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.

Le bassin paléoprotérozoïque (2,1 à 2,0 Ga) de Franceville, situé au Sud-est du Gabon, est étudié depuis des décennies pour son fort potentiel métallifère (uranium et manganèse), depuis 2010, pour avoir livré les plus anciens macro-organismes multicellulaires connus à ce jour, repoussant la limite de l'apparition de la vie multicellulaire complexe à 2,1 Ga. Cette période, est synchrone de grands bouleversements ayant affectés à l'échelle du Globe la chimie de l'atmosphère et des océans et correspond à la mise en place de la formation FB de la série sédimentaire du Francevillien. C'est dans la région de Mvengué, au centre du bassin, que le stratotype de la formation FB a été initialement défini. L'objectif de cette étude est de pouvoir apporter de nouvelles informations sur les conditions de sédimentation et de diagenèse précoce de ces sédiments, et de mieux comprendre la mise en place de la sédimentation carbonatée essentiellement au sein de niveaux de black shales et d'intercalations silto-gréseuses.<br/>Dans la zone de Mvengué, les dépôts de la formation FB sont composés d'unités déposées dans un environnement marin avec des profondeurs variables en dessous de la limite d'action des vagues de tempête. On distingue les unités (1) FB1b comprenant des pélites noires, des grès intercalaires et des pélites rubanées ou dolomites litées, (2) FB1c formée par l'alternance de black shales et de grès noirs et enfin (3) FB2a caractérisée par les grès massifs ou grès de Poubara. La variabilité verticale est identique dans les différents sondages. Les analyses pétrographiques, minéralogiques et chimiques montrent que ces sédiments ont subi une diagenèse modérée. Toutefois, les effets de cette diagenèse est variable selon les faciès.<br/>Les carbonates sont associés aux black shales, de manière souvent diffuse, ils peuvent s'exprimer en lits et bancs individualisés à Mvengué, mais également en concrétions sur le site de Moanda, où elles apparaissent sur une épaisseur de 12 m intercalées dans les niveaux de black shale de l'unité FB1c. Ces concrétions, ovoïdes à lenticulaires, de taille centimétrique à décamétrique, forment des alignements au sein de 8 niveaux successifs. Quelle que soit leurs formes, leurs relations géométriques avec les lamines de l'encaissant black shale argue en faveur d'une mise en place dans un sédiment encore meuble, bien avant le début de la compaction. En se développant les concrétions ont incorporé une fraction argileuse semblable à celle de l'encaissant et dont la composition est relativement homogène depuis leur bordure externe jusqu'à leur centre. Les analyses isotopiques du carbone et de l'oxygène de la phase carbonatée et du carbone de la phase organique ainsi que les relations morphologiques et texturales indiquent que la dolomitisation ayant générée ces concrétions s'est effectuée durant les premiers stades de la diagenèse et a été favorisée par l'oxydation bactérienne de la matière organique conduisant à l'augmentation de l'alcalinité des eaux interstitielles des sédiments. / The Paleoproterozoic (2.1 to 2.0 Ga) Franceville Basin, South-east of Gabon, has been studied for decades for its high metalliferous (primarily uranium and manganese) potential. The discovery of the oldest known macro-multicellular organisms in the FB Formation in the basin in 2010 caused a repositioning of the appearance of complex multicellular life to 2.1 Ga in Earth history. This period is synchronous with great upheavals that affected the global chemistry of the atmosphere and oceans, and corresponds to the deposition of the FB Formation in the Franceville Basin. Core samples from the FB Formation were sampled from the centre of the basin (MVengué syncline) and the western flank of the basin (Moanda) for comparative analyses. The objective of this study is to provide new information on precipitation conditions of the early diagenetic carbonate cements and concretions associated with the organic-rich black shales and siltstones in the FB Formation using facies analyses, petrographic, and geochemical techniques.<br/>At the basin centre, the FB Formation is composed of sedimentary units that reflect deposition in a deep marine environment with variable depths below the limit of storm wave actions. Three units can be distinguished: (1) FB1b consisting of black shales, fine grained sandstones, and laminated mudstones or layered dolomites; (2) FB1c consisting of alternating black shales and sandstones; and (3) FB2a that is characterized by massive sandstone (namely the Poubara sandstone). Detailed analytical studies showed that these sediments have undergone moderate diagenetic modifications. However, the degree of diagenesis varies between different lithofacies.<br/>The carbonates are commonly diffused within the associated black shales throughout the FB Formation. In addition, at the Mvengué, the carbonates are present as individual beds, and as ovoid to lenticular centimeters to tens of centimeters thick concretions at Moanda, where they occur interlayering the FB1c black shales at eight levels. Irrespective of their form of occurrence, their relationships with the laminated black shale argues in favour of their formation before significant compaction. As a result, the incorporated clay minerals in the concretions are similar to the host rocks (black shales) and their composition is relatively homogenous from the edge to the centre. Isotope analyses of carbon and oxygen in the carbonates and of carbon in the organic matter, as well as the morphological and textural relationships suggest that the dolomitiation processes at the origin of the concretions, occurred during the early diagenetic stage, were favoured by bacterial oxidation of organic matter resulting in increasing pore water alkalinity in the sediments.

Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude du style tectonique et de l'évolution géodynamique de la "Trans-North China Belt", chaîne de collision marquant la fermeture du Craton de Chine du Nord au Paléoprotérozoïque. Cinq principaux massifs ont fait l'objet d'une étude de terrain détaillée, mettant l'accent sur la géométrie des structures et leur cinématique et permettant de distinguer plusieurs unités lithotectoniques aux caractères métamorphiques distincts. Les contraintes temporelles du magmatisme, du métamorphisme et de la déformation ont été obtenues par la datation U-Th-Pb sur monazite à la microsonde électronique, la datation 40Ar/39Ar sur monograins d'amphibole, de biotite et de muscovite et la datation U-Pb LA-ICP-MS sur zircon. Deux domaines sont distingués. Le premier est caractérisé par une tectonique tangentielle. L'unité "LGMU" (Low-Grade Mafic Unit) est interprétée comme une nappe ophiolitique qui s'enracine le long de la "Trans-North China Suture", située dans la partie ouest de la chaîne. Cette nappe chevauche vers le SE l'unité "OVU" (Orthogneiss-and-Volcanites Unit), composée d'une série volcano-sédimentaire et d'orthogneiss métamorphisés dans le faciès des amphibolites. Ces roches, dont les protolithes sont datés vers 2.5 Ga et 2.1 Ga, sont impliquées dans l'orogenèse de collision caractérisée par une histoire polyphasée entre 1900 Ma et 1800 Ma. En complément des résultats des datations U-Th-Pb et U-Pb, une étude thermobarométrique réalisée sur un micaschiste à disthène et staurotide conduit à la construction d'un chemin Pression-Température-Déformation-temps prograde qui vient confirmer l'âge de la mise en place des nappes et de l'épaississement crustal vers 1880 Ma. Le second domaine, constitue le para-autochtone sur lequel l'unité "OVU" est charriée. Ce domaine est caractérisé par une structure en "dôme-et-bassin", interprétée comme le résultat d'un diapirisme dans un champ de déformation défini par un étirement E-W et un raccourcissement N-S. Cette tectonique "archaïque" est datée vers 2.1 Ga. Enfin, l'étude préliminaire du massif de Zanhuang, situé à l'est du para-autochtone permet de mettre en évidence une seconde zone de suture où s'empilent, selon une vergence Est, des écailles de roches ophiolitiques et de marge passive continentale. La synthèse de l'ensemble des résultats conduit à la reconstruction de la structure globale du segment de chaîne considéré, depuis les zones internes jusqu'aux zones externes. En outre, nous proposons un modèle géodynamique qui implique trois blocs néoarchéens, le Bloc de l'Ouest, le Bloc de Fuping et le Bloc de l'Est, séparés par deux océans, l'Océan de Lüliang et l'Océan de Taihang. L'ouverture des domaines océaniques s'opère vers 2175 Ma. La collision à ~1880 Ma, en réponse à leur fermeture, est responsable de la structuration principale de la "Trans-North China Belt". Ce travail témoigne qu'au Paléoprotérozoïque, une chaîne de collision de type moderne peut se former, avec notamment le développement de chevauchements de type Alpin, suggérant une lithosphère continentale au comportement rhéologique proche de l'actuel.

Cette thèse s'intéresse à un segment de croûte d'âge Paléoprotérozoïque du craton ouest-africain. Les roches de la zone d'étude comprennent des roches volcaniques et volcanoclastiques mafiques à felsiques, des paragneiss de haut grade métamorphique et des ensembles volcano-sédimentaires faiblement métamorphisés. De nouvelles cartes lithologiques, métamorphiques et structurales sont construites à l'aide d'une approche intégrée, couplant cartographie de terrain et interprétation des données géophysiques aéroportées à l'échelle régionale. L'analyse des données géochimiques et géochronologiques des suites magmatiques de la ceinture de roches vertes de Sefwi révèle une affinité marquée avec le magmatisme calco- alcalin, produit des arcs volcaniques modernes et avec les TTGs d'âge Néoarchéen, impliquant une certaine diversité des sources et des processus pétrogénétiques. Des coeurs de zircons hérités, présents au sein de la suite magmatique livrent des âges autour de ca. 2250 à 2270 Ma. Leurs couronnes révèlent des âges de mise en place compris entre ca. 2189 et 2081 Ma. L'analyses Lu-Hf sur zircon livre des valeurs eHf positives et des âges modèles pour la croûtes situés entre 2650 et 2250 Ma. Ces valeurs indiquent l'existence d'une proto-croûte à tendance radiogènique et des temps de séjour limités pour ces magmas évoluant au sein de cette proto-croûte. L'évolution des magmas montre qu'ils ont été générés de façon concomitante, vers 2155 Ma, certains dérivants de la fusion d'une source mafique faiblement enrichit en potassium et formant des magmas sodiques, riches en silice, de type TTGs, d'autres de composition plus dioritiques, générés à partir de la fusion du manteau métasomatisé et enrichit en LILE. La mise en place plus tard vers ca. 2136 Ma de monzonites, présentant de teneurs élevées en potassium, soutient l'hypothèse d'une interaction avec des magmas de refusion de TTG existants au sein de la croûte. Le dernier stade du magmatisme est caractérisé par la mise en place de granites à deux micas et de leucogranites, le long de la marge nord-ouest de la ceinture de roches vertes vers ca. 2092 et 2081 Ma, marquant le stade de la collision au sein de l'orogène Eburnéenne. L'évènement tectono-métamorphique d'âge Eburnéen est caractérisé par un métamorphisme initialement de faciès amphibolite de haute pression, associé