WOW !! MUCH LOVE ! SO WORLD PEACE !
Fond bitcoin pour l'amélioration du site: 1memzGeKS7CB3ECNkzSn2qHwxU6NZoJ8o
  Dogecoin (tips/pourboires): DCLoo9Dd4qECqpMLurdgGnaoqbftj16Nvp


Home | Publier un mémoire | Une page au hasard

Implication structurale des anomalies gravimétriques en bordure septentrionale du craton du Congo

( Télécharger le fichier original )
par Yves Shandini Njankouo
Université de Yaoundé I Cameroun - DEA 2007
Dans la categorie: Géographie
  

Disponible en mode multipage

DEDICACES

Je dédie ce travail à mes parents

MAPOURE NJANKOUO Jean

et

MEFIRE Henriette.

REMERCIEMENTS

A la fin de ce travail, l'occasion m'est donnée de remercier les personnes qui m'ont soutenu.

Je remercie le Professeur MANGUELLE-DICOUM Eliézer, chef du Laboratoire de Géophysique Interne (GIDEPH) de l'Université de Yaoundé I, superviseur de ce travail.

Je remercie le Docteur TADJOU Jean Marie pour sa disponibilité de tout instant, son esprit de rigueur et sa passion pour la recherche, que j'espère m'auront été transmis lors de nos nombreuses rencontres et discussions.

Je tiens à remercier les enseignants du GIDEPH : Dr TABOD Charles TABOD, Dr NOUAYOU, Dr NDOUGSA MBARGA, Dr MBOM-ABANE, Dr NJANDJOCK, Dr KAMGUIA.

Je remercie particulièrement Nguiya Séverin, Kande Ludovic et tous les aînés doctorants.

Je remercie mes camarades de promotion Baya, Djimeli, Ekoro, Feumoe, Nguekie, Ngatchou, Ninkui et Wambo pour leur esprit de franche collaboration.

C'est l'occasion pour moi de manifester ma reconnaissance au Dr NJIPOUAKOUYOU Samuel enseignant à l'Université de Dschang.

Je remercie mes soeurs Mapoure Sylvie et Yianyinyi Suzanne pour leur soutien constant. Je pense aussi à Mr Mounpou Amos à Nkongsamba.

Je tiens à remercier  particulièrement Meli Rodolphine pour son soutien constant.

J'exprime ma profonde gratitude à Njugna Salomon et Wegne Joël pour leur soutien logistique.

Je remercie mes amis qui ont toujours été disponibles pour m'accorder leur soutien : Pangob Gatien, Mbah Hugues, Siéwé Ghislain, Kamgaing Georges, Nkeudem Martial, Tsafack Guy, Djoukeng Clarisse, Nguimgo Sandrine.

RESUME

Des données gravimétriques existantes au Sud Cameroun et dans les pays environnants ont été modélisées pour une étude de la structure profonde de la région. La carte d'anomalie de Bouguer met en évidence dans la région un couple d'anomalies séparés par une zone de gradient et une zone côtière positive. L'interprétation permet d'associer l'anomalie négative Sud côté craton à un effondrement du socle au centre et à un amincissement lithosphérique à l'Est et l'anomalie positive Nord à des roches lourdes dans la croûte.

Trois profondeurs de discontinuité majeure de densité ont été déterminées dans la croûte de la région à l'aide de l'analyse spectrale des données gravimétriques : (1) 45,3 km ; (2) 26,8 km et (3) 15,9 km. La discontinuité la plus profonde à 45,3 km est attribuée à l'interface croûte-manteau. La valeur intermédiaire 26,8 km correspondrait au toit de la structure responsable de l'anomalie positive Nord et la valeur 15,9 km est associée à une discontinuité intracrustale.

L'analyse et l'interprétation des données gravimétriques a permis d'identifier une ligne structurale majeure de direction E-W au Nord qui marque la limite septentrionale du craton à laquelle appartient la faille d'Abong-Mbang et une ligne structurale de direction N-S à l'est du bassin côtier de Douala assimilée à la faille de Kribi. Cette étude a également permis de confirmer l'absence de signature gravimétrique précise la faille Eséka-Dja et de la Sanaga.

Nous proposons un modèle de structure qui met en évidence des structures crustales qui permettent de confirmer dans la région d'étude une collision entre le craton du Congo et la chaîne Panafricaine Nord-Equatoriale. La limite du craton dans la région possède une direction variable. Cette direction est N-S entre les méridiens 9°50 et 11°E, elle est sensiblement WNW-ESE entre les méridiens 10° et 16°E et devient NE-SW en R.C.A. après le méridien 16°E.

La jonction de la limite du craton du Congo avec la faille de la Sanaga dans la localité de Monatélé et à l'est de Kribi constitue des points doubles sièges potentiels de séismes de faible amplitude qui seraient à l'origine des séismes enregistrés dans ces régions.

ABSTRACT

Existing gravity data in the South of Cameroon and in the surrounding countries were modelled for a study of the underlying structure of the area. The Bouguer anomaly chart highlights a couple of gravity anomaly separated by a gradient zone and a coastal zone of positive Bouguer anomaly. Interpretation makes it possible to associate the negative anomaly in the southern side associated to the craton to a collapse of the center and a lithospheric thinning towards the east. The positive anomaly in the northern side is associated to the presence of heavy rocks in the crust.

Three depths of major discontinuity of density were observed in the crust of the area using the spectral analysis of the gravity data: (1) 45, 3 km; (2) 26, 8 km and (3) 15, 9 km. The major discontinuity at 45, 3 km is allotted to the crust- mantle interface. The intermediate value 26, 8 km would correspond to the roof of the structure responsible for the Northern positive anomaly and the value 15, 9 km is associated to an intracrustal discontinuity.

The analysis and the interpretation of the gravity data made it possible to identify a major structural line of direction E-W in the North which marks the septentrional limit of the craton to which belongs the fault of Abong-Mbang and a structural line of direction N-S to the East of the coastal basin of Douala associated with the fault of Kribi. This study also made it possible to confirm the gravimetric absence of specific signature of the Eséka-Dja fault and of Sanaga.

We propose a model of structure which highlights crustal structures which make it possible to confirm in the area of study a collision between the craton of Congo and the North-Equatorial Panafrican chain. The limit of the craton in the area has a variable direction. This direction is N-S between the meridian lines 9°50 and 11°E, it is appreciably WNW-ESE between the meridian lines 10° and 16°E and becomes NE-SW in Central African Republic after the meridian line 16°E.

The junction of the limit of the craton of Congo with the fault of Sanaga in the locality of Monatélé and in the East of Kribi constitutes "points double" potential seats of low amplitude earthquakes which would be at the origin of the earthquakes recorded in these areas.

TABLE DES MATIERES

Dédicaces.............................................................................................. i

Remerciements........................................................................................ ii

Résumé ............................................................................................. iii

Abstract ............................................................................................. iv

Liste des figures ............................................................................................................. v

INTRODUCTION................................................................................. 1 CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE ............................ 3

1. Situation géographique..................................................................................... 3

2. Contextes géologique et tectonique................................................. 4

2.1. Le craton.......................................................................... 4

2.1.1. Le complexe du Ntem .................................................. 4

2.1.2. La couverture protérozoïque du craton ............................... 6

2.2. La chaîne panafricaine........................................................... 8

2.3. Tectonique........................................................................ 9

3. Travaux géophysiques antérieurs................................................... 10

4. Hypothèses et objectifs de l'étude ..................................................12

CHAPITRE 2 : METHODES D'INTERPRETATION DES DONNEES GRAVIMETRIQUES....................................................................... 14

1. Les méthodes directes................................................................14

2. Les méthodes indirectes ................................................................15

2.1. L'analyse spectrale .............................................................15

2.2. Admittance et cohérence ....................................................17

3. Les méthodes inverses ..................................................................17

4. Relation entre anomalies de Bouguer et structures géologiques

caractéristiques ........................................................................18

CHAPITRE 3 : ANALYSE ET INTERPRETATION DES DONNEES

GRAVIMETRIQUES ............................................................... 19

1. Acquisition et traitement des données .............................................. 19

2. Elaboration de la carte ...............................................................20

3. Interprétation qualitative des données gravimétriques.............................. .... 23

4. Interprétation quantitative des données gravimétriques ................................. 26

4.1. Choix des profils ............................................................ 27

4.2. Technique de modélisation ................................................ 27

4.2.1. Choix des contrastes de densité ................................. 28

4.2.2. Analyse spectrale .................................................... 30

4.3. Interprétation du profil d'anomalie de Bouguer ......................... 32

4.3.1. Analyse du profil ................................................... 32

4.3.2. Interprétation des résultats ........................................ 35

CHAPITRE 4 : SYNTHESE ET DISCUSSION DES RESULTATS............... 38

1. Synthèse .......................................................................... 38

2. Discussion ....................................................................... 39

CONCLUSION .............................................................................. 45

BIBLIOGRAPHIE .......................................................................... 47

LISTE DES FIGURES

Fig. 1 : Localisation de la zone d'étude ...................................................................... 3

Fig. 2 : Carte géologique du Sud-ouest du Cameroun (D'après Feybesse 1987)..............6

Fig. 3 : Géologie du Sud-est du Cameroun (D'après Feybesse et al., 1987..........................7

Fig. 4 : Extrait de la carte gravimétrique de Collignon (1968). Anomalies de Bouguer

Sud-Cameroun.....................................................................................11

Fig. 5 : Distribution des données gravimétriques dans la région d'étude.....................20

Fig. 6 : Carte d'anomalies de Bouguer.....................................................................................22 et 29

Fig. 7 : Profil montrant l'évolution du spectre d'énergie gravimétrique en fonction du

nombre d'onde (on distingue trois droites de pentes différentes)........................31

Fig. 8 : Interprétation du profil gravimétrique ....................................................34

Fig. 9 : Carte gravimétrique simplifiée de Sud Cameroun (d'après Dumont, 1986).....................40

Fig.10 : Carte d'anomalies de Bouguer montrant la limite du craton et les points de

jonction avec la faille de la Sanaga...............................................................41

Fig.11 : Carte géologique montrant la limite du craton. (d'après Soba, 1990 ;

Poidevin, 1991, modifiée)....................................................................42

INTRODUCTION

La connaissance de la structure de la terre est faite à partir d'observations directes par la géologie ou à partir de l'étude des phénomènes physiques affectant la Terre, c'est le domaine du géophysicien.

La géophysique est la science qui utilise les principes de la Physique à l'étude de la Terre. Elle utilise des techniques d'investigation du sous-sol reposant sur la mesure des différentes propriétés physiques de celui-ci. L'analyse des résultats des mesures révèle comment varient verticalement et latéralement les propriétés physiques à l'intérieur du globe terrestre.

Diverses méthodes ont été mises au point en géophysique dans le cadre de la prospection. Ces méthodes utilisent les variations des champs naturels de la Terre ou nécessitent l'introduction dans le sol d'énergie générée artificiellement. On peut ainsi citer les méthodes gravimétrique, magnétique, sismique, magnétotellurique, etc.

La méthode gravimétrique a été utilisée dans le présent travail pour l'étude de la bordure septentrionale du craton du Congo. C'est une méthode qui mesure et étudie les variations du champ gravitationnel terrestre dues au contraste de densité entre les roches du sous-sol en vue de déterminer la forme et la constitution de la terre.

La zone d'étude, qui s'étend sur le Sud du Cameroun, le Sud-est de la République Centre Africaine, le Nord du Gabon et de la Guinée Equatoriale, et le Nord-Ouest du Congo, est située dans la partie septentrionale du craton du Congo. Cette région a fait l'objet de nombreuses études géologiques et géophysiques et est caractérisée par de nombreuses structures majeures (faille de Kribi, Sanaga, Yaoundé-Abong-Mbang) dont la nature et l'extension restent mal connu

Devant la complexité de ce domaine, nous allons grâce à l'exploitation et l'interprétation des données gravimétriques disponibles essayer de donner une signification aux anomalies observées dans la région et proposer un modèle structural en s'appuyant sur les connaissances géologiques de la région. Une discussion sera menée sur l'origine de séismes de faible amplitude enregistrés ces dernières années dans la région de Kribi (1987, 1989, 2002) et plus récemment dans la région de Monatélé (Mars 2005).

Le mémoire comporte quatre chapitres.

