On obtient donc le ratio suivant : 41 %

des sédiments Oligocène-actuel proviennent de l’érosion des sables tertiaires plus leur

soubassement (donc de la zone d’étude) et 59 % proviennent de régions hors de la zone

d’étude (extrême Nord, Est et Sud-Est du bassin du Congo, Rift Occidental, Katanga, zone

côtière) (Fig. 5-5).

Les sédiments issus du déstockage des

formations de sables tertiaires représentent 38 %

des sédiments déposés dans le prisme du Congo,

depuis l’Oligocène, alors que 62 % proviennent

de l’érosion des formations plus anciennes (Fig.

5-6). Il faut tenir compte du fait que ces chiffres

sont estimés au sein de bassins versants dont les

limites sont les mêmes qu’actuellement : une

migration de celles-ci a été invoquée (Leturmy et

al, 2003 ; Lucazeau et al, 2003) pour expliquer la

taille importante du dépôt-centre de l’Ogooué

dont la superficie du bassin versant est

relativement faible comparée à celle du Congo.

Figure 5-5 : Diagramme de provenances des sédiments

en fonction des régions situées dans et hors de la zone

d’étude (ensemble du bassin versant du Congo).

300000 km3

41%430000

km3

59%

Volume de sédiments issus de la zone d'étude

Volume de sédiments issus de l'extérieur de la zone d'étude

Figure 5-6 : Diagramme de comparaison des sources

sédimentaires alimentant le prisme du Congo pour

l’ensemble du bassin versant du Congo.

275000 km3

38%455000

km3

62%

Volume de sédiments issus de l'érosion des sables éoliens tertiairesVolume de sédiments issus de l'érosion de formations ante-Tertiaire

- 23 -

5.3 Chronologie relative des phases de dépôt et d’érosion.

Les surfaces enveloppes de base (Fig. 4-3) et de sommet (Fig. 4-1) du Tertiaire nous

révèlent que cette formation a subi une déformation. D’une part, l’épaisseur variable du

Tertiaire caractérise une déformation pendant le dépôt, d’autre part les altitudes de la surface-

enveloppe du sommet du Tertiaire (présentant des dépôts éoliens habituellement sub-

horizontaux) varient de plusieurs centaines de mètres, surtout au Sud du parallèle 5°S,

indiquant une phase de déformation postérieure au dépôt des sables.

Les rivières s’écoulent systématiquement suivant la ligne de plus grande pente, elles sont

donc d’excellents marqueurs des directions des pentes au moment de leur formation. Si la

région où elles se trouvent ne subit aucune déformation verticale, la ligne de plus grande

pente n’évolue pas et les rivières n’incisent pas leur lit ; si par contre cette région subit un

uplift, les rivières vont inciser la formation sur laquelle elles s’écoulent. Elles creusent un

canyon tant que l’uplift se poursuit et que l’érosion régressive n’a pas détruit le canyon (car

celui-ci contraint l’écoulement des rivières): l’orientation de ce canyon reste la même que la

ligne de pente pré-uplift, même si un nouvel uplift impose une ligne de pente régionale de

direction différente. Lorsque les bords du canyon sont complètement arasés et qu’un second

uplift de direction différente bascule une région, l’aval des rivières n’est plus contraint par le

canyon et celles-ci suivent alors la nouvelle ligne de pente provoquée par ce second uplift.

Une région localisée au Sud du parallèle 5°S (5 à 11°S ; 16 à 25°E) montre des rivières

qui ont pour la plupart la même orientation (Nord-Sud) et où celle-ci ne semble pas avoir

changé au cours de l’incision Néogène. Ces rivières suivent ainsi la ligne de plus grande pente

initiale qui est proche de l’actuelle. Ces orientations conjuguées aux altitudes de la surface

enveloppe de la base du Tertiaire permettent de dire que cette région a subi un basculement

vers le Nord suivant une orientation globalement Est-Ouest (N090E).

Le basculement de la partie Sud de la formation des sables tertiaires serait l’expression

septentrionale de l’uplift généralisé du Sud de l’Afrique, résultat de la mise en place du

superpanache sudafricain (Nyblade & Robinson, 1994) : on a en effet une variation d’altitude

faible en regard de la distance (quelques centaines de mètres sur plusieurs centaines de kms),

typique d’un uplift régional dû à un panache. La mise en place de ce superpanache serait en

partie due à une perturbation thermique de la lithosphère consécutive au fonctionnement du

Rift Est-Africain (Nyblade & Robinson, 1994 ; Lithgow-Bertelloni & Silver, 1998) : cette

perturbation thermique influe ainsi sur l’épaisseur de la lithosphère élastique (ou Te) (Pérez-

Gussinyé et al, 2009).