à un gradient géothermique assez froid (HP-MT, ~ 15-17 ° C / km). Le raccourcissement D1, orienté NNO-SSE, a généré une foliation pénétrative (S1), parallèle au litage des roches et des plans de chevauchement à tendance décrochant, orienté E-W. Cette tectonique précoce a provoquée l'enfouissement de roches supra-crustales (sédiments, roches volcaniques) et un épaississement de la croûte. Cet évènement métamorphique précoce évolue dans le temps et l'espace vers le facies amphibolite-granulite et l'anatexie. Les données SHRIMP U-Pb in-situ sur monazite livré des âges autour de ca. 2073 Ma. Ces monazites sont présentes au sein de paragénèses métamorphiques (D2) soulignant la foliation S2. Ces âges sont interprétés comme marquant le début de l'exhumation et du refroidissement de la croûte inférieure. Des détachements normaux, orientés NNE-SSO et des structures constrictives se sont formés conjointement au sein d'un régime de déformation D2 globalement transtensif, à jeux sénestre. Un régime compressif plus tardif (D3) a ensuite causé une réactivation en mouvement dextre de ces structures cisaillantes orientées NE-SO avec une rétrogression en schistes verts. Nous proposons que les segments de croute juvénile ont été générés en contexte d'arc intra-océanique, associé à un magmatisme intense et varié, issus des processus de subduction qui prendront fin lors des stades d'accrétion et de collision de ces segments d'autres terranes birimiens. La marge nord-ouest de la ceinture de roches vertes de Sefwi est interprétée comme une zone de suture entre des segments d'arc originellement séparés. / This thesis investigates the Palaeoproterozoic crust of the West African Craton in southwest Ghana, providing insight into its controversial geodynamic and tectonic evolution. Rocks of the study area comprise greenschist- to amphibolite facies, mafic to felsic volcanic and volcaniclastic rocks, high-grade paragneisses and low-grade volcano-sedimentary packages, all of which are extensively intruded by multiple generations of granitoids. New lithological, metamorphic and structural maps are constructed using integrated field mapping and interpretation of regional airborne geophysical datasets. This approach is used to constrain the deformation history of the sparsely exposed rocks of the NE- to NNE-striking Sefwi Greenstone Belt and the adjacent volcano-sedimentary domains deformed during the Eburnean Orogeny (2150-2070 Ma). Combined geochemical and geochronological analysis of the magmatic suites of the Sefwi Greenstone Belt reveal calc-alkaline, volcanic arc affinities, as well as a striking similarity to Neoarchean TTGs that require diverse magma sources and petrogenetic processes. Rare inherited zircon cores from the Palaeoproterozoic magmatic suite yield ages of ca. 2250 to 2270 Ma, with granitoid emplacement ages ranging between ca. 2189 and 2081 Ma. Zircon Lu-Hf analysis reveals consistently positive eHf(t) values and two-stage crustal model ages between 2650 and 2250 Ma, indicative of a radiogenic proto-crust and short crustal residence times. The magmatic evolution reveals the coeval generation of sodic, high-silica TTGs derived from partial melting of low-K mafic sources and dioritic magmas generated in a metasomatised, LILE-enriched mantle wedge at ca. 2155 Ma. Subsequent emplacement of high-K quartz monzonites at ca. 2136 Ma supports the interaction of mantle-derived magmas and remelting of existing TTGs. The final stage of magmatism is characterised by the emplacement of two-mica-granites and leucogranites along the NW margin of the Sefwi Greenstone Belt between ca. 2092 and 2081 Ma, interpreted as a terminal collisional event during the Eburnean Orogeny. Eburnean metamorphism and deformation is characterised in the study area by initial high-pressure amphibolite facies metamorphism corresponding with low apparent geothermal gradients (HP-MT, ~15-17°C/km). D1 NNW-SSE shortening generated a ubiquitous bedding-parallel foliation (S1) and ~E-W striking thrust faults, resulting in the burial of supracrustal rocks and crustal thickening. In the high-grade terrane, subsequent amphibolite-granulite facies metamorphism is associated with anatexis. In-situ SHRIMP U-Pb monazite ages at ca. 2073 Ma, hosted within, D2 mineral assemblages, are interpreted as the initial timing of cooling and exhumation, significantly later than paroxysmal metamorphism in NW Ghana and central Ivory Coast (2150-2130 Ma). NNE-striking normal detachments and constrictional deformation structures formed during sinistral ENW-WSW transtension (D2), during which segments of the middle- and lower crust were juxtaposed with low-grade domains. Subsequent E-W directed shortening (D3) caused the dextral re- activation of NE-SW striking shear zones, associated with a localised greenschist facies metamorphic overprint. We propose that the juvenile crust of southwest Ghana was generated in an intra-oceanic arc setting, associated with diverse and intense subduction-related magmatism until subsequent terrane accretion and collision. The north-western margin of the Sefwi Greenstone Belt in interpreted as a suture between the separate arc terranes, diachronously accreted during the Eburnean Orogeny. The Palaeoproterozoic crust of the southern portion of the West African Craton represents a juvenile crustal growth event, recording the unique geodynamic and orogenic processes associated with nascent subduction-related plate tectonics in the early Earth.