Dans le premier chapitre nous faisons une présentation de la zone d'étude dans son contexte géographique, géologique et tectonique. Nous y définissons également les objectifs de la présente étude.

Au deuxième chapitre nous présentons les méthodes d'interprétation des données gravimétriques et nous faisons une brève théorie de la méthode utilisée.

Au troisième chapitre nous proposons une interprétation des données gravimétriques en rapport avec la géologie de la région. Nous proposons un modèle de structure du sous-sol et en faisons le lien avec la géologie régionale.

Le chapitre quatre sera consacré à une synthèse et une discussion des résultats obtenus. Nous terminons notre étude par une conclusion et les perspectives d'étude.

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE

1. SITUATION GEOGRAPHIQUE

La région d'étude est située en Afrique Centrale (Fig.1). Elle couvre le sud Cameroun, le sud-ouest de la R.C.A., le nord de la Guinée équatoriale, du Gabon et le nord-est du Congo. Elle s'étend entre les latitudes 2° et 4° 5 N et les longitudes 9°50 et 17°E. Les principales villes qu'on y rencontre sont : Yaoundé, Ebolowa, Sangmélima, Mbalmayo, Akonolinga, Djoum, Ayos, Kribi, Edéa, Pouma, Monatélé, Abong-Mbang, Yokadouma, Batouri, Bertoua, Ouesso.

Fig. 1 : Localisation de la zone d'étude

Le climat qui y règne est du type équatorial guinéen, caractérisé par quatre saisons (deux saisons sèches et deux saisons de pluie) et par l'abondance des pluies avec des températures relativement peu élevées et régulières.

La zone d'étude comporte une partie côtière à l'ouest du méridien 10°E et une partie continentale à l'Est.

La partie côtière s'étend de l'océan vers l'intérieur sur environ 150 km en direction de l'Est et est occupée dans sa presque totalité par la forêt dense ombrophile. Une côte basse à mangrove borde la baie de Douala, sorte d'entonnoir profond de 30 km et large de 50 km. Cette baie est le réceptacle des principaux fleuves de la région : le Mungo, la Dibamba et le Wouri et la Sanaga (Giresse et al., 1996). Une longue côte sableuse d'orientation méridienne va de l'estuaire de la Sanaga jusqu'à Campo (Morin et Kuete, 1989).

L'altitude moyenne de la surface continentale est de 700 m. Cette altitude est de 750 m à Yaoundé et décroît vers le Sud. L'uniformité de cette surface est l'une de ses caractéristiques majeures. Vers l'Est, il n'existe pas de véritable escarpement entre la surface continentale et la cuvette congolaise ; en effet Yokadouma est à 550 m et Moloundou à 350 m.

La région d'étude est drainée par le bassin du Congo. La Sanaga est le fleuve le plus important du réseau hydrographique de la région. Plus au Sud, le Nyong et son affluent le So'o coulent d'Est en Ouest, dans la région de Mbalmayo et d'Akonolinga. Le Ntem, parallèle au Nyong coule plus bas au Sud et quitte la surface continentale par une série de rapides (Giresse et al., 1996). La région est également arrosée par le Dja dans la région nord-est de Sangmélima et son affluent (le Lobo) et la Mvilla dans la localité d'Ebolowa.

2. CONTEXTES GEOLOGIQUE ET TECTONIQUE

Le domaine d'étude porte les traces des divers évènements tectoniques qui ont marqué le continent africain au cours des temps géologiques. Il chevauche la marge septentrionale du craton du Congo représenté par le groupe du Ntem et la partie Sud de la chaîne panafricaine Nord-équatoriale représenté par les séries de Yaoundé.

2.1. Le craton

Il affleure au sud du parallèle 3°5N. Les roches les plus anciennes forment le groupe du Ntem d'âge archéen (> 3,7 Ga) rajeuni pendant l'éburnéen (2,2-1,8 Ga) (Gazel, 1956 ; Bessoles et Trompette, 1980). Au Sud-est les affleurements du complexe du Ntem sont recouverts par des formations d'âge protérozoïque supérieur.

2.1.1. Le complexe du Ntem

Il est formé d'Ouest en Est par les unités tectoniques du Bas Nyong, du Ntem et de l'Ayina (Fig. 2).

- L'unité du Ntem est composée d'un ensemble de gneiss granulitiques (série rubanée) et un complexe intrusif. Le complexe intrusif est essentiellement composé de granitoïdes charnockitiques mis en place vers 2.9 Ga (Delhal et Ledent, 1975 ; Lasserre et Soba, 1976 ; Cahen et al.,1984 ; Toteu et al.,1994 ; Tchameni et al.,1996) ; sa composition est celle des TTG (Tonalites-Trondjhémites-Granodiorites) (Nédelec et Nsifa, 1987 ; Nédelec et al.,1990).

La série rubanée est constituée des ceintures de roches vertes qui contiennent des roches basiques et des quartzites ferrifères ou stériles (Vicat, 1998). Les ceintures de roches vertes de Lolodorf-Ngomezap se mettent en place vers 3 Ga (Tchameni, 1997). Elles sont caractérisées par l'association de métabasites et de quartzites ferrifères. Les amphibolites et les quartzites ont subi le métamorphisme granulitique à pyroxènes et grenat de l'unité du Ntem. L'orogenèse éburnéenne se manifeste dans l'unité du Ntem par un épisode thermique daté vers 2 Ga (Toteu et al., 1994 ; Tchameni, 1997).

- L'unité du Bas Nyong 

Les caractéristiques pétrologiques et chimiques des ceintures de roches vertes de l'unité du Nyong les rattachent aux roches du complexe du Ntem. Les caractéristiques tectoniques et métamorphiques témoignent d'une évolution structurale beaucoup plus vigoureuse que l'unité du Ntem pendant l'érosion éburnéenne et de l'influence de la tectonique panafricaine (Nédelec et al., 1990).

L'orogenèse éburnéenne est responsable de la structuration N-S et du déversement sur l'unité du Ntem de l'unité du Bas Nyong au Sud-est (Nédelec et al., 1990). Une légère rétromorphose dans le faciès schiste vert peut être attribué au métamorphisme panafricain (Toteu et al., 1994).

- L'unité de l'Ayina

Au Sud-est, l'unité de l'Ayina rapportée à l'archéen borde l'unité du Ntem. Cette unité comprend en majorité des roches cristallophylliennes (leptynites, amphibolites, gneiss), des roches à caractère intrusif (granites, syénites, tonalites) et des greenstones, qui passent en continuité de l'unité du Ntem à celle de l'Ayina. Plus à l'Est, affleure la série volcano-sédimentaire de Mbalam caractérisée par un métamorphisme moins intense. Les formations de Mbalam (chlorito-schistes, séricito-schistes, schistes à amphibole, amphibolites et quartzites ferrugineux) sont très redressées (sub-verticales) et affectées par une tectonique cassante.

Fig. 2 : Carte géologique du sud-ouest du Cameroun (D'après Feybesse ,1987)

1-Formations précambriennes ; 2-Unités du Protérozoïque ; 3-Granites post-greenstones

4-Greenstones ; 5-Unité d'Ebolowa ; 6- Série rubanée (Ntem) et série feuilletée (Nyong)

2.1.2. La couverture protérozoïque du craton

Elle se localise dans la partie sud-est du Cameroun. Elle repose à l'Ouest en discordance sur la série de Mbalam et disparaît au Nord sous la nappe de Yaoundé qui la recouvre partiellement (Vicat, 1998).On distingue quatre séries (Laplaine,1971 ;PNUD, 1987) : la série du Dja supérieur, le complexe tillitique, la série du Dja inférieur et la ride de Lobéké (Fig.3).

- La série du Dja supérieur est localisée dans la région de Mintom. Elle est discordante sur le socle du Ntem et sur la série du Dja inférieur. Déposée au Néoprotérozoïque (650-540 Ma), elle appartient au cycle eustatique schisto-calcaire (Alvarez, 1998).

- Le complexe tillitique rattaché au Cryogénique (550-650 Ma) (Alvarez, 1998) comprend la tillite de Bele-Libongo à la frontière Centrafricaine, la tillite de Bodou dans la pointe sud-est du Cameroun et la tillite de Moloundou à la frontière du Congo. Ce complexe repose en discordance sur la série du Dja inférieur.

Fig. 3 : Géologie du sud-est du Cameroun (D'après Feybesse et al., 1987)

- La série du Dja inférieur est déposée au Paléoprotérozoïque postérieurement à la phase majeure éburnéenne individualisée en Centrafrique et au Cameroun (Vicat et al.,1997 ; Vicat, 1998). Des filons de dolérites et des basaltes en coussins mis en place vers 2 Ga sont associés aux dépôts. On rencontre par endroits dans la série du Dja des roches intrusives telles que les syénites qui sont non datées (PNUD, 1984).

- La ride de Lobéké est composée de quartzites massifs alternant avec des quartzo-phuliades et des séricito-schistes. Des granodiorites éburnéennes sont intrusives dans les dépôts de la ride de Lobéké (Vicat et al., 1997).

2.2. La chaîne panafricaine.

La chaîne panafricaine est la zone située entre le craton Ouest africain au Nord-Ouest et le craton du Congo au Sud. Les roches appartenant à ce domaine sont celles qui ont été soumises à la tectonique panafricaine, dont les âges géochronologiques montrent un rajeunissement à 500-600 Ma. La chaîne panafricaine est représentée par les séries d'Ayos-Mbalmayo-Bengbis, de Yokadouma et de Yaoundé. La série d'Ayos-Mbalmayo-Bengbis est surtout formée de schistes verdâtres d'aspect lustré. Le métamorphisme épizonal est très faible dans ces formations. Le cadre géodynamique est celui d'un bassin intracontinental.

- La série de Mbalmayo-Bengbis a une orientation générale Est-ouest (Gazel et al., 1965). Les roches de la série d'Ayos sont également caractérisées par un faible degré de métamorphisme. On y trouve des micaschistes à deux micas, des schistes à muscovite et chloritoschistes. Les schistes qui forment le sommet de la série sont peu ou pas granitisés (Van Der Hende, 1969).

- La série de Yokadouma est composée de schistes et de quartzite recristallisés dans les conditions du faciès schiste vert (Vicat, 1998). Le magmatisme basique associé, à composition de tholérites traduit un amincissement lithosphérique (Vicat et al., 1997).

Le cadre géodynamique est celui d'un rift continental. La série de Yokadouma déposée en bordure du craton du Congo est équivalente aux séries d'Ayos-Mbalmayo-Bengbis et constitue une écaille à la base de la nappe de Yaoundé.

- La série de Yaoundé située au nord du craton du Congo est formée de gneiss et de migmatites à grenats provenant d'anciens sédiments granitisés et métamorphisés dans le faciès granulite de haute pression ; elle constitue le coeur de la nappe panafricaine (Nzenti et al., 1984 ; Nédelec et al.,1986 ; Nzenti, 1987 ; Nzenti et al.,1988). Structuralement, la série de Yaoundé est interprétée comme une vaste nappe qui chevauche au Sud la terminaison Nord du craton du Congo (Ball et al., 1984 ; Nédelec et al.,1986 ; Nzenti, 1987). L'âge panafricain de la migmatisation et du métamorphisme est démontré (Penaye et al., 1993 ; Nzenti, 1987 ; Nzenti et al., 1988). Les termes les plus métamorphiques sont situés au niveau de la ville de Yaoundé (4°N) et correspondent à des gneiss granulitiques. Dans la région de Yaoundé, les granulites sont surtout d'origine sédimentaire mais on note la présence de roches ignées syn-métamorphiques aux environs et dans la ville (Nzenti et al., 1988), traduisant une collision continentale et des remontées des roches profondes de la croûte.

On trouve à l'ouest du domaine d'étude les bassins sédimentaires de Campo-Kribi et de Douala. Les roches sont successivement des sédiments tertiaires puis crétacés passant sans accident topographique particulier, aux roches métamorphiques du socle (Segalen, 1967). Les séries du bassin de Campo débutent à l'Albien et ont une épaisseur de l'ordre de 600 m. Le bassin de campo est séparé du bassin de Douala au Nord par une avancée dans la mer des roches du socle (région de Kribi). D'après les études sismiques, la couverture sédimentaire dans le bassin de Douala peut atteindre 3000 m, 4000 m et parfois même 7000 m (Schlumberger, 1983).