En effet, Pérez-Gussinyé et al (2009) observent dans leur modèle deux zones dans le

craton du Congo : une au Nord du parallèle 5°S, avec une Te de 90 à plus de 100 km, et une

au Sud de ce même parallèle, avec une Te de 10 à 70 km. Or, plus la Te est faible et plus la

perturbation thermique est grande, et inversement. Ainsi, l’accident EW du parallèle 5°S,

montré par une variation de l’épaisseur de la Te (Pérez-Gussinyé et al, 2009) et une variation

- 24 -

d’altitude sur les cartes de base du Tertiaire (Fig. 4-3), marquerait la limite Nord de la

perturbation thermique du superpanache sudafricain. Cet évènement géodynamique régional a

débuté au Cénozoïque il y a 30 Ma (Morgan, 1983) et entre 25 et 5 Ma pour les régions

côtières de l’Angola et du Congo (Lavier et al, 2001) : la déformation étant postérieure au

dépôt de ces sables, la mise en place des dépôts éoliens au Sud du bassin du Congo s’est

achevée au plus tard il y a 30 à 25 Ma.

Au Nord de 5°S, l’orientation générale des rivières est d’environ N120E (s’écoulant de

l’ESE vers l’WNW) : les rivières sont hors des canyons des plateaux tertiaires des plateaux

Sud du bassin du Congo. Elles tiennent alors compte d’une nouvelle ligne de pente

probablement due à la mise en place du Rift Occidental, d’axe globalement N-S, et ayant

basculé la Cuvette du Congo vers l’Ouest au cours du Cénozoïque.

Une autre région de la zone

d’étude présente un

changement de la direction de

la ligne de plus grande pente

au cours du fonctionnement

des rivières : la partie orientale

des Plateaux Batéké (de 14°E à

17°E ; de 1°S à 3°S).

L’orientation des rivières

présente ainsi deux

organisations différentes dans

cette zone (Fig. 5-7) :

- Une première partie localisée

à proximité des surfaces d’abandon des Plateaux Batéké (2°S ; 14 à 15°E), où l’on voit que les

cours d’eau parallèles ne suivent pas la ligne de

plus grande pente actuelle mais celle qui prévalait

lorsque ces rivières sont apparues et ont

commencé à inciser les plateaux. L’orientation de

ces rivières est de N30E (LGP1) correspondant à

un premier basculement d’orientation N120E à

pendage vers le N/NE.

- Une deuxième partie localisée au piémont Est

des Plateaux Batéké (1 à 3°S ; 15,5 à 17°E) où

l’orientation des rivières est très différente :

N120E (LGP2); à noter que la formation sur

laquelle les rivières coulent à changé (alluvions

quaternaires). Cette orientation, mise en place

après un second basculement d’orientation

N200E à pendage vers l’E/SE (Fig. 5-8), tient

cette fois-ci compte de la ligne de plus grande

pente actuelle et du fait que les rivières ne sont

Figure 5-7 : Schémas simplifiés de l’évolution du réseau hydrographique

de l’Est des Plateaux Batéké, suite aux basculements tectoniques

successifs.

Figure 5-8 : Stéréogramme représentant les deux

basculements observés dans la région des Plateaux

Batéké.

- 25 -

plus contraintes par les canyons qu’elles avaient préalablement creusés : les rivières suivent la

ligne de plus grande pente actuelle (LGP2).

Ces deux basculements témoignent de deux phases d’uplift dans cette région, le premier de

direction N120E, conséquence probable de l’uplift côtier du Miocène inférieur (Walgenwitz

et al, 1990 ; Walgenwitz et al, 1992 ; Lavier et al, 2001 ; Anka, 2004), le second de direction

N200E (peut-être une deuxième phase de l’uplift côtier). On a ainsi une première contrainte

de temps sur l’âge des sables éoliens car ceux-ci se sont déposés avant la phase de

déformation, c’est-à-dire au plus tard à la transition Oligocène-Miocène (24 Ma). De plus, le

Tertiaire repose dans cette région (et pour une majeure partie de l’ensemble des dépôts

éoliens) sur des formations d’âge Crétacé supérieur (« Formation Stanley-Pool » ou

« Formation des Grès Polymorphes », Cahen & Lepersonne, 1952 ; Giresse, 2005). Cela

signifie que ces sables ont commencé à se déposer au moins après la transition Crétacé

Supérieur-Paléocène (65 Ma).

