Neoproterozoic crustal evolution in Southern Chad: Pan-African ocean basin closing, arc accretion and late- to post-orogenic granitic intrusion.

International audienceIn the Lake Léré region, southern Chad, Neoproterozoic terrains are distributed in four lithostructural groups that reveal the geotectonic evolution of a part of the Pan-African orogenic domain. The first group includes basaltic volcanic rocks and fine-grained detrital sedimentary rocks of pre-tectonic basins that were emplaced in an extensional regime, close to a volcanic arc. The second and third groups include calc-alkaline gabbroic intrusions emplaced at an upper crustal level and a midcrustal tonalite, respectively, that are interpreted to be the roots of an active margin volcanic arc. These first three groups experienced WNW to ESE compression, and may belong to a fore-arc basic—volcanic arc—back-arc basin system that was accreted eastward to the Palaeoproterozoic Adamaoua-Yadé Block. The fourth group includes post-tectonic granite plutons invading the older groups. This paper documents the accretion processes in the southern margin of the Saharan Metacraton

Hydrological budget of Lake Chad : assessment of lake-groundwater interaction by coupling Bayesian approach and chemical budget

International audienceEstimation of lake-groundwater interactions is a crucial step to constrain water balance of lacustrine and aquifersystems. Located in the Sahel, the Lake Chad is at the center of an endorheic basin of 2,5.106 km2. One of themost remarkable features of this terminal lake is that, despite the semi-arid context and high evaporation rates of thearea, its waters are fresh. It is proposed in the literature that the solutes are evacuated in the underlying quaternaryaquifer bearing witness to the importance of surface water and groundwater exchanges for the chemical regulationof the lake. The water balance of this system is still not fully understood. The respective roles of evaporation versusinfiltration into the quaternary aquifer are particularly under constrained.To assess lake-groundwater flows, we used the previous conceptual hydrological model of the lake Chad proposedby Bader et al. (Hydrological Sciences Journal, 2011). This model involves six parameters including infiltrationrate. A probabilistic inversion of parameters, based on an exploration of the parameters space through a Metropolisalgorithm (a Monte Carlo Markov Chain method), allows the construction of an a posteriori Probability DensityFunction of each parameter yielding to the best fits between observed lake levels and simulated. Then, a chemicalbudget of a conservative element, such as chloride, is introduced in the water balance model using the optimalparameters resulting from the Bayesian inverse approach.The model simulates lake level and chloride concentration variations of lake Chad from 1956 up to 2008. Simulated lake levels are in overall agreement with the observations, with a Nash-Sutcliffe efficiency coefficient above0.94 for all sets of parameters retained. The infiltration value, obtained by such probabilistic inversion approach,accounts for 120±20 mm/yr, representing 5% of the total outputs of the lake. However, simulated chloride concentrations are overestimated in comparison to the scarce measurements available over that period. As an example,the mean chloride concentration measured in the southern pool on a basis of our synthesis of existing chemicaldata since the 1970’s is approximately three time lower than the computed mean concentration. This may be dueto either the non-representativeness of our chemical dataset or overestimation of the evaporation rate that is fixedto 2000 mm/yr in our model.This study tackles the quantification of the lake water flows to the quaternary aquifer system and the associateduncertainties from a probabilistic point of view. This is an essential step to improve predictions of groundwaterresources in the Lake Chad Basin under climate change

11th Applied isotope geochemistery conference AIG-11

36Cl measurements in groundwaters of the deep confined aquifer of the Lake Chad Basin (LCB) were performed in order to constrain groundwater geochemical ages and residence times. Twenty-seven wells were sampled in Nigeria, Niger and Chad in the southern parts of the large (700 000 km2) multilayered aquifer of the LCB. 36Cl/Cl values range between 11±1.10-15 to 148±8.10-15 at/at. The highest ratios are observed near the recharge zone of the Nigerian part of the Continental Terminal aquifer, while the lowest ones are found in wells located near the southern fringe of the present-day lake Chad. Chloride concentrations are low (below 100 mg/l) and not correlated to the 36Cl/Cl values, indicating negligible dissolution of evaporites in most samples. Reliable 36Cl ages can be calculated along the different flow paths investigated, suggesting residence times of the deep groundwaters larger than 300 000 years. These results are consistent with new AMS-14C data below the detection limit but are in contradiction with previous 14C data obtained in the area