Ce travail de thèse s'intéresse à l'événement transamazonien en Guyane Française. Le Transamazonien constitue l'événement géodynamique majeur structurant le bouclier des Guyanes entre 2.2 et 2.0 Ga. L'évolution de l'orogenèse transamazonienne est décrite en termes de croissance crustale, prenant en compte des processus de recyclage archéen ainsi que des processus d'accrétion juvénile et de réactivation thermotectonique au Paléoprotérozoïque. Notre travail axé sur une étude géochronologique (U-Pb et Ar/Ar) et une étude géochimique (éléments majeurs et éléments en trace) a permis de proposer un modèle d'évolution en quatre étapes : une première étape avec la formation d'une croûte océanique juvénile à 2.2 Ga, une seconde étape de croissance crustale, avec la formation de série TTG entre 2.18 et 2.1Ga. Cette seconde étape présente une évolution du contexte de subduction générant les TTG, le résultat est la formation de magmas type «sanukitoïdes». La troisième étape présente la formation de magmas calco-alcalins (2.1 à 2.08 Ga) résultant du «refroidissement» du contexte de subduction déjà initié lors de la seconde étape. Le stade final est caractérisé par la formation de granites d'anatexie crustale (2.1 à 2.06 Ga). Plus globalement, notre étude sur le Transamazonien s'intéresse à la question clé des domaines paléoprotérozoïques, qui est de définir quels types de processus étaient actifs à cette période ? Le Paléoprotérozoïque se situe à la transition entre la période archéenne dominée par des processus de croissance crustale dits «archaïques» et une période récente caractérisée par des processus de croissance crustale dits «modernes».

Afin de mieux comprendre la géodynamique paléoprotérozoïque et mésozoïque en Guyane et Côte-d'Ivoire, une étude pluridisciplinaire (paléomagnétisme, géochronologie 40Ar/39Ar, et géochimie a été menée sur des dolérites, granitoïdes et roches sédimentaires.<br />L'étude combinée paléomagnétique et géochronologique en Guyane sur les roches paléoprotérozoïques a montré que l'activité magmatique jurassique n'a pas pertubé la rémanence magnétique et le géochronomètre Argon. Les vitesses de refroidissement sont lentes (3,5+2/-1,6°C/Ma et 4,8+2,6/-2,1°C/Ma) et régulière du Nord au Sud. Un refroidissement tardif du sud de l'Oyapok, marqué par une forte anisotropie (P') a été mis en évidence. Trois pôles paléoprotérozoïques (OYA, A et B) ont été acquis, dont l'âge de la rémanence est compris entre 2050 et 1990 Ma. Ces trois pôles comparés avec les pôles C1, C2, C3 (2100 et ~ 2000 Ma) acquis en Côte-d'Ivoire ont permis de construire deux courbes apparentes de dérive des pôles paléoprotérozoïques pour les cratons de Guyane et d'Afrique de l'Ouest. La comparaison de ces courbes montre une cohérence entre elles après 2020 Ma, confirmant que les deux cratons constituent un bloc unique à 2000 Ma. Les pôles plus anciens ne sont pas compatibles. Deux propositions sont proposés I) les deux blocs continentaux étaient séparés avant 2020 Ma ; II) les deux blocs étaient ensembles mais le manque de données paléomagnétiques entre 2080 et 2040 Ma ne permet pas de le voir.<br />Nos nouvelles données sur la province magmatique jurassique centrale Atlantique montrent que la Guyane fait partie d'une zone restreinte (Amapa, Libéria, Côte-d'Ivoire) ayant des traits géochimiques et géochronologiques particuliers. Cette zone correspond à la présence majoritaire de tholéiites riches en titane d'origine asthénosphérique mises en place par injection horizontale du magma et en plusieurs injections successives. Ces dolérites ont un âge 40Ar/39Ar plus jeune (197 à 192 Ma) que le reste de la province magmatique centrale Atlantique (~200 Ma).