Les datations des phases de déformation et l’âge des formations les plus récentes

constituant le soubassement des sables tertiaires nous révèlent que ces dépôts d’éolianites se

sont au moins faits entre la transition

Crétacé-Paléocène (65 Ma) et la

transition Oligocène-Miocène (24

Ma). On dispose donc d’une période

de dépôt potentielle longue d’environ

quarante millions d’années et la

question est la suivante : peut-on

mieux contraindre les limites

temporelles de cette phase de dépôt ?

Nous nous intéressons cette fois-ci

aux données d’accumulation

sédimentaire sur la marge de

l’Afrique équatoriale : on constate

trois phases (au moins pour le

Congo) avec des taux d’accumulation

différents (Mougamba, 1999 ;

Séranne & Anka, 2005) (Fig. 5-9):

- Une première phase de l’Albien au

Maastrichtien (Crétacé Supérieur ;

105-65 Ma) où les taux d’accumulation sont importants (30 à 70 m/Ma), à l’exception du

Campanien.

- Une seconde phase au Paléocène – Eocène (65 à 34 Ma) où les taux d’accumulation sont

faibles (5 à 20 m/Ma).

- Une troisième phase du début de l’Oligocène à l’actuel (34 Ma à 0) où les taux

d’accumulation sont plus importants (40 à 100 m/Ma).

Figure 5-9 : Taux moyens d’accumulation des sédiments dans

les dépôts-centres du Congo (Anka, 2004 ; Séranne et Anka,

2005) et de l’Ogooué (Mougamba, 1999) depuis l’Albien

(Crétacé supérieur) à l’actuel.

- 26 -

L’argument invoqué (Séranne, 1999 ; Séranne & Anka, 2005) pour expliquer ces

variations d’apports sédimentaires à la marge est le suivant : lorsque le taux d’accumulation

sédimentaire sur la marge est important, cela signifie que l’érosion continentale est forte.

Inversement, si le taux d’accumulation sédimentaire sur la marge est faible, cela signifie que

l’érosion continentale est faible et que les dépôts se font sur le continent. On a vu grâce aux

résultats (cf. partie 4) que le déstockage des formations d’âge tertiaire (plus leur

soubassement) au sein d’une zone d’étude, dont la superficie couvre 57 % de la superficie

totale du bassin versant du Congo, contribue à environ 40 % de l’apport sédimentaire du

dépôt-centre du Congo depuis l’Oligocène. Le reste provient de l’érosion des formations

extérieures à la zone d’étude : Rift Occidental, zone côtière du Congo et de l’Angola soumise

à l’uplift Miocène (Lavier et al, 2001), extrême Nord et Sud-Est du bassin versant du Congo.

Cela montre que le Tertiaire dans cette région a connu deux périodes très différentes : la

première au Paléocène-Éocène, où se sont déposées les éolianites, caractérisant un climat sec

et désertique, et la seconde de la transition Éocène-Oligocène à l’actuel où l’incision des

formations d’éolianites a pu débuter et déstocker les sables vers les fleuves et donc la marge,

à la faveur d’un climat plus humide. Cette transition sédimentaire est due à une transition

climatique globale (Séranne, 1999 ; Lavier et al, 2001 ; Séranne & Anka, 2005) survenue à la

fin de l’Éocène (Zachos et al, 2001 ; Zachos et al, 2008).

A noter que Lucazeau et al, 2003 expliquent ces faibles taux d’accumulation (pour le

Congo) par l’existence d’un bassin endoréique localisé dans le Cuvette du Congo entre 67 et

34 Ma. Cette hypothèse n’explique cependant pas la vaste zone de dépôts éoliens localisés au

même endroit, car ces dépôts n’ont pu se faire qu’au sein d’un grand désert. De plus, la

courbe de l’apport sédimentaire de l’Ogooué, proche de celle du Congo, montre également un

très faible apport au dépôt-centre de l’Ogooué au Paléocène-Éocène, alors que la morphologie

de son bassin versant ne suggère pas que celui-ci était endoréique à ce moment-là.

La transition climatique de la fin de l’Éocène serait une conséquence de l’ouverture du

Passage de Drake entre l’Amérique du Sud et l’Antarctique, permettant la mise en place du

Courant Circumpolaire Antarctique (Lagabrielle et al, 2009). Celui-ci aurait isolé

climatiquement l’Antarctique qui se serait refroidie et aurait vu le développement d’une

calotte glaciaire sur ce continent (Zachos & Kump, 2005): le gradient thermique entre pôle et

équateur aurait été renforcé, créant des conditions climatiques plus favorables à une érosion

continentale (Elderfied, 1986). L’incision des surfaces d’abandon tertiaires put ainsi débuter

sous ce nouveau climat au début de l’Oligocène, contribuant à la création des réseaux

hydrographiques des deux fleuves (en tenant compte des lignes de plus grandes pentes

contrôlées par les uplifts successifs).