2.3. Tectonique

Les travaux géochronologiques (Tchameni, 1997 ; Tchameni et Nsifa, 1998) permettent de scinder l'évolution de la bordure septentrionale du craton du Congo en deux grands épisodes tectoniques :

- L'épisode archéen qui commence à 3,1 Ga et correspond à une phase de distension avec formation des bassins marins ou continentaux comblés de matériels volcano-sédimentaires, injectés par la suite de roches basiques. Cette phase de distension est suivie d'une phase compressive (2,9 à 2,6 Ga) associée à un abondant plutonisme charnockitique, tonalitique et granitique. Les granitoïdes observés d'âge environ 2,6 Ga sont les produits de la fusion crustale. Le cycle archéen est clôturé dans la zone par une phase de magmatisme calco-alcalin (2,6 Ga).

- L'épisode protérozoïque inférieur commence vers 2,4 Ga avec fracturation et évènements thermiques. Un réchauffement favorise un remaniement des formations archéennes, les syénites alcalines montent diapiriquement. Les fractures développées antérieurement sont colmatées par des dolérites vers 2,1 Ga. Un métamorphisme de haut degré daté à 2,05 Ga accompagne la déformation D2 qui prend de l'ampleur dans l'unité du Bas Nyong. L'unité du Bas Nyong est le résultat de la collision entre les cratons du Congo-SaÕ Fransisco au Protérozoïque inférieur.

Au Protérozoïque supérieur, le craton du Congo est effondré par un réseau de fossés intracratoniques dont l'aulacogène de la Sangha est la pièce maîtresse (Alvarez, 1998). Les formations d'âge protérozoïque supérieur affleurant au sud-est du Cameroun (série du Dja, Bessoles et Trompette, 1980) sont supposées dans les zones effondrées du craton, masquées par des dépôts récents de la forêt équatoriale de la cuvette congolaise.

Ces différentes phases tectoniques ont conduit à la mise en place des unités structurales de la région.

3. TRAVAUX GEOPHYSIQUES ANTERIEURS

Les premiers travaux de prospection géophysique au Cameroun étaient des travaux de reconnaissance. La première campagne gravimétrique a été menée sur l'ensemble du territoire du Cameroun entre 1962 et 1967 par l'ORSTOM (Office de la Recherche Scientifique et Technique d'Outre Mer) et a conduit à l'établissement des cartes d'anomalies gravimétriques de reconnaissance du Cameroun.

Collignon (1968) distingue au sud du parallèle 4°N une anomalie légère de grande extension d'orientation W-E (Fig.4) qu'il interprète comme la partie affaissée des formations précambriennes du Sud Cameroun. Il distingue au seuil d'Abong-Mbang une zone caractérisée par des anomalies gravimétriques positives et qui séparerait la zone légère de l'Adamaoua au Nord de la zone légère du massif Sud Cameroun.

Sur la base des caractéristiques de la signature gravimétrique des limites entre craton et chaîne, Dumont (1986) a assimilé l'alignement E-W d'Edéa à Yaoundé à la limite géophysique du craton du Congo (Fig. 9); cette limite se poursuit suivant la même direction, sensiblement le long du parallèle 4°N dans tout le sud du Cameroun (Mbom Abane, 1997 ; Tadjou, 2004 ; Tadjou et al., 2004).

A partir de l'alignement des épicentres des secousses sismiques enregistrées de 1987 à 1989 suivant un axe Kribi-Edéa, Atéba et al. (1992) proposent une extension SSW de la limite géophysique du craton du Congo en direction de Kribi ; ce contact craton/chaîne serait à l'origine de la sismicité de cette région.

Une étude des discontinuités profondes de densité à partir de l'analyse spectrale des données gravimétriques a permis à Nnange et al. (2000) de mettre en évidence trois discontinuités majeures de densités dans la lithosphère sous le craton du Congo : une à

13 km pour la croûte supérieure, la seconde à 25 km pour la croûte moyenne et la troisième à 35 km pour l'interface croûte-manteau. Ces résultats ont permis de fixer l'épaisseur de la croûte à environ 35 #177; 3km sous le craton du Congo.

Fig. 4 : Extrait de la carte gravimétrique de Collignon (1968). Anomalies de Bouguer Sud-Cameroun.

L'interprétation des données gravimétriques dans la région Ebolowa-Sangmélima (Tadjou et al., 2001) a permis de suggérer que les structures granitiques du craton du Congo s'enfoncent profondément sous les schistes et s'étendent plus au nord de Mbalmayo où on observe en surface le contact entre le craton du Congo et la chaîne panafricaine Nord équatoriale comme annoncé précédemment par des études géophysiques (Manguellé-Dicoum, 1988 ; Manguellé-Dicoum et al., 1992) et géologiques (Nedelec et al., 1986 ; Nzenti et al., 1987) antérieures.

La modélisation gravimétrique le long de la marge Nord du craton du Congo dans le Sud-Cameroun (Tadjou et al., 2004) suggère que la région constitue une zone de subduction dans laquelle la subsidence a dû être accompagnée par une intrusion de faible densité (granites de So'o) d'épaisseur 3500 m.

4. HYPOTHESES ET OBJECTIFS DE L'ETUDE

L'intérêt qui est porté dans ce travail sur les structures et l'extension des différents groupes lithologiques s'ajoutera à de nombreux travaux géologiques et géophysiques qui ont été réalisés sur la bordure septentrionale du craton du Congo.

Le domaine de Yaoundé est une des unités structurales qui constituent la vaste chaîne panafricaine au nord du craton. Cette chaîne serait une chaîne de collision d'âge panafricain entre le craton du Congo au Sud et l'extension du bouclier nigérian au Nord (Nzenti, 1987 ; Penaye et al., 1989 ; Ngako et al., 1989 ; Toteu et al., 2004). Plusieurs modèles tectoniques correspondant à la collision entre le craton du Congo et la chaîne mobile Panafricaine ont été proposés (Poidevin, 1983 ; Nzenti et al., 1984, 1988 ; Toteu et al., 2001 ; Penaye et al., 1993 ; Trompette, 1994 ; Castaing et al., 1994 ; Rolin, 1995 ; Abdelsalam et al., 2002 ; Tadjou, 2004). Ainsi la zone d'étude étant située dans la zone de transition entre le craton et la chaîne panafricaine possèderait une structure complexe suite aux nombreuses tensions dont le socle a été le siège durant les différents épisodes géologiques. En effet la carte gravimétrique de la région présente de nombreuses anomalies localisées qui témoignent de la complexité du socle.

Dans la région d'étude les données structurales disponibles révèlent l'existence de nombreuses structures majeures. Les linéaments sont généralement soulignés par des anomalies gravimétriques remarquables et c'est le cas pour les failles de Yaoundé-Abong-Mbang et la faille de Kribi ; cependant dans des régions où des structures tectoniques majeures ont été détectées, la carte d'anomalies ne présente aucune signature gravimétrique significative (failles de la Sanaga et d'Eseka-Dja).

Dans ce travail il s'agit, en utilisant la méthode gravimétrique, de mettre en évidence les différentes formations constituant le socle de la région et de localiser les accidents tectoniques majeurs. Nous essayerons sur la base des données gravimétriques disponibles et des résultats qualitatifs issus de l'interprétation de la carte d'anomalie gravimétrique :

- de donner une signification géologique aux anomalies gravimétriques observées dans le craton du Congo.

- de trouver les signatures gravimétriques de certaines structures (failles ou contact), d'en donner une interprétation en rapport avec la géologie régionale et à partir de ceci préciser l'origine de la sismicité des régions de Kribi et Monatélé.

- proposer un modèle de structure globale pour la région.

- proposer d'après l'allure des anomalies observées une limite entre le craton et la chaîne panafricaine.

CHAPITRE 2 : METHODES D'INTERPRETATION DES DONNEES GRAVIMETRIQUES

Le but de l'interprétation géophysique est d'essayer de fournir des modèles qui expriment l'idée que l'on se fait de la structure du sous-sol. Les anomalies gravimétriques observées dans une région peuvent être interprétées sous plusieurs formes. Lors des interprétations, on se heurte au problème de la non unicité de la solution ; afin de réduire le champ d'investigation, les premières hypothèses sur les modèles découlent de l'analyse comparative des cartes géophysique et géologique. En l'absence d'indications sur les sources d'anomalies et pour tenir compte de la non unicité des solutions en gravimétrie, il est nécessaire de fixer des bornes sur les caractéristiques des sources et réduire ainsi l'indétermination. Pour le faire, les paramètres sont estimés à partir des méthodes d'approche ou méthodes indirectes et par calcul inverse.  Les estimations déduites de ces méthodes sont reprises dans les techniques de calcul direct pour la modélisation finale des sources. Il existe plusieurs méthodes d'interprétation : les méthodes directes, indirectes et inverses.

1. LES METHODES DIRECTES

Les méthodes directes sont utilisées lorsqu'on a une connaissance de la géologie de la région d'étude et donc de la structure qui crée l'anomalie observée. Les paramètres physiques (densité) et morphologiques permettent de construire un modèle et de calculer son effet qui est ensuite comparé avec l'anomalie observée. Ces méthodes s'appliquent de préférence aux anomalies résiduelles. Le modèle de départ est basé sur des structures de forme simple telles que les sphères, les cylindres et les prismes. On distingue les modélisations 2D, 2D1/2 et 3D.

La modélisation 2D

Si l'extension longitudinale de la structure suspectée est au moins cinq fois supérieure à la largeur transversale, on fait l'hypothèse d'un allongement infini et la modélisation est dite de type 2D (Talwani et al.,1959 ; Grant et West, 1965).

La modélisation 2D consiste en la décomposition de la structure initialement préconçue en prismes de section polygonale et d'allongement infini ; le calcul de l'effet de ces prismes est ensuite additionné. L'anomalie théorique est calculée en faisant varier les paramètres physiques de la structure perturbatrice, notamment sa forme, sa profondeur et sa densité. Le meilleur modèle est celui qui correspond à la structure dont l'anomalie calculée coïncide le mieux avec l'anomalie observée.

La modélisation 2D1/2

Pour des rapports allongement principal/extension transversale moins importants, la modélisation directe tient compte de la longueur limitée du corps, la modélisation est alors dite de type 2D1/2 (Shuey et Pasquale, 1973). Des modélisations 2D1/2 sont proposées en gravimétrie (Cady, 1980).

La modélisation 3D

Les deux types de modélisation ci-dessus développés sont généralisés pour l'application aux structures à trois dimensions. Dans ce cas, les contours dans le plan horizontal sont remplacés par des polygones ayant n côtés. En d'autres termes, on additionne les effets de petits éléments de volume aux noeuds d'une grille de données (Talwani et al., 1959).

2. LES METHODES INDIRECTES

Ces méthodes comportent un ensemble de techniques utiles pour la production des cartes de gradients du champ de pesanteur, de prolongation du champ et autres cartes transformées, et qui fournissent chacune une information sur les paramètres de la géométrie de la source. Parmi ces méthodes on peut citer l'analyse spectrale et la méthode d'admittance.

2.1. L'analyse spectrale

L'analyse spectrale permet d'estimer les contrastes de densité majeurs et par conséquent les profondeurs moyennes des masses perturbatrices. La profondeur moyenne d'une source d'anomalie gravimétrique ou magnétique est estimée à partir du spectre d'énergie du signal correspondant (Bhattacharyya, 1966 ; Spector, 1968 ; Naidu, 1969 ; Spector et Grant, 1970 ; Cordel et Taylor, 1971 ; Bhattacharyya et Leu, 1975). L'analyse spectrale peut être appliquée sur des profils (2D) ou sur des grilles de données (3D).

Principe de calcul : cas d'un profil

Une fonction périodique peut être exprimée comme une série de Fourier selon

l'équation (Bendat et Piersol, 1986) :

(1)

avec et

étant la fréquence angulaire égale à et T la période.