Le bassin de Franceville d'âge Paléoprotérozoïque (2,2-2,0 Ga) est connu pour ses réacteurs nucléaires naturels, la richesse de son sous-sol (minéralisations uranifères et manganésifère) et ses formations sédimentaires bien préservées qui ont fourni les plus anciens macro-organismes multicellulaires déplaçant la limite de l’apparition de la vie multicellulaire précédemment fixée à 600 Ma à 2,1 Ga. Ces derniers sont retrouvés dans la formation FB dont la mise en place s'est faite durant et immédiatement après le GOE (Grand Evenement d’Oxydation de l’atmosphère terrestre). Cependant, le bassin de Franceville possède également des roches de type cherts qui appartiennent majoritairement au FC et sont le sujet de ce travail.Les observations de terrains, les études pétrographiques et géochimiques sont utilisées pour déterminer l'environnement de dépôts, le mode de formation, et la source de la silice qui compose ces cherts. L'analyse des différents affleurements met en évidence trois faciès distincts : (1) un faciès chert massif d'apparence homogène, (2) un faciès de chert béchique et (3) un faciès stromatolites. Les dômes plats, relativement peu épais, et les formes concentriques à la surface de ces dômes traduisent un milieu supratidal à intertidal. Les observations microscopiques dépeignent trois microfaciès : (1) un microfaciès homogène composé de microquarz dans lequel sont inclus de carbonates et des calcédoines ; ce microfaciès est caractéristique des affleurements de Sucaf et route de Moyabi ; (2) un microfaciès hétérogène montrant des grains qui peuvent être assimilés à des péloïdes à Bambaye, et à des intraclastes et oncoïdes à Lekouba ; (3) un microfaciès laminé (stromatolites) présent dans tous les affleurements. Ces différents microfaciès peuvent être reliés à une précipitation directe de silice, à l'exception des faciès à intraclastes comprenant des inclusions de carbonates qui résultent de la silicification d'un précurseur carbonaté. La formation FC de Francevillien du Gabon renferme les plus vieux microfossiles de Gunflint (Gunflintia, Huroniospora, Eoastrion) qui sont observés dans des stromatolites. Des observations microscopiques (microscopie optiques, microscope électronique à balayage, microscopie électronique à transmission, microscopie laser confocal à balayage et la microspectroscopie Raman) ont été utilisées pour étudier la morphologie et l'ultrastructure dans le but de mieux caractériser leur préservation, leur biogénicité et leur affinité biologique. Malgré un degré de maturation élevé de la matière organique qui les compose, les gaines et les parois des Gunflintia et Huroniospora sont préservées par une recristallisation de plusieurs générations d'opales de différentes textures. Des filaments larges (> 3 μm) à parois épaisses sont reconnus pour la première fois dans un assemblage stromatolitique de type Gunflint et montrent la préservation d'une ultra-structure de gaine épaisse souvent observée dans les cyanobactéries. Deux types de formes en étoiles (Eoastrion) sont distinguées. L'étude palynologique et ultrastructurale révèle un processus de préservation similaire à celui des Gunflintia et Huroniospora. Toutefois, les branches d'un Eoastrion traversant un cristal de chlorite diagénétique tardif sont compatibles avec la formation de branches par migration. De ce fait, leur biogénicité reste discutable. / The Franceville basin of Paleoproterozoic age (2.2-2.0 Ga) is known for its natural nuclear reactors, richness of its bedrock (uranium and manganese ore mineralization) and well-preserved sedimentary formations that provided the oldest multicellular macro-organisms moving the limit of the emergence multicellular life previously set at 600 Ma to 2.1 Ga. TheThese are found in the FB formation which was deposed during and immediately after the GOE (Great Oxydation Even of Earth's Atmosphere). However, the Franceville basin also possesses cherty-type rocks which mainly belong to the FC and are the subject of this work.Field observations, petrographic and geochemical studies are used to determine environment of deposition, mode of formation, and source of the silica which composes these cherts. The different outcrops analysis shows three distinct facies: (1) massive chert facies (2) brecia chert facies and (3) stromatolites facies. The flat domes, relatively thin, and concentric forms on the dome surface indicate a supratidal to intertidal environment. Microscopic observations depict three microfacies: (1) homogeneous microfacies composed of microquarz in which are included carbonates and chalcedony; This microfacies is characteristic of Sucaf and route de Moyabi outcrops (2) heterogeneous microfacies showing grains that can be assimilated at peloids Bambaye, and intraclasts and oncoids at Lekouba; (3) laminated microfacies (stromatolites) present in all outcrops. These different microfacies may be related to direct silica precipitation, with the exception of intraclastic facies including carbonate inclusions, resulting from silica replacement of carbonate rocks.The Gabonese Francevillien FC formation contains the oldest Gunflint microfossils (Gunflintia, Huroniospora, Eoastrion) which are observed stromatolites. Microscopic observations (optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, confocal scanning laser microscopy and Raman microspectroscopy) were used to study morphology and ultrastructure for the purpose better characterize their preservation, biogenicity and biological affinity. Despite a high degree of maturation of the organic matter that composes them, the sheaths and walls of the Gunflintia and Huroniospora are preserved bythe recrystallization of several generations of opals of different textures. Thick-walled large (> 3 μm) filaments are first recognized in a Gunflint-type stromatolitic assembly and show the preservation of a thick sheath ultra-structure often observed in cyanobacteria. Two types of star shapes (Eoastrion) are distinguished. The palynological and ultrastructural study reveals a similar preservation process to Gunflintia and Huroniospora. However, the branches of an Eoastrion crossing a late diagatetic chlorite crystal are compatible with the formation of branches by migration. Therefore, their biogenicity remains debatable.