Le cas des rivières proto-Kwango et proto-Kasaï est particulier, car on voit la trace de leurs

vallées dans la surface enveloppe de la base du Tertiaire (Fig. 4.3), suggérant que ce Tertiaire

est venu les remplir lors de la phase de dépôts éoliens. Ces vallées existaient donc avant le

début de ces dépôts, c’est-à-dire au moins avant le début du Paléocène. Comme on retrouve

des sédiments fluviatiles datés du Crétacé supérieur (Giresse, 2005) à l’affleurement dans le

fond de ces vallées, cela implique que ces rivières existaient déjà à cette période ou qu’elles se

- 27 -

sont formées à l’extrême fin du Crétacé supérieur. On retrouve de plus leurs traces dans les

modèles d’épaisseurs de lithosphère élastique (Pérez-Gussinyé et al, 2009) comme des

prolongements vers le Sud de la zone de fortes Te (100 km) de la Cuvette du Congo.

La période pendant laquelle les sables éoliens se sont déposés dans cette région est

resserrée du début du Paléocène à la fin de l’Éocène (65-34 Ma) grâce aux données

suivantes : la très faible érosion continentale du Paléocène-Éocène, conjuguée aux phases

régionales d’uplifts Miocène (Lavier et al, 2001), la chronologie relative des dépôts

continentaux du Crétacé Supérieur et du Tertiaire et l’incision des sables alimentant les

dépôts-centres des fleuves qui débute à l’Oligocène.

6. Conclusion

L’objectif était de quantifier l’érosion cénozoïque des formations géologiques et plus

particulièrement des sables éoliens du Tertiaire dans la région drainée par les fleuves Congo

et Ogooué. Il s’agissait de voir les implications de ce remaniement sur l’apport de sédiments

détritiques sur la marge d’Afrique équatoriale de l’Ouest au cours du Cénozoïque. Ce travail

devait définir la chronologie des évènements ayant permis le stockage/déstockage des sables

éoliens du continent vers l’océan, permettant une comparaison entre volumes érodés et

volumes de sédiments estimés dans les dépôts-centres des fleuves.

Une étude géomorphologique couplant MNT, SIG et réseau hydrographique a révélé

l’existence de structures éoliennes (draas) fossiles sur les surfaces des formations tertiaires,

caractérisant une surface d’abandon. Des échantillonnages de points en base et sommet de

cette formation grâce à des coupes géologiques ont permis la synthèse de surfaces-enveloppes

de base et de sommet. On a ensuite calculé les volumes de sables tertiaires avant érosion et les

volumes de formation érodés au cours du Cénozoïque dans les deux bassins versants.

330000 km3 de sables tertiaires se sont déposés dans la zone d’étude avant érosion ;

265000 km3 de sables ont été évacués pendant l’incision Néogène, correspondant à 300000

km3 de sédiments et un taux de déstockage de 80 % (Leturmy et al, 2003 estimaient le volume

de Tertiaire érodé entre 300000 et 400000 km3par une méthode différente de celle utilisée ici).

Dans le bassin versant de l’Ogooué, le volume de formation érodée atteint 35000 km3

(10000

km3 issus de l’érosion des sables tertiaires et 25000 km

3 issus de l’érosion des formations plus

anciennes), correspondant à 40000 km3 de sédiments.

Environ 40% du volume de sédiments du dépôt-centre Oligocène-actuel du Congo est issu

du déstockage des sables éoliens tertiaires présents dans l’aire de drainage de ce fleuve. La

maturité élevée de ces sables et leur fort remaniement font qu’ils constituent de très bons

réservoirs géologiques au sein de ce dépôt-centre. Le cas de l’Ogooué est différent : moins de

20% du volume de sédiments du dépôt-centre de ce fleuve proviendrait de l’érosion des

formations en amont de Lambaréné. La région côtière du Gabon, en ayant subi un uplift

Miocène-actuel, apporte 200000 km3 de sédiments supplémentaires au dépôt-centre de

l’Ogooué, expliquant la différence. La moindre contribution du remaniement des sables

- 28 -

tertiaires dans ce bassin fait qu’on peut s’attendre à une moindre qualité des réservoirs

présents dans le dépôt-centre de l’Ogooué (réservoirs formés davantage grâce aux produits

d’érosion du socle, des formations côtières etc.…).