Dans le cas d'une anomalie gravimétrique ou magnétique et la fonction f(x) est non périodique. Sa décomposition en une infinité de termes sinusoïdaux s'écrit

(2)

Sa transformée de Fourier sera :

(3)

En pratique, les profils d'anomalie étant constitués d'un nombre fini de points, on utilise la transformée de Fourier discrète :

(4)

Où on pose

est le nombre de points du profil, le pas d'échantillonnage et un entier variant de 0 à

Le spectre d'énergie s'écrit :

(5)

L'application de l'analyse spectrale pour déterminer les profondeurs des sources d'anomalie suppose que leur distribution est statistiquement indépendante. Ainsi le logarithme de l'énergie contenue dans chaque fréquence du champ que ces sources créent à une distance varie linéairement en fonction de la valeur de la fréquence considérée. La profondeur du plan d'approximation est calculée par la formule :

= (Gérard et Griveau, 1972) (6)

avec le nombre d'onde.

2.2. Admittance et cohérence

On s'intéresse ici à l'étude des fonctions de transfert entre deux types de données. Les fonctions obtenues à partir des données observées sont ensuite comparées à des modèles de fonctions théoriques permettant ainsi de trouver le bon modèle correspondant aux données observées. L'utilisation des fonctions de transfert entre les données gravimétriques et topographiques permet d'avoir des idées sur la distribution des densités en profondeur, mais aussi sur la réponse isostasique de la lithosphère en un lieu donné.

La technique d'admittance permet de quantifier la réponse isostatique d'un milieu sans faire d'hypothèse à priori sur le modèle de compensation.

La cohérence est une corrélation permettant de quantifier la ressemblance en fonction de la longueur d'onde, entre le signal gravimétrique et la topographie. Cette corrélation est fonction de la distribution des charges (en surface et en profondeur) mais surtout de la rigidité de la plaque.

3. LES METHODES INVERSES

L'interprétation des anomalies du champ de potentiel (gravimétrique, magnétique, électrique) est ambiguë ; l'ambiguïté se pose parce que toute anomalie peut être causée par un nombre infini de sources possibles. L'utilisation des problèmes inverses permet de choisir parmi toutes les solutions possibles celle qui rend bien compte du problème posé. En gravimétrie, le calcul inverse comprend deux étapes essentielles : la linéarisation du problème et la recherche de la solution particulière (corps idéal).

4. anomalies de Bouguer et structures géologiques caractéristiques

La carte d'anomalies de Bouguer est le résultat de la superposition des effets de structures géologiques situées à des profondeurs grandes, moyennes et superficielles. Cette carte renferme également des informations sur les discontinuités présentes dans le sous-sol. Lors de l'analyse, pour associer les anomalies observées à des structures particulières plusieurs considérations seront prises en compte.

Les anomalies positives ou lourdes sont associées soit à des intrusions de roches lourdes dans la croûte, soit à un relèvement du socle, soit à des roches sédimentaires denses. Les anomalies négatives ou légères sont associées soit à des intrusions de roches légères dans la croûte, soit à un épaississement de la croûte, soit à un effondrement du socle. Les anomalies représentées par des iso- anomales fermées chaque courbe iso-valeur dessinant une figure proche de la circonférence sont caractéristiques des anomalies tridimensionnelles ; ce modèle convient à l'étude des dômes, cuvettes et amas. Les anomalies représentées par des iso-anomales dessinant grossièrement des ellipses sont caractéristiques des structures cylindriques ; ce modèle convient à l'étude des synformes, antiformes, filons et galeries. La carte renferme des informations sur les discontinuités présentes dans le sous-sol, qui peuvent être extraites en analysant les gradients entre les anomalies. Les gradients sont caractérisés par des iso-anomales linéaires ou filiformes et

traduisent une variation de densité des roches sous-jacentes ; elles matérialisent des structures allant de faibles aux grandes profondeurs.

Nous avons exposé dans ce chapitre les différentes méthodes d'interprétation des données gravimétriques. Nous procédons dans le chapitre suivant à l'analyse et l'interprétation des données gravimétriques dans la zone d'étude. L'interprétation qualitative consistera à modéliser le contexte géologique. L'analyse spectrale est utilisée pour déterminer les profondeurs des sources d'anomalies dans la région. Les paramètres physiques (profondeur et densité) seront enfin utilisés pour établir un modèle 2D pour la région.

CHAPITRE 3 : ANALYSE ET INTERPRETATION DES DONNEES

GRAVIMETRIQUES

Nous présentons dans ce chapitre l'analyse de la carte d'anomalies de Bouguer et l'interprétation que nous en faisons. L'interprétation qualitative de la carte permettra d'identifier les différentes entités géologiques, les zones de discontinuités et les directions structurales. L'interprétation quantitative des données gravimétriques permettra de fournir un modèle de structure du sous-sol.

1. ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES

Les données gravimétriques disponibles et utilisées dans le cadre de cette étude ont été acquises au cours des campagnes réalisées par différents organismes et chercheurs.

Tableau 1 : Organismes, chercheurs et années de campagne (Tadjou, 2004)

ORGANISMEouCHERCHEURS

ANNEE de CAMPAGNE

ORSTOM

1960-1967

Hegberg

1968

Société ELF

1980

Fairhead (Leeds)

1982

IRGM et Univ. De Leeds

1984-1985 et 1986

Les données les plus anciennes sont celles réalisées par l'ORSTOM (Office de la Recherche Scientifique et Technique d'Outre Mer) lors des campagnes gravimétriques de reconnaissance (1960 à 1968). Ces campagnes couvrent l'ensemble du territoire camerounais pour un total de 3600 stations. Ces données ont été complétées par d'autres organismes et chercheurs. Les mesures ont été effectuées tous les 4 km le long des profils, afin de déceler les variations significatives de faciès géologiques. La densité des données est d'environ 220 stations par degré carré. La localisation des stations a été déterminée sur des cartes topographiques et par cheminement à la boussole. L'élévation des stations a été obtenue avec des relevés barométriques, en utilisant les altimètres Wallace et Tiernan ou Thomnen (type 3B4). L'erreur sur la position des stations est d'environ 200 m. L'erreur sur l'altitude des stations peut être de 10 m sur les profils les plus éloignés des repères géodésiques. Pratiquement, elle est inférieure à 5m. Les variations du champ de pesanteur ont été mesurées à l'aide des gravimètres Worden (n° 313, 600, 69 et 135), des Lacoste&Romberg (modèles G, n° 471 et 828) et des North American. La précision sur les valeurs de la pesanteur est de l'ordre de 0,2 mgal.

La valeur de la pesanteur en chaque station est corrigée de la marée luni-solaire et de la dérive instrumentale. Des corrections systématiques vont être appliquées à l'ensemble des valeurs résultantes pour les rendre comparables les unes aux autres.

On constate que sur la figure 5 certaines régions sont plus couvertes que d'autres. On remarque une plus forte densité de points de mesure à l'ouest qu'à l'est de la région.

Fig. 5 : Distribution des données gravimétriques dans la région d'étude

2. ELABORATION DE LA CARTE

Projection des éléments de la banque de données

Les données gravimétriques disponibles dans la banque de données, avant d'être utilisées pour des traitements ultérieurs doivent être converties en coordonnées cartésiennes et nécessitent une interpolation. La conversion des coordonnées géographiques en distances kilométriques se fait par projection UTM (Universal Transverse Mercator ) sur l'ellipsoïde de Clarke (1880) avec le méridien central 13°E.

Interpolation des valeurs d'anomalies de Bouguer

La méthode d'interpolation est basée sur les éléments finis (Inoué, 1986). Par cette méthode l'ajustement entre la surface calculée et les données mesurées est obtenu en minimisant une norme composée des résidus des données, des dérivées premières et secondes qui représentent respectivement les écarts, les fluctuations et les rugosités de la fonction de lissage. Le choix du pas de grille dépend à la fois de l'extension latérale et de la profondeur de la caractéristique géologique à localiser (Neumann, 1967 ; Astier, 1971 ; Sharma, 1982). De plus, la profondeur jusqu'au toit de la structure anomalique doit être supérieure ou égale au pas de grille (Sharma, 1982).

Les données ainsi traitées ont permis d'établir une carte d'anomalies de Bouguer obtenue en joignant suivant un plan tangent au géoïde les points ayant la même valeur de l'anomalie de Bouguer. Une courbe joignant des points de même anomalie est appelée courbe iso-anomale. Le tracé de la courbe se fait par ordinateur pour un besoin d'objectivité.

Pour la présente étude, nous avons obtenu une carte d'anomalie avec des équidistances de 5 mgal. L'analyse de cette carte permettra de déterminer la structure du sous- sol en nous appuyant sur la géologie.

Fig. 6a : Carte d'anomalies de Bouguer

N

3. INTERPRETATION QUALITATIVE DES DONNEES GRAVIMETRIQUES

La carte d'anomalies de Bouguer (Fig.6a) permet de faire une interprétation qualitative des anomalies en s'appuyant sur les connaissances géologiques de la région. Une vue d'ensemble de cette carte fait ressortir la répartition de la carte en plusieurs secteurs gravimétriques qui laisseraient entrevoir la structuration en profondeur de la zone d'étude. Un examen approfondi de la carte permet de la repartir en secteurs gravimétriques négatifs et positifs. On distingue ainsi :

- Les zones d'anomalies positives

On distingue quatre secteurs gravimétriques positifs dans la zone d'étude.

La partie occidentale de la carte est constituée d'une zone d'anomalies positives caractérisée par des iso-anomales de direction générale N-S et d'amplitudes modestes. On a un minimum local de -5 mgal au sud-est d'Edéa. Ce domaine correspond à la zone côtière.

Dans la partie méridionale de la carte, située entre les méridiens 12° et 13° E, on observe une anomalie positive avec un minimum de - 40 mgal au NE de la localité d'Ambam. Cette anomalie est caractérisée par une direction générale WSW-ENE et correspond à l'unité archéenne du Ntem. L'anomalie serait associée à la présence de plutons lourds dans la zone mis en place à l'Archéen ; elle corrèle bien avec les granitoïdes charnockitiques du complexe du Ntem.

Le Nord-Est de la carte, au-dessus du parallèle 4°N, est occupé par un panneau gravimétrique positif. Ce domaine est caractérisé par des iso- anomales étendues de direction générale presque W-E et de faible amplitude. On observe une anomalie fermée de courte longueur d'onde et d'amplitude - 25 mgals dans la localité de Mbama. La présence de ce panneau positif serait due à une forte intrusion de matériaux lourds dans la croûte ou à un relèvement du socle panafricain.

La zone située à l'ouest du panneau gravimétrique NE est marquée par un alignement d'anomalies positives et négatives fermées, de courte longueur d'onde et de forme presque circulaire. On remarque quatre anomalies : la première située au nord de Ngambe a une amplitude de - 45 mgals, la seconde dans la localité de Monatélé a une amplitude de - 60 mgals, la troisième et le quatrième respectivement au nord de Yaoundé et à l'est de Monatélé ont des amplitudes de - 50 mgals et - 30 mgals. Ce chapelet d'anomalies suggère de nombreuses intrusions de matériaux dans la croûte témoignant d'une intense activité magmatique. L'origine de ces anomalies pourrait être attribuée aux effets d'une suture de plaque.

- Les zones d'anomalies négatives

On distingue dans la zone d'étude deux secteurs gravimétriques négatifs.

Dans la partie centrale de la carte, au sud de l'axe Yaoundé- Abong-Mbang, on observe une anomalie négative de grande dimension ; cette anomalie de direction W-E possède une extension au sud du 3° N qui s'étale entre les localités de Djoum et de Ngoila. Cette anomalie est caractérisée par des iso-anomales de grande longueur d'onde, avec une amplitude de - 95 mgals au sud de la localité d'Ayos. Cette vaste anomalie pourrait être due à l'intrusion de matériaux légers dans la croûte, à l'effondrement du socle dans la région ou à l'épaississement de la croûte sous-jacente. L'anomalie négative centrale, se prolonge vers l'Est, s'atténuant en amplitude et prenant une direction générale WNW-ENE. Ce domaine est caractérisé par des iso-anomales étendues de faible amplitude (- 70 mgals). L'extension dans la région de l'aulacogène de la Sangha pourrait être à l'origine de cette anomalie. On note dans cette région la présence de deux anomalies de courte longueur d'onde. La première anomalie située au sud de Yokadouma est caractérisée par des iso-anomales circulaires et de faible amplitude (minimun local de - 90 mgals) ; cette anomalie semble indiquer la présence d'une cuvette dans la région. La seconde anomalie d'amplitude plus modeste (- 60 mgals) située à l'est de Ngoila est caractérisée par des iso-anomales fermées ne définissant pas une forme géométrique particulière. Cette anomalie serait due à la présence de la tillite de Mouloundou. Au niveau de la frontière Cameroun-R.C.A les nombreuses anomalies circulaires qu'on observe se superposent aux roches basiques de la série de Nola.