Lithostratigraphie des terrains panafricains du sud du Tchad (région du lac de Léré) et signification géodynamique des formations magmatiques

La région (provinces du Mayo Kebbi et du Mayo Dala) située au sud du Tchad et au Nord du Cameroun est constituée par un substratum cristallin protérozoïque (roches para et orthométamorphiques et corps plutoniques) accidenté de bassins d'effondrements à sédimentation crétacé entre failles décro-normales orientées N.70°, N.100° et N170°. Le substratum cristallin appartient au vaste domaine panafricain, essentiellement néoprotérozoïque, d'Afrique du centre-ouest localisé entre différents cratons archéens à paléoprotérozoïques. Dans la région du lac de Léré, les données pétro-géochimiques et structurales permettent de distinguer trois grands ensembles lithostructuraux : 1) les formations volcaniques et sédimentaires épimétamorphiques et plissées constituant la série de Zalbi dite VSZ, 2) les intrusions gabbro-dioritiques à tonalitiques, dites G1, de la bordure orientale de la série de Zalbi (nous ne traitons pas ici le cas de l'orthogneiss tonalitique des Chutes Gauthiot), et 3) les granitoïdes batholitiques, dits G2, intrudant les G1. La Série de Zalbi comprend, de bas en haut, des métavolcanites basiques, des méta-argilosiltites, des méta-argilites ampélitiques et des méta-spilites. Les métavolcanites massives alternant avec des niveaux de chloritoschistes renferment des amas de minéraux hydrothermaux pyriteux et des amandes de talcschistes. Les laves montrent des textures reliques hyalo-microlitiques, microgrenues et grenues cumulatives. La paragenèse magmatique est entièrement pseudomorphosée dans le faciès "schistes verts". Ces roches sont interprétées comme des laves en coulées alternant avec des niveaux de pyroclastites et renfermant des restes de cheminées hydrothermales. Les faciès cumulatifs sont de type infra-crustaux, ce qui suggère un contexte de plancher volcanique disloqué. La signature chimique, faiblement enrichie avec anomalies négatives modérées en Nb et Ti est comparable à celle de tholéiites de marge continentale non enrichies, ou, plus probablement, de mer marginale. Les méta-argilites constituées de laminites avec des microséquences granoclassées normales sont des sédiments terrigènes épicontinentaux. Les méta-argilites ampélitiques ont un cachet plus franchement océanique. Les méta-spilites sont des basaltes microlitiques porphyriques à microdoléritiques à phénocristaux d'olivine altérée, de CPX chloritisée et de plagioclases albitisés. Métamorphisées dans le faciès "schistes verts", elles sont en outre enrichies en calcite, albite et épidote. Leur chimisme est celui de tholéiites à olivine faiblement enrichies avec légère anomalie négative en Nb, de contexte extensif encore indéterminé. Les intrusions de type G1 forment deux groupes : des petits plutons intrudant la série de Zalbi et des plutons plus volumineux vers l'est. Il s'agit de gabbros quartziques à pyroxène ou amphibole, de diorites quartziques, de tonalites et de granodiorites. Ces roches sont calco-alcalines modérément enrichies à anomalies négatives en Nb-Ta. Elles ont une signature orogénique comparable à celles des marges continentales actives actuelles. Les granitoïdes batholitiques G2 intrudent l'ensemble des formations précédentes. Il s'agit de granites à biotite, et de leucogranites. Les caractères pétrologiques et chimiques indiqueraient un contexte convergent évoluant vers la collision avec fusion crustale anatectique. Les marqueurs cinématiques traduisent un mouvement vers l'Est de la Série de Zalbi et d'une partie des intrusions G1, en liaison avec une déformation ductile faible en régime cisaillant non coaxial. Nous suggérons une évolution géodynamique des formations de Zalbi avec création puis fermeture d'une mer marginale par convergence de l'Ouest vers l'Est. Cette première convergence génère un arc volcanique. La présence d'une nouvelle convergence, de vergence encore indéterminée, est discutée, qui conduit à une collision entre blocs continentaux

Déterminisme géologique et partage des ressources dans la Réserve de faune de Binder Léré (région des lacs de Léré au Sud du Tchad).