Si l’on additionne les volumes de sédiments accumulés au cours du Tertiaire (surtout

depuis l’Oligocène) pour le Congo (Anka, 2004) et l’Ogooué (Mougamba, 1999 ; cette étude),

on arrive à un total de 1.106 km

3 de sédiments déposés sur la marge au Sud du Golfe de

Guinée (de 3°N à 13°S). Leturmy et al, 2003, estimaient également ce volume à 1.106 km

3

pour la même région, seulement leur étude quantifiait non seulement la contribution de

l’Ogooué et du Congo, mais également celle d’autres fleuves plus petits (Kwanza, Kouilou).

La prise en compte de l’apport sédimentaire de ces fleuves, potentiellement important car ils

sont situés en zone côtière (laquelle subit un uplift depuis le Miocène), donnerait

probablement un volume de sédiments accumulés au Tertiaire supérieur au million de km3.

L’analyse de l’orientation des cours d’eau a mis en évidence 3 basculements tectoniques

d’ampleur régionale (directions : N090E, N120E et N200E), conséquence de plusieurs uplifts

d’âge Miocène. Ceux-ci ont déformé les sables tertiaires, ce qui permet de dire que leur dépôt

est ante-Miocène. Un couplage entre coupes géologiques, datations des basculements et

augmentation brutale des taux d’accumulation sédimentaire sur la marge au début de

l’Oligocène (liée au changement climatique de la transition Éocène-Oligocène) ont permis de

restreindre l’intervalle de dépôt de ces sables de la fin du Crétacé terminal à la fin de l’Éocène

(65 à 34 Ma). L’incision des sables débute après cette période, au début de l’Oligocène, et se

poursuit jusqu’à aujourd’hui, à la faveur d’un climat plus tropical à cette période.

- 29 -

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Résumé :

L’analyse géomorphologique des formations présentes dans les bassins versants du Congo

et de l’Ogooué s’appuie sur l’identification des surfaces enveloppes qui limitent les unités

stratigraphiques cénozoïques des unités plus anciennes (sédiments Mésozoïque et craton

Archéen). Cette étude utilise les MNT de la NASA (données SRTM/ASTER) et un système

d’information géographique (SIG) : elle révèle l’existence de mégadunes longitudinales

fossiles (draas) sur les plateaux des formations tertiaires, caractérisant ainsi des surfaces

d’abandon antérieures au début de l’incision.

Celles-ci définissent la surface-enveloppe du sommet de la formation cénozoïque dont la

présence est constatée dans plusieurs régions de la zone d’étude. Des coupes géologiques

levées dans l’ensemble de l’aire de répartition actuelle des formations tertiaires et leur

périphérie permettent d’extrapoler les surfaces-enveloppes de base et de sommet au sein des

aires de drainage du Congo et de l’Ogooué. L’extension maximale ante-érosion des zones de

dépôt des sables tertiaires est définie au moyen de ces coupes géologiques : elles mettent en

évidence des paléosurfaces d’aplanissement pré-cénozoïques sur le craton et des barrières

topographiques qui délimitent la cuvette du Congo.

Les résultats interprétés des cartes d’isopaques érodés révèlent que 40 % du volume du

dépôt-centre Oligocène-actuel du Congo provient de l’érosion des formations tertiaires

présentes dans l’aire de drainage de ce fleuve. La contribution du déstockage de ces

formations détritiques dans le bassin versant de l’Ogooué est par contre d’un ordre de

grandeur inférieur à celle du bassin versant du Congo. Le principal apport de sédiments vient

de l’érosion de la zone côtière du Gabon, soumise à un uplift et une dénudation depuis le

Miocène inférieur à l’actuel (200000 km3 de sédiments proviennent de la zone côtière du

Gabon contre 40000 km3 pour le bassin versant de l’Haut-Ogooué).

Les résultats montrent de plus qu’au Tertiaire, 330000 km3 de sables éoliens ont été

déposés sur le continent au niveau du bassin du Congo. Par des recoupements entre

chronologie relative des dépôts, datations de déformations régionales ayant affecté ces sables

(uplifts Miocène) et augmentation brutale de l’apport sédimentaire sur la marge d’Afrique

Équatoriale issu du déstockage de ces formations (environ 80 %), on définit deux périodes :

- Paléocène-Éocène : dépôt éolien des sables sur le continent, avec un climat désertique.

- Oligocène-actuel : incision et remaniement de ces sables vers la marge, avec un climat plus

humide.

Mots-clés : marge d’Afrique Équatoriale de l’Ouest ; Cénozoïque ; MNT ; mégadunes

fossiles ; surface d’abandon ; surfaces-enveloppes ; Congo ; Ogooué ; érosion.