A l'est du gradient côtier, entre les méridiens 10 et 11° E, on observe une zone d'anomalie relative positive (- 50 mgals) caractérisée par des anomalies de courte longueur d'onde et de forme presque ellipsoïdale. Ces anomalies correspondent à la série éburnéenne du Nyong et à la terminaison occidentale de l'unité du Ntem. L'allure de ces iso- anomales pourrait traduire la présence en profondeur de structures lourdes de forme bidimensionnelle. Il s'agirait de roches intrusives (orthogneiss et syénites) qui ont été affectées par l'orogenèse éburnéenne vers 2050 Ma (Toteu et al., 1994) et remontées à la faveur de l'intensité du magmatisme panafricain. La présence de dolérites dans la série du Nyong marquerait à l'ouest du craton du Congo, l'ouverture d'un fossé paléoprotérozoïque qui recueille les formations du Nyong.

- Les zones de gradient

Les différents domaines gravimétriques mis en évidence sont séparés par des zones de gradient. Ces gradients représentent des discontinuités gravimétriques matérialisant des fractures allant des faibles aux grandes profondeurs.

Le domaine positif septentrional et l'anomalie négative centrale sont séparés par une zone de gradient latéral élevé formé par une succession d'anomalies filiformes serrées de direction W-E placée au-dessus des formations panafricaines à la latitude de Yaoundé. Ce gradient s'étend depuis l'axe Yaoundé-Abong-Mbang jusqu'en R.C.A en s'affaiblissant. Il dénote une structure tectonique majeure pénétrant la croûte, et marque la transition entre le craton du Congo au Sud et la chaîne panafricaine au Nord. Cette structure aurait favorisé l'effondrement du socle dans la partie centrale de la région.

Le bassin côtier de Douala est séparé des formations éburnéennes du Nyong par une zone de gradient qui indique une structure linéaire qui peut être interprétée comme un accident en bordure du bassin. Cette faille aurait favorisé l'effondrement du socle au Protérozoïque lors de la formation d'un fossé qui recueille les sédiments de la série du Nyong.

Sur l'axe Mbalmayo-Ebolowa, on observe une zone de faible gradient ; cette zone sépare le plateau négatif central d'une zone lourde à l'ouest de celui-ci. Ce gradient semble traduire le chevauchement de la série du Nyong par la nappe de Yaoundé.

La zone de gradient séparant le plateau négatif central et le domaine positif Sud-Ouest (reposant sur l'unité du Ntem) se caractérise par des iso anomales linéaires filiformes serrés à gradient relativement fort par endroits donc à forte variation des roches sous-jacentes. Elle se subdivise en trois segments :

- le premier de direction SW-NE part de la région Nord d'Ambam vers la localité de Nlobessé. Il suit le contact entre les charnockites au Sud et les granites au Nord.

- le second, dans la direction Nlobessé -Djoum. Il traduit une zone sous-jacente à

variation latérale de densité importante, de direction NW-SE. Cette zone semble

correspondre à la limite entre les unités du Ntem et celles de l'Ayina.

- le troisième segment de direction ENE-WSW partant de Djoum sépare la plage positive méridionale d'une zone négative à l'extrême sud de la carte.

Dans l'ensemble, la direction générale des iso-anomales parait suivre celle des contacts géologiques observés dans la région. Au Nord, la direction des iso anomales semble suivre le contact entre les formations du craton au Sud et les formations de la chaîne panafricaine au Nord. L'allure sinueuse de ces iso anomales au Nord marque l'importance du phénomène de plissement et de la tectonique lors du remaniement de la croûte panafricaine.

L'analyse de la carte de Bouguer a permis d'envisager une structuration complexe du socle de la région en profondeur et d'identifier les principales formations géologiques de la région d'étude. La zone de gradient située le long du parallèle 4°N semble indiquer le contact entre les formations du craton au Sud et les formations de la chaîne panafricaine et la zone de gradient côtier indique une faille en bordure du bassin côtier. La complexité de la structuration du socle en profondeur suggérée par l'analyse serait la conséquence de la collision entre les deux blocs structuraux. A la suite de l'analyse nous allons à présent procéder à l'interprétation quantitative des données gravimétriques ; elle permettra de proposer un modèle du sous-sol de la région.

4. INTERPRETATION QUANTITATIVE DES DONNEES GRAVIMETRIQUES

Au terme de l'analyse qualitative de la carte des anomalies gravimétriques nous avons pu établir la corrélation entre les anomalies observées et les différentes entités géologiques. L'analyse a aussi permis de voir les signatures gravimétriques des directions tectoniques majeures de la zone d'étude. Nous allons à présent procéder à l'interprétation quantitative des données expérimentales. Elle consiste à obtenir un modèle de structure du sous-sol comportant différentes couches de terrain avec leurs épaisseurs et à déterminer la géométrie des surfaces de contact entre terrains différents ainsi que celle des accidents éventuels. Pour le faire, on procédera à une interprétation directe des anomalies par une modélisation 2D1/2 le long d'un profil ; la modélisation sera précédée par une analyse spectrale des données.

4.1. Choix des profils

L'interprétation est effectuée à partir des profils géométriques exécutés perpendiculairement à l'allongement principal de la structure à étudier. Les profils choisis doivent déborder largement la zone où la structure est suspectée pour tenir compte de l'influence des masses souterraines ou éloignées.

Une grande extension longitudinale des anomalies permet une interprétation en modèles bidimensionnels (2D). L'interprétation d'un profil ne conduit pas à une solution unique et l'interprétation 2D est rarement univoque ; la confrontation des modèles gravimétriques avec la géologie est donc indispensable pour déterminer un modèle réaliste.

4.2. Technique de modélisation

La modélisation du sous-sol profond est effectuée par le logiciel IGAO 2D1/2 mis au point par Chouteau et Bouchard (1993). C'est un logiciel permettant la comparaison entre la courbe expérimentale obtenue à partir des profils tracés sur la carte d'anomalies de Bouguer et la courbe calculée.

Dans la pratique, l'interprétation s'effectue en quatre étapes :

1- construction d'un modèle raisonnable,

2- tracé de la courbe des anomalies issue de ce modèle,

3- comparaison entre la courbe expérimentale et la courbe calculée,

4- modification du modèle pour améliorer la correspondance entre les anomalies observées et calculées et retour à l'étape 2.

Le processus est itératif et la bonne correspondance entre les anomalies observées et calculées est progressivement améliorée. La structure initiale pour amorcer le processus correspond à un modèle de départ dont les paramètres (profondeur, épaisseur, densité, géométrie etc.) sont suggérés par les résultats de l'interprétation géologique.

On doit donc fournir au programme de traitement :

- les contrastes de densité des différentes couches,

- la valeur maximale de l'anomalie régionale dans la zone d'étude,

- la profondeur d'investigation de la structure source de l'anomalie observée.

4.2.1. Choix du contraste de densité

Les anomalies gravimétriques résultent de la différence de densité ou du contraste de densité entre une roche et le milieu environnant (encaissant). Pour un corps de densité contenu dans un matériau de densité , le contraste de densité est donné par :

Le signe du contraste de densité est déterminé par le signe de l'anomalie gravimétrique.

Le signe du contraste de densité des roches est nécessaire à l'interprétation des données gravimétriques. En l'absence des données provenant d'une autre source telle que la sismique profonde, des valeurs moyennes de densité des roches fournies par les littératures spécialisées (Telford et al., 1976 ; Mbom Abane, 1997) seront adoptées pour la présente étude. Pour les différentes formations constituant le socle de la région, ces valeurs sont consignées dans le tableau suivant.

Tableau 2 : Valeurs de densités de quelques roches (Telford et al.1974 ;

Mbom Abane, 1997 ; Tadjou, 2004)

Types de roches

Valeurs limites de densité

Densité moyenne

Granites

2,5 -2,8

2,64

Gneiss

2,6 -3

2,80

Granulites

2,7 -2,9

2,80

Roches métamorphiques

2,4 -3,1

2,74

Quartzites

2,5 -2,7

2,6

Schistes

2,4 -2,9

2,6

Charnockites

2,9 -3,1

2,90

Basaltes

2,70 -3,30

2,99

Rhyolites

2,35 -2,70

2,52

Syénites

2,6 -2,95

2,77

N

Fig. 6a : Carte d'anomalies de Bouguer

: profil étudié

4.2.2. Analyse spectrale.

L'estimation des profondeurs d'investigation sera faite par l'analyse spectrale des données gravimétriques le long d'un profil (Fig.6b).

Technique d'analyse

Cette technique est basée sur les propriétés du spectre d'énergie des anomalies gravimétriques ou magnétiques et permet d'estimer les contrastes de densité majeurs et par conséquent les profondeurs moyennes des masses perturbatrices.

La profondeur moyenne d'une source d'anomalie gravimétrique ou magnétique peut être estimée à partir du spectre d'énergie du signal correspondant. Une anomalie peu étendue avec une amplitude qui décroît rapidement sera caractérisée par des grandes fréquences. Par contre, une large anomalie dont l'amplitude diminue faiblement sera caractérisée par des spectres concentrés vers les basses fréquences.

Lorsqu'on trace le logarithme de l'énergie gravimétrique en fonction du nombre d'onde, on choisit des segments de droite dont les pentes sont proportionnelles à la profondeur des masses perturbatrices selon la relation :

= (Gérard et Griveau, 1972)

est le spectre d'énergie et le nombre d'onde.

L'estimation des profondeurs de source est contrôlée par le choix des segments de droites définissant les pentes.

Résultats de l'analyse spectrale

Lorsqu'on trace le logarithme de l'énergie gravimétrique en fonction de la fréquence, la courbe spectrale exhibe trois pentes caractéristiques de la Bouguer (Fig.7).

La première pente située dans les basses fréquences correspond aux structures situées à de grandes profondeurs. La deuxième pente dans les fréquences moyennes correspond aux structures situées aux profondeurs moyennes. La troisième pente vers les hautes fréquences correspond aux structures superficielles. La figure 6 montre les spectres d'énergie en fonction des fréquences obtenus pour le profil et les pentes choisies pour déterminer les profondeurs. On obtient ainsi trois droites définissant trois pentes différentes.

Fréquence

Fig. 7 : Profil montrant l'évolution du spectre d'énergie gravimétrique en fonction du nombre d'onde (on distingue trois droites de pentes différentes).

A partir de la relation de Gérard et Griveau on définit trois profondeurs qui représentent les toits des structures anomaliques ou des discontinuités structurales majeures.

La relation entre le nombre d'onde et la fréquence étant donnée par , la profondeur des masses perturbatrices est donnée par :

avec la fréquence, le spectre d'énergie et qui représente la pente.

Le tableau 3 donne les valeurs des profondeurs moyennes obtenues et les fréquences correspondantes.

Tableau 3 : Valeurs des profondeurs moyennes des discontinuités et bande de fréquence correspondantes

Bande de fréquence (1/km)

Profondeur moyenne (km)

0,003 - 0,01

45,3

0,01-0,02

26,8

0,02-0,03

15,9

Trois discontinuités majeures de densité ont ainsi été mises en évidence.

La première à 45,3 km représente l'interface croûte-manteau ; cette valeur indique une grande épaisseur de la croûte dans le craton.

La deuxième discontinuité située à 26,8 km représente une discontinuité intracrustale et pourrait correspondre à un relèvement du manteau à certains endroits de la zone d'étude.

La troisième discontinuité à 15,9 km semble à une discontinuité intracrustale dans la région.

Les profondeurs déterminées seront utilisées lors de la modélisation.

4.3. Interprétation du profil d'anomalie de Bouguer

L'interprétation est faite le long d'un profil gravimétrique d'orientation SSW-NNE qui traverse la zone d'étude du Nord au Sud (Fig.6b). Ce profil est presque perpendiculaire au réseau de courbes iso anomales de Bouguer et a une longueur d'environ 310 km. La grande extension du profil permettra d'effectuer une interprétation bidimensionnelle (2D)

4.3.1. Analyse du profil

Le rapprochement du profil avec la carte géologique montre qu'il traverse du Sud au Nord : les gneiss, les charnockites, les granites de So'o et les granulites. Le profil comporte environ 28 points expérimentaux. Le profil (Fig. 8) a l'allure d'un polynôme de degré quatre. L'examen du profil conduit à distinguer quatre compartiments délimités par des ruptures de pente représentant des contacts tectoniques ou des failles.