Le Bassin de Franceville situé au SE du Gabon présente une série de black shales (Formation FB) d'âge Paléoprotérozoïque (2.1 Ga) surmontant les grès de la Formation FA. Ce bassin peu déformé et non métamorphique représente une archive exceptionnelle des processus de dépôt de cette période de l’histoire de la Terre où la vie commence à se développer. En particulier, la Formation FB contient le protore d'un gisement mondial d'oxydes de manganèse exploité par la société Eramet-Comilog. L’objectif de ce travail est de préciser les conditions de formation de ce protore et de le replacer dans l’histoire du remplissage du bassin. Ce protore d'une épaisseur moyenne de 75 m est constitué de carbonates de manganèse ; il a fait l'objet d'une récente campagne de 24 forages carottés d'une profondeur moyenne de 125 m sur le plateau de Bangombé (Pl. Bangombé).A travers une approche pluridisciplinaire comprenant l'étude de ces forages et des affleurements clefs du bassin, ce travail porte sur la caractérisation i) de l'environnement de dépôt du protore et des séries qui l'encadrent (du toit du FA au toit du FB) ; ii) du mode de formation des carbonates de Mn à 2.1 Ga et iii) de l'architecture et de la répartition des hautes teneurs en Mn du protore représentant un gisement potentiel du futur.L’étude pétro-sédimentaire détaillée a permis de distinguer neuf unités (U1 à U9) au sein de la Formation FB organisées suivant un cycle rétrogradant jusqu’à U5 puis progradant jusqu’à U9. Ce découpage montre une évolution du milieu de dépôt depuis un domaine de shoreface contrôlé par des courants deltaïques (U1) évoluant vers des dépôts d’offshore restreint (U2). Ce bassin enregistre ensuite un système de chenaux-levées turbiditiques (U3) qui alimentent un réseau d'injectites reconnu sur l’ensemble du Pl. de Bangombé et qui traverse 150 m de série (U4 à U7) en affectant le protore et ainsi les teneurs en Mn. L'environnement de dépôt du protore (U5 et U6) marque l’isolement du bassin qui devient affamé et contrôlé par une sédimentation biochimique à l’origine du dépôt des carbonates de Mn. L'Unité 7 correspond à la réouverture des apports détritiques en domaine d'offshore supérieur puis en domaine de shoreface dominé par des dépôts de tempêtes et de chenaux sous-aquatiques deltaïques (U8), et enfin lagunaire (U9) dans lequel apparaissent les premiers métazoaires de l’histoire de la planète, suivant une séquence régressive.Une étude géochimique a permis de préciser les conditions de dépôt du protore qui se forme en milieu alcalin anoxique à sub-oxique. Dans ce milieu, nous montrons pour la première fois une précipitation directe des carbonates de Mn sous forme bactériomorphe induite par l'activité photosynthétique des cyanobactéries qui consomment le CO2/HCO3 et conduisant à une augmentation du pH favorable à la formation des carbonates de Mn. L'activité cyanobactérienne est conditionnée par l’absence de courants de fond qui augmentent la turbidité du milieu et stoppent cette dernière.Les corrélations diagraphiques et séquentielles permettent de préciser la répartition spatiale et temporelle du FB permettant ainsi de replacer le protore dans l’histoire tectono-sédimentaire du bassin. Une première phase syn-tectonique (U1 à U3) contrôle l’épaisseur et la mise en place de dépôts turbiditiques dans les parties subsidentes, de dépôts argileux sur les pentes et de dépôt de carbonates sur les hauts-fonds. La seconde phase post tectonique (U4 à U7) permet la mise en place de dépôts relativement isopaques, bien que le protore enregistre une subsidence plus importante au nord du Pl. de Bangombé. On observe ainsi, sur le Pl. de Bangombé, des teneurs en Mn qui augmentent vers le sud alors que l’épaisseur du protore augmente vers le NNE. Postérieurement au dépôt du FB, le protore est structuré par des failles qui le compartimentent en touches de piano limitant ainsi sa continuité sur le Pl. de Bangombé. / The Franceville Basin (2.1 Ga) in southeastern Gabon, hosts a black shale series well preserved (FB Formation) which represents an exceptional example of unmetamorphised Paleoproterozoic sediment strata. This basin includes the protore of one of the largest Mn-oxide laterite ore worldwide, mined by Eramet-Comilog. The aim of this this work is to determine formation conditions of this protore and to characterize the global sedimentary evolution of the FB Formation which include the protore. This 75 m thick protore is constituted of Mn carbonate-rich black shales which represent a potential ore deposit for the future. It was drilled, on the Bangombé plateau, during a recent campaign of 24 boreholes with an average depth of 125 m.Through multidisciplinary study on these cores and key outcrops of the basin, this work focuses on : i) the depositional environment of the Mn-protore and FB Formation ; ii) the processes of formation of the Mn-carbonates at 2.1 Ga and iii) the architecture and distribution of Mn-rich levels of the protore on the Bangombé Plateau.A detailed sedimentological and petrological study allowed us to redefine the division of the FB into nine units, named U1 to U9 from the base to the top. These units show a fine upward cycle up to U5 and a reverse coarse loop until U9. This division leads to a new interpretation to propose an evolution from a shoreface depositional environment controlled by deltaic currents (U1) to an offshore depositional environment with anoxic conditions (U2). In this basin, a system of submarine fan is developed, feeding a network of sand injections (injectites) covering the Bangombé plateau (70 km²) and with a thickness of 150 m affecting U4 to U7, including the Mn-protore. The protore depositional environment formed below the wave base limit (U4, U5 and U6) in a starved basin, controlled by biochemical sedimentation allowed the formation of Mn-carbonates. The end of starved basin, would allow the re-opening of the detrital input into the offshore basin (U7). This basin is then filled by storm bar deposits intersected by deltaic sub-aquatic channels (U8). The U9 unit corresponds to a quiet lagoon environment, allowing the multicellular organism development for the first time on the planet.A geochemical study allowed the characterization of the depositional environment of Mn-carbonates as an anoxic to sub-oxic and alkaline environment. For the first time, we showed that the manganese carbonates, present as bacteriomorph forms, are precipitated from the seawater by the mediated photosynthetic cyanobacterial activity, which allows CO2 / HCO3 depression of the environment and a local increase of pH. The cyanobacterial activity is controlled by the absence of bottom currents, which increase the detrital input. This would stop the activity of the cyanobacteria and thus would lead to the decrease of the Mn-concentration along the protore.Finally, well-log and a sequential correlation analyses allowed us to detail spatial and timing repartition of FB Formation deposit, controlled by a tectono-sedimentary model. We propose two- tectono-sedimentary phases. A first syn-tectonic phase (U1 to U3) controls the depocentres and sedimentation gaps. Turbidite coarse deposits are located in the most subsident part, clay deposits rather on the slope and carbonates on shoals. A second post-tectonic phase (U4 to U7) allows isopach deposits. The Mn-protore formed during the post-tectonic phase. However, it shows a variable thickness due to subsidence to the north of the Bangombé plateau. So, on the Bangombé plateau, Mn-contents increase towards the south, whereas the protore thickness increases towards the NNE. Moreover sand injectites decrease Mn-content in the eastern part of the Bangombé plateau and impact on the economic evaluation of the Mn-carbonates. Currently, the protore is structured by post-sedimentary faults, which lead to a non-continuity of the high Mn levels on the Bangombé plateau.

