Cette thèse porte sur l'histoire géologique paléoprotérozoique du Craton Ouest Africain au nord du Ghana, pendant l'orogenèse Éburnéenne (2.15-2.07 Ga). La géologie régionale est présentée à l'aide de nouvelles cartes lithologique, métamorphique et structurale, issues de l'interprétation de données géophysiques et de terrain. Le nord du Ghana est constitué de ceintures de roches vertes, de gneisses et de granitoïdes. Ceux-ci ont une affinité calco-alkaline ou sont analogues aux TTG archéens, et se sont formés entre 2.21 et 2.11 Ga. L'isotopie Lu-Hf indique que l'ensemble des magmas est juvénile, avec des temps de résidence crustaux de 2.45-2.30 Ga. Le métamorphisme au nord du Ghana révèle une diversité de régimes thermiques. Des reliques métamorphiques témoignent d'un géotherme apparent froid (BT-HP, 15°C/km). Elles sont sur-imprimées par un épisode métamorphique MP - MT (20°C/km) dans les faciès amphibolite à granulite, à partir de 2145 Ma, puis par une autre phase métamorphique en faciès amphibolite (25-30°C/km) entre 2125 et 2105 Ma. L'évolution métamorphique est interprétée comme la conséquence d'une interaction entre épaississement crustal et fluage gravitaire de la pile orogénique. Il est proposé qu'un événement magmatique produise des fragments d'une croute juvénile précoce, précurseur du Craton Ouest Africain à partir de 2.45 Ga. Le nord du Ghana pourrait représenter une suture entre deux compartiments cratoniques distincts entrés en collision. La géodynamique paléoprotérozoique semble unique dans l'histoire de la Terre et représente un état transitoire de son évolution séculaire, entre un régime " archaïque "' et la tectonique des plaques moderne. / This thesis focuses on the Paleoproterozoic geological evolution of the West African Craton in northern Ghana. New lithological, metamorphic and structural regional maps are built from the interpretation of field and airborne geophysical data. The crust in northern Ghana comprises greenstone belts gneissic terranes, and granitoids. The latter have a calc-alkaline affinity, or are analogue to Archean TTGs, and formed between 2.21 and 2.11 Ga. Lu-Hf isotope analyses show that the magmas are juvenile and derived from a source extracted from the mantle at 2.45-2.30 Ga. The Eburnean metamorphic record of northern Ghana reflects a diversity of thermal regimes. Metamorphic relics record conditions that correspond to a cold apparent geothermal gradient (BT-HP, ~15°C/km). They are overprinted by amphibolite- to high-P granulite-facies metamorphism (MP-MT, 20°C/km) starting at 2145 Ma, followed by another metamorphic phase in the amphibolite facies (25-30°C/km) between 2125 and 2105 Ma. The metamorphic evolution is interpreted to reflect the interplay between crustal thickening and gravitational flow of the orogeny. We suggest that a major magmatic event started at 2.45 Ga and produced fragments of juvenile crust, that formed the protolith of the West African Craton's crust. Northern Ghana may represent a suture zone between two distinct cratonic fragments that collided. Its geological record shares some similarities with modern orogenic belts, although it is not strictly identical. The Paleoproterozoic geodynamic settings may be unique in the history of the Earth, and represent a transitional regime in its secular evolution, between archaic geodynamics and modern plate tectonics.