Tableau 4: Caractéristiques du profil d'anomalies de Bouguer

Profondeur d'investigation

50 km

Base de l'anomalie

-100 mgals

Nombre de formations obtenues

8

Contrastes de densité retenus

(g/cm3)

1- Manteau

2- Craton du Congo

3- Unités profondes denses

4- Chaîne panafricaine

5- Gneiss

6- Charnockites

7- Granites

8- Granulites

0,53

0,00

0,09

0,03

0,13

0,25

-0,08

0,15

Au Sud, le profil a une allure en cloche caractérisée par des anomalies lourdes de

- 50 mgals d'amplitude s'étendant sur environ 100 km. Ce maximum est encadré par deux minima relatifs au Nord (- 80 mgals) et au Sud (- 95 mgals). La partie centrale du profil a l'allure d'une cuvette avec des maxima au Sud (- 60 mgals) et au Nord (- 25 mgals) et un minimum de -100 mgals.

Ces maxima et minima sont dûs au contraste de densité entre les différentes formations sous-jacentes.

Le profil présente un modèle de structure à huit formations :

· La première formation de contraste de densité élevé 0,53 g/cm3, d'épaisseur variable constitue le substratum de la région. Cette formation représente le socle mantellique.

· La seconde formation occupe un espace important sur le profil et présente un contraste de densité faible par rapport au manteau. Il s'agit des formations denses du craton ; nous l'avons associée à la croûte.

· Au nord du profil, la troisième formation située à la base de la croûte à une profondeur moyenne de 25 km et possède un contraste de densité de 0,25 g/cm3. Cette formation peut être assimilée à un corps lourd issu du manteau.

· La quatrième formation se situe au nord du profil à environ 12 km de profondeur. Son contraste de densité est de 0,03 g/cm3. Nous pouvons l'associer aux formations de la croûte panafricaine.

a

b

S

N

ooo : observée

___ : calculée

Fig. 8 : Interprétation du profil gravimétrique

a : Profil d'anomalies de Bouguer ; b : Modèle de structure interprétative

Manteau d1= 3,28 g/cm3 

Craton du Congo d2= 2,75 g/cm

Unités profondes denses d3 = 2,84 g/cm

Chaîne panafricaine d4 = 2,78 g/cm

Gneiss rubané d5 = 2,88 g/cm

Charnockites d6 = 3,0 g/cm

Granites d7 = 2,67 g/cm3

Granulites d8 =2,90 g/cm

Faille prproposée

· La cinquième formation affleure à l'extrême sud du profil. Elle a un contraste de densité de 0,13 g/cm3. Cette formation serait responsable de la diminution de la valeur de l'anomalie au sud du profil. Nous l'assimilons aux gneiss de la série rubanée.

· La sixième formation affleure au sud du profil au contact des gneiss et s'étend en profondeur vers le Nord. Elle possède un contraste de densité de 0,25 g/cm3. Son extension en surface est d'environ 70 km. C'est cette formation qui serait responsable de la zone de maximum observée au sud du profil. Cette formation de densité positive est imputable aux charnockites.

· La formation qui affleure dans la partie centrale du profil présente un contraste de densité négatif (- 0,08 g/cm3) par rapport à l'encaissant. Son extension en profondeur est d'environ 130 km et en surface 95 km. Sa profondeur maximale est de 15 km. Nous assimilons cette formation aux granites de So'o. Elle repose au Sud sur les charnockites et s'enfonce au Nord sous les granulites. Le contact des granites avec les formations de la chaîne panafricaine présente un pendage presque vertical que nous assimilons à une structure faillée.

· La dernière formation affleure au nord du profil et présente un contraste de densité de 0.15 g/cm3. Cette formation est responsable de l'anomalie positive observée au nord du profil. Nous l'associons aux granulites.

Le profil présente trois zones de discontinuités gravimétriques en forme de gradins. La première située au sud du profil est caractérisée par une diminution de la valeur de l'anomalie qui passe de - 50 mgals à - 80 mgals ; la deuxième zone est située au centre du profil et sépare la zone d'anomalie positive du Sud et celle négative du Nord. Cette zone est caractérisée par la diminution de l'anomalie qui passe de -50 mgals à - 95mgals. La troisième zone de discontinuité située au nord du profil se caractérise par un accroissement de l'anomalie.

4.3.2. Interprétation des résultats

Le profil gravimétrique étudié a été interprété par un modèle de structure à huit formations. L'analyse de la coupe structurale issue de la modélisation montre que le socle de la région présente plusieurs intrusions responsables des anomalies observées.

Les anomalies de grande longueur d'onde dans le nord de la région sont principalement dues à la présence des intrusions de granulites de contraste de densité 0,09 g/cm3 à la base de la croûte à une profondeur de 25 km. Ces roches se seraient mises en place à la suite de l'effondrement du socle dans la partie centrale de la région. L'emplacement de ces roches déversées vers le Sud et leur forme indiquent leur mise en place lors de la collision et la limite septentrionale du craton du Congo.

L'analyse du modèle de structure obtenu montre également que l'anomalie légère observée au centre du profil est liée à l'effet gravimétrique de l'intrusion de granites légers présentant un contraste de densité négatif (- 0,08 g/cm3 ) par rapport à la croûte. Cette intrusion granitique serait probablement responsable de la vaste anomalie observée au centre de la région. Cette intrusion granitique serait une conséquence de l'effondrement du socle de la région.

Le changement de l'anomalie de Bouguer au centre du profil correspond en surface à une intrusion de charnockites dans la région présentant un contraste de densité de 0,25 g/cm3. Ces roches seraient ainsi responsables de l'anomalie lourde observée en contact au Sud-Ouest avec l'anomalie négative centrale. Ces roches se seraient mises en place à la suite de la montée d'un diapir mantellique dans la région.

Au sud du profil la chute de l'anomalie est due au contact des gneiss avec les charnockites au sud de la région.

Le profil présente des discontinuités gravimétriques ou gradients, traduisant ainsi la transition entre une zone gravimétrique légère et une zone gravimétrique lourde. Nous avons observé trois zones de discontinuité :

- La première discontinuité se trouve au sud du profil. Elle marque le contact entre les gneiss du Sud et les charnockites au Nord.

- La deuxième discontinuité se trouve au centre du profil ; elle indique la transition entre la zone lourde du Sud et la zone légère de la partie centrale. Cette discontinuité dénote une structure faillée de pendage d'environ 90°. Cette faille qui s'étend en profondeur, semble être la conséquence de l'effondrement du socle dans la région qui aurait par la suite entraîné l'intrusion des granites de So'o.

- La troisième discontinuité se situe au nord du profil, elle marque la transition entre la zone légère de la partie centrale de la région et la zone lourde du Nord. Cette discontinuité indique une structure faillée de fort pendage qui s'étend en profondeur. Cette faille située au niveau du parallèle 4°N a été mise en évidence par d'autres études ; cette faille serait une conséquence de l'effondrement du socle au centre de la région. Cette faille aurait favorisé la mise en place des granulites.

En conclusion l'interprétation des anomalies gravimétriques permet de proposer un modèle crustal qui correspond au modèle classique de chaînes de collision péricratoniques caractérisés par la juxtaposition de deux compartiments de natures différentes et séparés par une suture matérialisée par des corps denses ; ce modèle implique donc pour la région une collision entre le craton et les formations de la chaîne panafricaine Nord-Equatoriale. Le modèle obtenu est également conforme aux conclusions de Collignon (1968) sur l'affaissement du socle situé au sud du parallèle 4°N et qui constituerait un vaste synforme précambrien.

CHAPITRE 4 : SYNTHESE DES RESULTATS ET DISCUSSION

Pour l'étude des structures superficielles et profondes en bordure septentrionale du craton du Congo, nous avons effectué une investigation géophysique sur la base des données gravimétriques existantes. Dans ce chapitre nous faisons une synthèse des résultats obtenus au chapitre précédent ; l'examen critique de ces résultats permettra de dégager les idées essentielles à retenir de ce travail.

SYNTHESE DES RESULTATS

L'analyse qualitative des données gravimétriques a permis de mettre en évidence dans la région d'étude un couple d'anomalies de grande longueur d'onde, séparé par une zone de gradient et qui ne montrent pas de corrélation avec la géologie.

L'anomalie positive de grande longueur d'onde qui se place au nord du côté chaîne panafricaine est associée à des roches denses dans la croûte. L'anomalie négative de grande longueur d'onde au sud du côté craton serait liée à un épaississement de la croûte sous-jacente, et à l'Est à un amincissement lithosphérique. De nombreuses anomalies de courtes longueurs d'onde se superposent à ces anomalies et sont attribuables à des structures géologiques localisées. Ainsi, les nombreuses anomalies positives de courte longueur d'onde qu'on observe au Nord-Ouest dans les localités de Ngambé et Monatélé, et qui s'étendent vers le Sud en direction d'Eséka indiquent la présence d'une zone de faiblesse que l'on peut associer à un couloir tectonique majeur dans la région. Les formations éburnéennes du Nyong en bordure nord-ouest du craton sont attribuées à des anomalies de forme ellipsoïdales ; la direction subméridienne de ces anomalies serait due à l'effet de l'orogenèse éburnéenne. Le complexe intrusif de l'unité du Ntem composée de granitoïdes charnockitiques est bien distingué par une anomalie positive observée au sud-ouest de la région. Les anomalies négatives de courte longueur d'onde qu'on observe dans la partie nord-ouest de la région sont quant à elles associées aux formations du bassin côtier de Douala.

L'analyse et l'interprétation des anomalies de Bouguer permettent de suggérer l'existence de plusieurs lignes structurales dans la région ; celles-ci sont généralement matérialisées par des gradients. On distingue ainsi :

- au Nord une ligne structurale de direction presque W-E qui sépare les formations de la chaîne panafricaine de celles du craton, et qui aurait favorisé l'effondrement du socle au centre de la région. La ligne de faille d'Abong-Mbang (Mbom-Abane, 1997) fait partie de cette structure.

- à l'Ouest une ligne structurale de direction N-S en bordure est du bassin de Douala que nous associons à la faille de Kribi (Koumetio, 2004).

- au Sud une ligne structurale de direction générale ENE-WSW allant de la région nord d'Ambam vers la localité de Djoum (Tadjou, 2004) qui aurait favorisé l'effondrement du socle dans la région centrale.

L'analyse spectrale a permis de déterminer trois profondeurs majeures qui représentent des discontinuités de densité à 45,3 km, 26,8 km et 15,9 km.

L'interprétation quantitative des données gravimétriques a permis de proposer un modèle de structure de la région comportant huit formations. Ce modèle est caractérisé par la juxtaposition de deux blocs de nature et d'épaisseur différentes : le bloc Sud de densité 2,75 g/cm3 représente le craton et le bloc Nord moins épais et de densité 2,78 g/cm3 représente les formations de la chaîne panafricaine Nord Equatoriale. Le contact entre les deux blocs est matérialisé par des structures lourdes (granulites, migmatites) à la base de la croûte. Ces roches seraient responsables de l'anomalie positive au Nord de la région. Les formations de densité 2,88 g/cm3 ,3,0 g/cm3 et 2,67 g/cm3 qui affleurent au sud du profil associées respectivement aux gneiss rubanés, aux charnockites et aux granites correspondent aux formations du craton. Les charnockites qui présentent des affleurements au sud-ouest de la région sont responsables de l'anomalie positive observée au sud du profil

2. DISCUSSION

L'analyse de la carte d'anomalies de Bouguer a permis de mettre en évidence dans la région d'étude un couple d'anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde, séparé par une zone de gradient auxquels se superposent des anomalies secondaires attribuables à des sources géologiques localisées. La présence combinée de ce gradient et des roches denses marquerait la limite du craton septentrionale du craton (Tadjou, 2004). D'après Dumont (1986) cette limite suit un alignement W-E passant par Edéa et Yaoundé le long du parallèle 4°N dans tout le Sud-Cameroun (Fig. 9).