Dans le bassin de Franceville (Gabon), les sédiments détritiques non-métamorphosés d’âge Paléoprotérozoïque (2,15 Ga) des formations FA et FB ont fait l’objet d’une étude faciologique, pétrographique et géochimique. L’objectif était de déterminer l’origine de ces matériaux clastiques et des minéralisations uranifères associées, mais aussi d’en retracer l’histoire diagénétique à travers l’évolution des paléoconditions rédox et des fluides qui les ont percolés.La pétrographie des faciès montre que la minéralogie et la texture initiales de ces sédiments ont été fortement modifiées au cours de la diagenèse précoce. Au toît de la formation FA, les quartz-arénites faiblement granoclassées ont été très tôt cimentées par du quartz, s’opposant ainsi à l’action ultérieure de la diagenèse d’enfouissement. Dans les arènes arkosiques, la séquence paragénétique liée aux ciments authigènes suggère que les interactions fluides-roches ont été polyphasées et que les éléments chimiques nécessaires à leur précipitation trouvent leur origine dans l’altération de minéraux détritiques. Pour un ensemble lithologique donné, les effets de la diagenèse varient peu d’un faciès à l’autre, ce qui indique un fort contrôle des paramètres initiaux tels que la minéralogie, la texture et la composition du fluide poral. Par conséquent, ces faciès sédimentaires nous informent directement sur les propriétés hydrologiques qui régnaient dans le bassin sédimentaire, et sur la nature de la diagenèse précoce qui les a affectés.Les données pétrographiques et géochimiques montrent que la précipitation de l’hématite en lits ferrugineux a débuté juste après le dépôt des sédiments, dont l’altération des minéraux primaires a libéré le fer, plus tard redistribué durant la diagenèse. Ainsi, la mise en évidence d’une corrélation positive entre les valeurs de "delta" 56Fe et les rapports Fe/Mg mesurés sur échantillon total suggère que le fer se répartit entre deux pôles que sont l’hématite authigène et les silicates porteur du fer. En revanche, l’absence de relation entre les rapports Fe3+/FeT et les compositions isotopiques du fer démontre que des oxydes riches en isotopes lourds du fer préexistaient dans les sédiments lorsque la diagenèse précoce a débuté. Le fer présent initialement à l’état réduit dans des faciès sédimentaires verts s’est progressivement oxydé au cours de la diagenèse, processus à l’origine de la formation des lits ferrugineux.Dans la formation FA du Bassin de Franceville, les gisements uranifères résultent de la libération de l’uranium contenu à l’origine dans les grès oxydés des dépôts fluviatiles inférieurs puis de sa migration et de son piégeage dans les grès réduits et les mudstones silteux des formations de deltas de marée supérieures, où il s’est concentré par un mécanisme de type roll-front.L’analyse des éléments chimiques majeurs et traces des formations FA et FB indique que leurs matériaux constitutifs trouvent leur source dans des roches ignées felsiques. Tandis que les diagrammes de terres rares normalisés aux chondrites, les anomalies négatives en Eu et les rapports GdN/YbN plaident plus précisément en faveur des roches archéennes et paléoprotérozoïques. Enfin, des diagrammes discrimants et des rapports en éléments majeurs et traces montrent que, si la plupart des grès de la formation FA se sont déposés sur une marge passive, les mudstones et les grès fins des formations FA et FB ont sédimenté sur une marge continentale active en relation avec la tectonique paléoprotérozoïque de la Ceinture orogénique du Centre-Ouest de l’Afrique. / The FA and FB Formations clastic sediments have been subjected to detailed facies, petrographic, and geochemical analyses in relation to diagenesis, fluid flow, paleo-redox conditions, provenance, and uranium mineralization during the evolution of the unmetamorphosed Paleoproterozoic (ca 2.15 Ga) Franceville Basin, Gabon. Lithofacies analyses in combination with petrographic studies indicate that the original mineralogical and textural properties of the sediments have been greatly modified during diagenesis. The moderately sorted quartz arenite at the top of FA underwent early quartz cementation; thus preventing it from subsequent burial diagenetic processes. The inferred paragenetic sequence of authigenic cements in the arkosic arenites suggest a multiphase of fluid-rock interactions with most of the ions needed for their precipitations likely sourced during alteration of detrital precursors. The observed slight variations in the diagenetic pathways in different lithofacies associations are closely related to primary mineralogy, texture, and nature of pore fluid. This relationship suggests that depositional facies can provide an insight into the diagenetic pathways and hydrologic properties of sediments in sedimentary basins. Petrographic features coupled with whole rock geochemical