La chaîne du Mayombe constitue la portion congolaise du système orogénique « Araçuaï-West Congo » qui se répartit entre la marge orientale du Brésil et la marge occidentale de l’Afrique centrale. Elle s’allonge parallèlement au littoral atlantique suivant la direction NW-SE. En tenant compte des données géochronologiques, elle se subdivise en deux domaines lithostratigraphiques : (i) le domaine paléoprotérozoïque et (ii) le domaine néoprotérozoïque. Le domaine paléoprotérozoique de la chaîne du Mayombe correspond à la partie interne de la chaîne et se caractérise par la co-existence des roches d’origine sédimentaire et magmatique déformées et métamorphisées à des degrés variés. Ces roches se répartissent en trois principaux groupes lithologiques : (i) le Groupe de la Loémé, (ii) le Groupe de la Loukoula et (iii) le Groupe de la Bikossi. L’analyse structurale des Groupes de la Loémé et de la Loukoula montre que ceux-ci sont plissés et fracturés. Dans le Groupe de la Loémé les plis présentent des axes qui s’orientent dans les directions NE-SW, NNE-SSW et N-S tandis que dans le Groupe de la Loukoula, le plissement se fait suivant la direction NE-SW. Le Groupe de la Bikossi se caractérise par des plis qui s’orientent dans les directions identifiées dans les précédants Groupes. L’étude géochimique réalisée sur les échantillons provenant du domaine paléoprotérozoïque de la chaîne du Mayombe montre que ce dernier est hétérogénique c’est-à-dire qu’il implique des terrains d’origine et de lithologie variées. La caractérisation pétrologique des ensembles lithologiques des groupes de la Loémé et de la Loukoula montre que ceux-ci sont affectés par au moins deux événements métamorphiques distincts qui se superposent. Le premier événement se traduit par des paragenèses à grenat-biotite-oligoclase dans les métapélites et par le développement de la hornblende brune dans les métabasites permettant ainsi de situer le contexte d’évolution dans le faciès des amphibolites. Le second événement s’enregistre de façon différente dans le Groupe de la Loémé et dans le Groupe de la Loukoula. Il se traduit respectivement par des assemblages à grenat-biotite-oligoclase dans les formtaions du Groupe de la Loémé et par une paragenèse à chlorite-albite-épidote dans le Groupe de la Loukoula. Les échantillons rattachés au Groupe de la Bikossi ne présentent que les traces d’un seul événement métamorphique marqué par les paragenèses à grenat-biotite-muscovite et grenat-chloritoïde-chlorite avec une température oscillant entre 510-568°C pour une pression d’environ 8 kbar. La datation U-Pb sur zircons a permis de : (i) définir les sources des matériaux détritiques ayant constitué les bassins évoluant de l’Archéen au Protérozoïque (3300-1500) ; (ii) de confirmer l’âge paléoprotérozoïque (2070-2040 Ma) du magmatisme éburnéen ainsi que l’âge néoprotérozoïque (925 Ma) des granites de type Mfoubou et Mont Kanda et (iii) mettre en évidence des perturbations du système isotopique U-Pb des zircons à 642 ± 36 Ma et 539 ± 18 Ma. Les analyses 40Ar-39Ar sur biotite, muscovite et amphibole des échantillons du domaine occidental de la chaîne du Mayombe ont fourni des âges qui situent l’événement tectono-thermique pan-africain entre 615 Ma et 496 Ma. / The Mayombe belt is the congolese part of the Araçuaï-West Congo belt system which extend from eastern margin of Brazil to western margin of central Africa. It runs parallel to the Atlantic coastline with NW-SE trend. Considering geochronological data, it is subdivided into two lithostratigraphic domains : (i) the Paleoproterozoic domain and (ii) the Neoproterozoic domain. The Paleoproterozoic domain of the Mayombe range corresponds to the inner part of the belt and is characterized by the coexistence of para and orthoderived rocks deformed and metamorphosed to varying degrees. These rocks are distributed among the three main lithological Groups : (i) the Loémé Group, (ii) the Loukoula Group and (iii) the Bikossi Group. Structural analysis of Loémé and Loukoula Groups shows folded and fractured stuctures. In the Loémé Group, folds trend NE-SW, NNE-SSW and N-S while in the Loukoula Group, the main shortening trends NE-SW. The Bikossi Group is characterized by folds oriented in the directions identified in the preceding Groups. The geochemical study carried out on samples from the Paleoproterozoic domain of the Mayombe belt shows that the latter is heterogeneous, by involving rocks of various origin and lithology. The petrological characterization of Loémé and Loukoula Groups shows that they are affected by at least two distinct metamorphic events that overlap. The first event is characterized by garnet-biotite-oligoclase parageneses in metapelites and by the development of brown hornblende in metabasites, thus allowing the evolution context to be situated in the amphibolite facies. The second event is recorded differently in Loémé Group and Loukoula Group. It consits respectively in garnet-biotite-oligoclase assemblages in the Loemé Group and in chlorite-albite-epidote paragenesis in the Loukoula Group. Samples from Bikossi Group present only traces of a single metamorphic event marked by garnet-biotite-muscovite and garnet-chloritoid-chlorite parageneses whose temperature is estimated at 510-568°C for 8 kbar of pressure. U-Pb dating of zircons allows to : (i) define the Archean-Paleoproterozoic (3300-1500Ma) sources of metasedimentary rocks (ii) confirm Paleoproterozoic (2070-2040 Ma) age of Eburnean magmatism and Neoproterozoic (925 Ma) Mfoubou and Mont Kanda type magmatism and (iii) to highlight the perturbations of zircons U-Pb isotopic system at 642 ± 36 Ma and 539 ± 18 Ma. The 40Ar-39Ar analyzes on biotite, muscovite and amphibole from samples of the western domain of Mayombe betl provided since the age range of Pan-African tectono-thermal event at 615-496 Ma.