Fig. 9 : Carte gravimétrique simplifiée de Sud Cameroun (d'après Dumont, 1986).

Nous avons ainsi assimilé la limite du craton dans la région d'étude à la direction de l'alignement des anomalies positives. La limite du craton présenterait donc une direction variable quand on va de l'Ouest vers l'Est (Fig.10), ainsi :

- entre les méridiens 9°50 et 11°E elle est NNE-SSW (Ateba Bekoa, 1992 ; Koumetio, 2004).

- entre les méridiens 11° et 16°E elle est sensiblement W-E à WNW-ESE (Collignon, 1968 ; Dumont, 1986 ; Mbom Abane, 1997 ; Tadjou, 2004)

- après le méridien 16°E, en R.C.A elle devient NE-SW (Boukéké, 1994).

Les jonctions entre cette limite les failles de la Sanaga et de Kribi (Fig.10 et Fig.11) dans la région de Monatélé et dans la région Est de Kribi respectivement constitue des points doubles sièges potentiels de séismes de faibles amplitudes. La présence de ces points doubles serait à l'origine de la séismicité de ces régions.

Fig.10 : carte d'anomalies de Bouguer montrant la limite du craton et les points de jonction avec la faille de la Sanaga.

Limite du craton Faille de Kribi Faille de la Sanaga

Les accidents mis en évidence au nord et au sud de la carte présentent les traits d'une tectonique cassante en profondeur associée à une phase tectonique distensive qui aurait entraîné l'affaissement du compartiment central de la région d'étude. Cette phase distensive aurait été suivie par une phase compressive dont les granulites observés dans la partie centrale de la série de Yaoundé (Nzenti, 1992) seraient les témoins et qui aurait entraîné des plissements des terrains superficiels dans la région.

Le modèle de structure proposé est ainsi conforme aux conclusions de Collignon (1968) sur l'affaissement du socle au Sud du parallèle 4°N.

N

10°

12°

14°

16°E

· · · · · · Kribi

Edéa

Monatélé

Yaoundé

Abong-Mbang

Yokadouma

R.C.A

Roches volcaniques post-précambriennes

Unité du Ntem

Schistes de Mbalmayo

Couverture protérozoïque inférieure (Dja inférieur)

Couverture protérozoïque inférieure (Dja inférieur)

Formations sédimentaires

Roches volcaniques

Micaschistes + migmatites

Unité du Nyong

Chevauchement

Limite du craton

Faille de Kribi

Faille de la Sanaga


Fig.11 : Carte géologique montrant la limite du craton. On observe encadré dans les régions de Monatélé et Est de Kribi les jonctions entre la limite du craton et les failles de la Sanaga et de Kribi qui constituent des points doubles sièges de séismes

(d'après Soba, 1990 ; Poidevin, 1991, modifiée)

Notre étude montre que la ligne de faille Eséka-Dja (Champétier de Ribes et Aubague, 1956 ; Manguellé-Dicoum, 1988) reconnue dans la région ne présente pas de signature gravimétrique. Cette absence de signature s'expliquerait par le fait que les blocs de la faille située dans le socle granitique (Manguellé-Dicoum, 1988, Manguellé-Dicoum et al., 1992) n'ont pas subi de dénivellation.

Il a été établi par Dumont (1986) que la faille de la Sanaga vient en contact du craton au nord-ouest de la région. Cette ligne de faille n'est pas identifiée de façon

précise sur la carte gravimétrique. Les anomalies positives de courte longueur d'onde qui jalonnent la région partant de Monatélé à l'est d'Edéa peuvent être interprétées comme des montées de volcanisme le long d'une zone de faiblesse associée à la présence de l'accident de la Sanaga.

L'analyse spectrale menée le long d'un profil a permis de déterminer trois discontinuités majeures dans la région à des profondeurs de 45,3 km, 26,8 km et 15,9 km.

- la première discontinuité à 45,3 km correspondrait à l'interface croûte-manteau. Cette valeur suggère un épaississement de la croûte dans la partie centrale de la région à la suite de l'effondrement du socle ; en effet Nnange et al. (2000) ont déterminé une valeur moyenne de 35 km dans le craton au Sud du Cameroun. Le résultat obtenu dans cette étude est parfaitement en accord avec ceux de Tadjou et al., (2004) et Tadjou (2004) qui obtiennent, par modélisation des anomalies isostatiques dans la région, une épaisseur de la croûte qui varie entre 25 et 48 km

- la seconde discontinuité à 26,8 km de semble refléter la profondeur moyenne du toit de la structure responsable des larges anomalies observées au nord de la région d'étude. Ce résultat est en accord avec celui de Nnange et al. (2000) qui déterminent une discontinuité intracrustale à 25 km de profondeur. Ce résultat rejoint celui de Boukéké (1994) obtenu lors de la détermination par analyse spectrale de la profondeur moyenne du toit de la structure responsable des anomalies positives au Nord.

- la troisième discontinuité à 15,9 km de profondeur correspond à une variation de densité intracrustale. Ce résultat est également en accord avec les résultats de Nnange et al. (2000) qui obtiennent une discontinuité à 13 km.

Le modèle de structure crustal proposé au terme de l'analyse quantitative des données gravimétriques met en évidence une collision entre le craton de densité 2,75 g/cm3 au Sud et les formations de la chaîne panafricaine de densité 2,78 g/cm3 au Nord. Ce modèle gravimétrique correspond au modèle classique des chaînes de collision péricratoniques caractérisées par la juxtaposition de deux plaques séparées par une suture matérialisée par des corps denses. Il permet ainsi de confirmer l'hypothèse selon laquelle la vaste chaîne panafricaine serait une chaîne de collision au sud du Cameroun.

Ce modèle gravimétrique rejoint ceux déjà proposés pour la marge septentrionale du craton du Congo au sud du Cameroun par Boukéké (1994), Tadjou (2004) et Tadjou et al., (2004).

CONCLUSION

Le travail présenté dans ce mémoire consistait à étudier la bordure septentrionale du craton du Congo en utilisant la méthode gravimétrique.

L'analyse de la carte d'anomalie de Bouguer obtenue à partir des données existantes met en évidence dans la région d'étude un couple d'anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde séparé par une zone de gradient. L'anomalie négative Sud du côté craton a été associée à un effondrement du socle au centre et un amincissement lithosphérique à l'Est, tandis que l'anomalie positive Nord du côté chaîne panafricaine a été attribuée à des roches lourdes dans la croûte. Les anomalies de courte longueur d'onde qui se superposent aux anomalies de grande longueur d'onde ont été associées à des structures géologiques localisées. Au terme de l'analyse de la carte l'interprétation des données gravimétriques a été menée en vue de déterminer des éléments géométriques et physiques de des structures responsables des anomalies observées.

L'analyse spectrale le long d'un profil gravimétrique a permis de déterminer trois profondeurs à 45,3 km, 26,8 km et 15,9 km représentant des discontinuités de densité dans la croûte. Les profondeurs obtenues ont été attribuées respectivement à l'interface croûte-manteau, au toit de la structure responsable de l'anomalie positive au Nord et à une discontinuité intracrustale.

Le modèle proposé au terme du traitement des données gravimétriques met en évidence des structures qui permettent de confirmer une collision entre le craton du Congo et les formations de la chaîne panafricaine Nord Equatoriale. Le contact entre les deux blocs étant matérialisé par des structures lourdes à la base de la croûte. Ce modèle met en évidence deux plans de discontinuité qui correspondent à des structures faillées :

- au centre une structure de direction WSW-ESE partant du Nord d'Ambam vers la localité de Djoum

- au Nord une structure de direction sensiblement W-E qui limite la zone légère au Sud et la zone lourde au Nord le long du parallèle 4°N. La zone lourde constituée de roches denses issues du manteau a été assimilée à la limite géophysique septentrionale du craton.

L'analyse et l'interprétation des données ont permis d'associer la faille de Kribi à un gradient N-S à l'ouest de la région et de confirmer l'absence de signature gravimétrique précise sur la carte d'anomalie de la faille Eséka-Dja inférieur et de la faille de la Sanaga.

Les résultats issus de ce travail montrent que la limite du craton possède une direction variable de l'Ouest vers l'Est :

- entre les méridiens 9°50 et 11°E elle est NNE-SSW

- entre les méridiens 11° et 16°E elle est sensiblement W-E à WNW-ESE

- après le méridien 16°E, en R.C.A elle devient NE-SW .

La jonction entre la limite du craton et l'accident de la Sanaga dans les régions de Kribi et Monatélé constituent des points doubles qui seraient à l'origine des séismes de faibles amplitudes enregistrés dans ces régions (1987, 1989 et 2002 à Kribi et Mars 2005 à Monatélé).

Perspectives

La carte d'anomalie de Bouguer étant le résultat des effets de structures géologiques et régionales et de structures locales de faible extension, nous envisageons dans un futur proche de séparer ces deux composantes qui sont la régionale et la résiduelle pour avoir une compréhension plus précise de la géologie de la région d'étude. Cette étude doit également être poursuivie par d'améliorer le modèle issu de l'interprétation d'autres méthodes géophysiques plus précisément la sismique, qui permettra de mieux définir les densités afin d'améliorer le modèle issu de l'interprétation.

BIBLIOGRAPHIE

Abdelsalam, M.G., Liégeois, J.P., and Stern, R.J. (2002). The Saharan metacraton. Journal of African Earth Sciences, 34: 119-136.

Alvarez, P. (1998). Le réseau des fossés intracratoniques du Protérozoïque supérieur d'Afrique centrale et la progradation de la rampe Nord-Afrique centrale d'âge néoprotérozoïque. Géosciences du Cameroun. Press. Univ. pp.287-303.

Astier, J.L. (1971). Géophysique appliquée à l'hydrogéologie. Masson et Cie. Paris, pp. 7-18

Atéba, B., Ntepe, N., Ekodek, G.E., Soba, D et Fairhead, J.D. (1992). The recent earthquakes of Cameroon and their possible relationship with main geological features of Central Africa. J. Afr. Earth Sciences, Vol. 4, No3,pp.365-369

Ball, E., Bard, J.P. et Soba, D. (1984). Tectonique tangentielle dans la catazone pan- africaine du Cameroun : les gneiss de Yaoundé. Journal of African Earth Sciences, 2, p.91-95.

Bendat, S. and Piersol, A.G. (1986). Random data : analysis and measurement procedures, second edition,Wiley ed.566p.

Bessoles, B. et Trompette, R. (1980). La chaîne panafricaine « zone mobile d'Afrique centrale (partie Sud) et zone mobile soudanaise ». Mémoire du BRGM, 92, 396p.

Bhattacharyya, B.K. (1966). Continuous spectrum of the total magnetic field anomaly due to a rectangular prismatic body. Geophysics 31, P.97-121.

Bhattacharyya, B.K. and Leu, L.K. (1975). Spectral analysis of gravity and magnetic anomalies due to two-dimensional structures. Geophysics, 40(6), P.993-1013

Boukéké, D.B. (1994). Structures crustales d'Afrique centrale déduites des anomalies gravimétriques et magnétiques : le domaine précambrien de la République Centraficaine et du Sud Cameroun. Thèse de Doctorat, Université de Paris Sud, 263p.

Cady, J.W. (1980). Calculation of gravity and magnetic anomalies of finite length- right polygonal prisms. Journal of Geophysical Research, 45(10) P.1507-1512.

Cahen, L., Snelling, n.J., Delhal, J. and Vail, J.R. (1984). The geochronology and evolution Africa. Clarendon Press, Oxford, 512p.

Castaing, C., Feybesse, J.L., Thieblemont, D., Triboulet,C., and Chevromont, P. (1994). Paleogeographical reconstruction of the Pan-African/Brazilliano orogen: closure of an oceanic domain or intracontinental convergence between major blocks? Precambrian Research, 67: 327-344.

Champétier De Ribes, G. et Aubague, M. (1956). Notice explicative sur la feuille Yaoundé-Est (1/500 000). Dir. Mines et Géol. Du Cameroun, Yaoundé. 35p.

Chouteau, M. et Bouchard, K. (1993). IGAO 2D1/2 version 2/12/2005, Laboratoire de Géophysique Appliquée, Département de Génie Minéral, Ecole Polytechnique de Montréal.

Collignon, F. (1968). Gravimétrie de reconnaissance de la République du Cameroun. ORSTOM 35p.