and iron isotope analyses suggest that hematite precipitation in the red beds started after sediment deposition with the iron internally derived by alteration of iron-bearing minerals and redistributed during late diagenesis. Positive correlation between Fe/Mg ratio and "delta" 56Fe values of bulk samples suggests mixing relationship with end members being authigenic hematite and iron-bearing silicates. The lack of relationship between Fe3+/FeT ratios and iron isotope compositions suggest that the isotopically heavy iron oxide was already present in the sediments during early diagenesis, and was incorporated into green (reduced) facies that likely replaced red facies during diagenesis or burial. Uranium released from the lower, fluvial oxidized sandstones and added to the reduced sandstones and silty mudstones in the upper tidal-deltaic sediments potentially resulted in a uranium mineralization of a roll-front type in the FA Formation of the Franceville Basin. Major and trace element geochemical data for the FA and FB formation are consistent with sediments derived exclusively from felsic igneous source. Chondrite-normalized patterns with high LREE/HREE ratios, negative Eu anomalies, and GdN/YbN ratios favour mixture of Archean and Post-Archean felsic sources. Discriminant diagrams and elemental ratios of major and trace elements suggest deposition of most of the FA sandstone in a passive margin, while the mudstones and fine-grained sandstones of FA and FB were deposited in an active continental margin during Paleoproterozoic tectonic regimes of the West Central African Belt.

La transition Archéen – Protérozoïque (~2,45 Ga) est marquée par des bouleversements environnementaux majeurs dans l’histoire de la Terre (oxygénation de l’atmosphère et glaciations globales). Les séquences sédimentaires qui enregistrent ces événements ont été très étudiées en Amérique du Nord (séquence Huronienne) et en Afrique du Sud (Transvaal). Une séquence analogue sur le craton de Pilbara en Australie Occidentale (groupe de Turee Creek, TCG) contient 3 niveaux de diamictites glaciaires. 3 forages continentaux (Turee Creek Drilling Project, TCDP) ont été réalisés pour étudier la séquence. La géochronologie U-Pb de monazite et zircon dans des échantillons de forage et de surface a daté la première glaciation à 2,45 Ga et la seconde à ~2,34 Ga. Des analyses Re-Os de pyrites de la seconde diamictite ont donné une isochrone à 2,31 Ga. Ces résultats ont permis de proposer un scenario de corrélation des glaciations paléoprotérozoïques enregistrées sur différents continents. Une ‘Snowball Earth’ aurait eu lieu à ~2,45 Ga sur au moins 5 cratons (Pilbara, Kaapvaal, Supérieur, Wyoming, Karélia). Une seconde glaciation aurait pu avoir lieu à ~2,31 Ga sur 4 cratons. L’ensemble des zircons détritiques du TCG ont une distribution d’âge avec des pics à 2,45, 2,54, 2,68, 2,82, 2,95 et 3,2 Ga. Un cristal de zircon Hadéen a été découvert et indique la présence d’une probable croûte différenciée dans le craton de Pilbara à 4,0 Ga. 70% des zircons ont des compositions isotopiques en Hf juvéniles, suggérant que le TCG a incorporé du matériel volcanique provenant de larges provinces ignées continentales à travers l’érosion des groupes sous jacents de Hamersley et Fortescue / The Archean – Proterozoic transition at 2.45 Ga is marked by major environmental changes in Earth’s history (atmosphere oxygenation and global glaciations). The origin and the relationships between these events are debated. Sedimentary sequences that record these events have been widely studied in North America (Huronian sequence) and South Africa (Transvaal). An analog sequence in the Pilbara craton in Western Australia (Turee Creek Group, TCG) contains 3 glacial horizons. 3 continental drill cores (Turee Creek Drilling Project, TCDP) were performed in order to investigate the sequence. U-Pb geochronology of monazite and zircon from drill core and surface samples allows to date the first paleoproterozoic glaciation at 2.45 Ga and a second glacial event at ~2.34 Ga. Re-Os analyses of pyrites from the second diamictite yielded an isochron at 2.31 Ga. These results enable to propose a correlation scenario of the paleoproterozoic glacial events recorded on different continents. A ‘Snowball Earth’ would have occured at 2.45 Ga at least on 5 cratons. A second glaciation could have occured at ~2.31 Ga on 4 cratons. Detrital zircons age spectrum highlights age peaks at 2.45, 2.54, 2.68, 2.82, 2.95 and 3.2 Ga. A crystal of Hadean zircon was discovered and indicate the existence of a probable differentiated crust within the Pilbara craton at 4.0 Ga. 70% of the analyzed zircons have juvenile Hf isotope composition, suggesting that the TCG incorporated volcanic material from continental large igneous provinces through the erosion of the underlying Hamersley and Fortescue groups