La période à 2.1 Ga du Craton d'Afrique de l'Ouest est une période de production massive de leucogranites. Le batholite de Ferkessédougou (Côte d'Ivoire) est, tant du point de vue de sa localisation, de son extension, que de son histoire dans la littérature géologique, un élément majeur de l'interprétation de la géodynamique du Paléoprotérozoïque. Tour à tour considéré comme un granite de ride augéosynclinale puis un granite typique de collision de type moderne, il n'en demeure pas moins le jalon d'un accident crustal NNE-SSW important du Paléoprotérozoïque : le linéament GFB (Greenville-Ferkessédougou-Bobodioulasso). Son étude et son interprétation s'inscrivent dans le débat sur la validité de la tectonique des plaques à cette période. Par analyse satellitale, nous montrons que ce batholite de 400 km de long sur une cinquantaine de large est en fait constitué d'une grande quantité de plutons adjacents relativement proches pétrographiquement. Le contexte général de son encaissant métavolcanique et/ou métasédimentaire birimien (2.2 Ga à 2.1 Ga) faiblement déformé et épizonal ainsi que l'absence de déformations tangentielles additionnelles traduisent la faiblesse de l'épaississement crustal synchrone de sa genèse. Sa fabrique déterminée par analyse structurale classique et par analyse de susceptibilité magnétique est double. La première "magmatique" est le plus souvent coaxiale, d'orientation et de pendages variables. Elle dessine des trajectoires courbes et traduit la mise en place des plutons. Elle est l'équivalent de ce qui a été rapporté à la déformation D1 autour de granites anciens. La seconde, magmatique à post-solidus, beaucoup mieux réglée, souvent constrictive ou non-coaxiale, est l'image d'un champ de contrainte régional transcurrent qui se rapporte à la déformation D2 classique dans la chronologie du craton birimien. Les plutons du batholite granitique de Ferké sont syntectoniques de cette grande phase de raccourcissement (2.1 Ga à 2.07 Ga) du birimien. Le passage en revue des différents modèles de plutons, l'analyse du secteur SW de la Côte d'Ivoire présentant des dykes granites à deux micas et des faciès métamorphiques de plus haut grade, un survol des formations de l'Imataca au Surinam, ainsi que le bilan de l'analyse structurale, nous amènent à proposer un modèle 3D pour le batholite de Ferké. Il correspondrait à un ensemble de petits plutons de forme laccolithique engagés dans la croûte superficielle entre les métasédiments épizonaux birimiens dits "de bassin", des gneiss et micaschistes probablement d'âge compris entre 2.2 et 2.1 Ga. Ces plutons seraient alimentés par un faisceau de dykes issus de la fracturation par ouverture en pull-apart du bassin sédimentaire SASCA-Bandama-Bobodioulasso. La fusion de la croûte essentiellement de type ceinture verte/TTG (absence de traces de matériel archéen), à la verticale du bassin subsident, aura incorporé du matériel sédimentaire de bassin. L'apport de chaleur nécessaire à la compensation de la faiblesse de l'épaississement aurait été fourni par le jeu décrochant des fractures majeures des pull-aparts. La place nécessaire à la mise en place des plutons exige une montée de ces derniers à la fin de la période extensive à la faveur de multiples cauldron-subsidences. Les conditions et régimes des deux déformations principales impliquent un lapse de temps très court entre la stabilisation de l'ouverture des bassins et leur fermeture. Par ailleurs, la variation du niveau structural du Nord-Est vers le Sud-Ouest, en particulier vers la zone probable de l'équivalent-racine au Vénézuéla-Surinam, montre un approfondissement et le rapprochement d'une croûte archéenne vers le SW alors qu'elle n'était jusqu'à présent reconnue que vers l'Ouest (Guinée, Dorsale de Man) ou soupçonnée vers l'Est au Ghana.