Delhal, J. et Ledent, L. (1975). Données géochronologiques sur le complexe calco- magnésien du Sud Cameroun. Musée Royal d'Afrique Centrale (Belgium), Rapport annuel, pp. 71-75.

Dumont, J.F. (1986). Identification par télédétection de l'accident de la Sanaga (Cameroun). Sa position dans le contexte des grands accidents d'Afrique Centrale et de la limite nord du craton congolais. Géodynamique 2(1), 55-68.

Feybesse, J.L., Johan, V., Maurizot, P. et Abessolo, A. (1987). Evolution tectonométamorphique libérienne et éburnéenne de la partie NW du craton zaïrois (SW Cameroun). Cur. Res. In African Earth sci., Matheis and Schandelmeier (eds), Rotterdam, p.9-13.

Gazel, J., Hourcq, V. et Nicklés, M. (1956). Carte gélogique du Cameroun à 1/1 000 000, 2 feuilles avec notice explicative 62p., Bull. Dir. Mines et Géol. Cameroun, no 2.

Gazel, J. et Giraudie, C. (1965). Carte de reconnaissance du Cameroun au 1/500 000, feuille Abong-Mbang Ouest avec note explicative, 29p.Dir. Mines et Géol. Cameroun.

Gerard, A. et Griveau, P. (1972). Interprétation Quantitative en Gravimétrie ou Magnétisme à partir de Cartes Transformées de Gradient Vertical. Geophysical Prospecting, 20 P.460-481

Giresse, P., Megope-Foonde, J.P., Ngueutchoua, G., Aloisi, J.C., Kuete, M., et Monteillet, J. (1996). Carte sédimentologique du plateau continental du Cameroun. ORSTOM, Paris. Notice explicative no 111, 46p. 3 cartes.

Grant, F.S. and West, G.F. (1965). Interpretation theory in applied geophysics. McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 584 p.

Inoue, H. (1986). A least-square smooth fitting for irregularly spaced data: finite element approach using cubic B-splines basis. Geophysics, 51 (11), 2051-2060.

Koumetio, F. (2004). Contribution géophysique par la méthode gravimétrique à l'étude des structures profondes de la marge occidentale du craton du Congo dans la région de Kribi (Cameroun). Thèse de Doctorat 3e cycle. Université de Yaoundé I. 110p.

Laplaine,L. (1971). Note explicative sur la feuille Nola (partie Cameroun) de la carte de

de reconnaissance au 1/500 000. Dir. Mines et géol. Cameroun, Yaoundé, 42p.

Lassere, M. et Soba, D. (1976). Age libérien des granodiorites et des gneiss à pyroxène du Cameroun méridional. Bull. B.R.G.M., Fr., (2) sect. IV, no 1, 17-32.

Manguellé-Dicoum, E. (1988). Etude Géophysique des structures superficielles et profondes de la région de Mbalmayo. Thèse de Doctorat d'Etat ès-sciences (Géophysique), Université de Yaoundé I. 202p.

Manguellé-Dicoum, E., Bokosah, A.S. and Kwende-Mbanwi, T.E. (1992). Geophysical evidence for a major Precambrian schist-granite boundary in Southern Cameroon. Tectonophysics, 205: 437-446.

Mbom Abane, S. (1997). Investigations géophysiques en bordure du craton du Congo et implications structurales. Thèse de Doctorat d'état ès sciences. Université de Yaoundé I. Cameroun, 180p.

Morin, S. et Kuete, M. (1989). Le littoral camerounais : problèmes géomorphologiques. Trav. Lab. Géo. Phys.Univ. Bordeaux III. Talence, 52p.

Naidu, P.S. (1970). Statistical structure of aeromagnetic field. Geophysics; 35,

pp.279-293.

Nédélec, A., Macaudiere, J., Nzenti, J.P. et Barbey, P. (1986). Evolution structurale et métamorphique des schistes de Mbalmayo (Cameroun), implications pour la structure de la zone mobile pan-africaine d'Afrique centrale, au contact du craton du Congo. C.R. Acad. Sci. Paris, 309, Série II, p.1207-1213.

Nédélec, A., et Nsifa, E.N. (1987). Le complexe du Ntem (Sud Cameroun) : Une série tonalito-trondhjémitique archéen typique. In current Research in African earth sciences, Matheis and Schandelmeier(eds), 3-6

Nédélec, A., Nsifa, E.N. and Martin, H. (1990). Major and trace element geochemistry of the Archean Ntem plutonic complex (South Cameroon): petrogenis and crustal evolution. Precambrian Research 47, 35-50.

Neumann, R. (1976). La gravimétrie de haute precision; application aux recherches des cavités. Géophys Prosp pp. 116-134.

Ngako, V., Jegouzo, P. et Soba, D. (1989). Déformation et métamorphisme dans la chaîne panafricaine de Poli (Nord Cameroun) : implications géodynamiques et paléogéographiques. J.Afr.Earth Sci., 9, 541-555.

Nnange, J.M., Ngako, V., Fairhead, J.D.and Ebinger, C.J. (2000). Depths to density discontinuities beneath the Adamawa Plateau region, Central Africa, from spectral analysis of new and existing gravity data. Journal of African Earth of Sciences.Vol.30 N0 4 pp. 887-901.

Nzenti, J.P., Barbey, P. et Moreau, C. (1984). Un nouvel exemple de ceinture granulitique dans une chaîne protérozoïque de collision : les Migmatites de Yaoundé au Cameroun. C.R. Acad. Sci. Paris, 299, Série II, p.1187-1199.

Nzenti, J.P. (1987). Pétrogenèse des migmatites de Yaoundé (Cameroun) : Eléménts pour un nouveau modèle géodynamique de la chaîne Panafricaine Nord Equatoriale. Thèse Université de Nancy I. 154p.

Nzenti, J.P., Barbey, P., Macaudière, J. et Soba, D. (1988). Origin and evolution of the late Precambrian high-grade Yaounde gneisses (Cameroon). Precambrian Research 38, 91-109.

Nzenti, J.P. (1992). Prograde and retrograde garnet zoning at high pressure and temperature in metapelitic and grenatite rocks from Yaounde (Cameroon Pan- African north-equatorial fold belt). Journal of African Earth Sciences, 15,

p. 73-79.

Penaye, J., Toteu, S.F., Michard, A., Bertrand, J.M., et Dautel, D. (1989). Reliques granulitiques d'âge protérozoïque inférieur dans la zone mobile panafricaine d'Afrique centrale au Cameroun ; géochronologie U-Pb sur zircons. C. R. Acad. Sc.Faris, 309: 315-318.

Penaye, J., Toteu, S.F. and Van Schmus, R. (1993). U-Pb and Sm-Nd preliminary geochronolgy data on the Yaounde series, Cameroon: re-Interpretation of the granulitic rock as the suture of a collision in «the Centrafrican» belt. C. R. Acad. Sc.Faris, 317, série II, p. 789-794.

Poidevin, J.L. (1983). La tectonique Panafricaine à la bordure Nord du craton du Congo. L'orogenèse des oubanguides, 12th coll. Afr. Geol.Bruxelles p.75.

Poidevin, J.L. (1991). Les ceintures de roches vertes de la République Centrafricaine. Contribution à la connaissance du précambrien du nord du craton du Congo. Thèse de Doctorat d'Etat, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, France.

Rollin, P. (1995). La zone de drécochements panafricains des Oubanguides en Republique Centrafricaine. C.R. Acad. Sci. Paris 320 : 63-69.

Segalen, P. (1967). Les sols et la géomorphologie du Cameroun. Cah. ORSTOM., sér. Pédol., Vol.V, N0 2, pp.137-187.

Sharma, P. (1982). Geophysical method in geology (5th printing). Elsevier Publishing Company, 128p. USA.

Shuey, R.T., and Pasquale, A.S. (1973). End corrections in magnetic profile interpretation. Geophysics, 31, p.362-371.

Spector, A. (1968). Spectral analysis of aeromagnetic maps: Ph.D. Thesis, Department of Physics, University of Toronto.

Spector, N. and Grant, F.S. (1970). Statistical models for interpreting aeromagnetic data.Geophys.35, p.293-302.

Tadjou, J.M., Manguellé-Dicoum, E., Tabod, C.T., Njingti-Nfor et Ndougsa Mbarga, T. (2001).Etude gravimétrique de la bordure nord-ouest du craton du Congo. Région de Mbalmayo (Sud Cameroun). Journal of the geosciences society of Cameroon. Vol.1 N0 1, pp. 122-123.

Tadjou, J.M. (2004). Apport de la gravimétrie à l'investigation géophysique de la bordure septentrionale du craton du Congo (Sud Cameroun). Thèse de Doctorat/Ph.D. Université de Yaoundé I. 178p.

Tadjou, J.M., Manguellé-Dicoum, E., Tabod, C.T., Nouayou, R., Kamguia, J., Njandjock Nouck, .P. and Ndougsa Mbarga, T. (2004). Gravity modelling along the northern margin of the Congo craton, South cameroon. Journal of the Cameroon Academy of Sciences. Vol.1 N°1, pp.51-59.

Talwani, M.,Worzel, J.L. and Landisman, M. (1959). Rapid Gravity Computation for Two-dimensional Bodies with Application to the Mendocino Submarine Fracture Zone. Journal of Geophysical Research. 64 p. 49-59.

Tchameni, R., Mezger,K. and Nsifa, N.E. (1996). Geochemical and Nd-Sr isotope composition of the archean Ntem granitoids (Southern-Cameroon): Evidence for rapid crustal growth. Goldsmith conf. Heidelberg 96. pp. 616.

Tchameni, R. (1997). Géochimie et géchronologie des formations de l'Archéen et du Paléoprotérozoïque du Sud Cameroun (Groupe du Ntem, craton du Congo). Thèse de l'Université d'Orléans, France, 356p.

Tchameni, R. et Nsifa, N.E. (1998). Revues des données géochronologiques sur la partie nord-ouest du craton du Congo (groupe du Ntem), Sud Cameroun. In : Géosciences au Cameroun,Vicat, J.P. et Bilong,P.éd.collect.Geocam,1/1998,

press univ.Yaoundé I, pp.351-359.

Telford, W.M., Geldart, L.P., Sheriff, R.E., and Keys D.A. (1976). Prospection Géophysique. Tome 4 ERG Editions,La Barbannerie,F-78780, Maurecourt.

Toteu, S.F., Van Schmus, R.W., Penaye, J., and Michard, A. (2001). New U-Pb and Sm-Nd data from north-central Cameroon and its bearing on the pre-Pan- African history of central Africa. Precambrian Research, 108: 45-73.

Toteu, S.F., Van Schmuss, W.R., Penaye, J., and Nyobe, J.B. (1994). U-Pb and Sm-Nd evidence for eburnean and panafrican high grade metamorphism in cratonic rocks of southern Cameroon. Res. 67,321-347

Toteu, S.F., Penaye, J., and Poudjom Djomani, Y.H. (2004). Geodynamic evolution of the Pan-African belt in central Africa with special reference to Cameroon. Can. J. Earth Sci.41: 73-85.

Trompette, R. (1994). Geology of western Gondwana (2000-500 Ma). Pan-African- Brazilliano aggregation of South America and Africa. A.A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands.

Van der Hende, R. (1969). Carte géologique de reconnaissance du Cameroun à l'échelle du 1/500 000, feuille Abong-Mbang Est avec notice explicative. Dir. Mines et Géol. Cameroun.

Vicat, J.P., Gioan, P., Albouy, Y., Cornacchia, M. et Blondin P. (1989). Mise en évidence, sur la bordure ouest du craton du Congo, de fossés d'effondrement d'âge protérozoïque supérieur, masqués par les formations phanérozoïques de la cuvette du zaïre, C.R. Acad. Sci. Paris 309 II 1207-1213.

Vicat, J.P., Pouclet, A., Koumbou, C., et Semé Mouangué, A. (1997). Le volcanisme fissural néoprotérozoïque des séries du Dja inférieur, de Yokadouma (Cameroun) et de Nola (RCA)- Signification géotectonique. C.R. Acad. Sci. Paris 325 : 671-677.

Vicat J.P. (1998). Esquisse géologique du Cameroun. Géosciences au Cameroun, GEOCAM 1/1998, 3-11.