La réserve de Binder Nayri est située dans la province administrative du Mayo Dala au sud-ouest du Tchad, à proximité des lacs de Léré et de Tréné. Le grand lac de Léré, situé sur un bassin sédimentaire crétacé au cœur de formations panafricaines, représente une manne du point de vue des ressources et la proximité d'un axe routier majeur desservant le Cameroun et la République centrafricaine favorise les échanges économiques. Nous proposons en nous focalisant sur les ressources fournies par le sol et le sous-sol de montrer comment sont réparties et partagées les ressources naturelles dans la région de Léré, milieu très sollicité par ses habitants et soumis à des aléas climatiques. Basée sur une analyse de terrain spatialisée (cartographie géologique et pédologique) et complétée par des éléments de bibliographie, la méthode choisie fait également appel aux outils de télédétection (SPOT5) pour la mise à jour de la carte d'occupation du sol. La compilation globale aboutit à l'établissement d'une cartographie plurithématique et à une typologie des paysages. Les formations géologiques sont représentées par la Série de Zalbi, divers granitoïdes et des bassins sédimentaires récents. La Série de Zalbi considérée d'âge protérozoïque supérieur est constituée de volcanites basiques, d'argilites, d'ampélites et de spilites déformées, orientées NS et métamorphisées dans le faciès amphibolite. Des intrusions de gabbros et de tonalites ("Arc" de Boloro) à la marge orientale de la Série de Zalbi représentent la première étape d'accrétion panafricaine. Les relations entre cette première étape géodynamique et la mise en place et la déformation précoce de la tonalite protomylonitique (" orthogneiss ") des Chutes Gauthiot suivant des directions NS puis EW ne sont pas connues. La seconde étape voit l'accrétion d'Ouest en Est de la Série de Zalbi sur un domaine représenté par la tonalite des Chutes Gauthiot. La troisième étape correspond à l'intrusion massive de granites (type Massif de Léré) non déformés et à des décrochements. L'histoire géologique s'achève avec des intrusions de dykes doléritiques et des bassins d'effondrement crétacés (Série de Lamé). Ces formations du substratum sont altérées en sols rouges tropicaux variés ou en vertisols. La variété et l'état des profils d'altération sont pris en compte dans l'établissement des toposéquences bases de la typologie des paysages. Quatre grands types de paysages sont mis en évidence et analysés : - type 1 : en relation avec l'orthogneiss des Chutes Gauthiot, - type 2 : associé aux séries horizontales sédimentaires de Lamé, - type 3 : lié aux plutons granitiques du Massif de Léré - et type 4 caractérisé par la Série métavolcanique de Zalbi. La corrélation, en termes de ressources agro-pastorales et minières, des variations des sols et du substratum, avec l'analyse de l'utilisation actuelle de ces ressources permet de fournir quelques indications quant aux dynamiques économiques et sociales dans la région de Léré, mais également de voir quelles sont les perspectives en matière d'occupation du sol dans ce secteur et du devenir de la réserve

Conséquences de l'analyse du substratum géologique pour la perception de l'évolution de l'environnement dans le sud-ouest du Tchad. Implications pour la gestion de l'aire protégée de Binder Léré (Pays des lacs de Léré).

Basés sur une analyse de terrain spatialisée (cartographie géologique et pédologique, télédétection, enquête villageoise...) nous proposons de montrer à travers une analyse du substratum géologique et de ses relations avec l'occupation du sol dans une région sahélo-soudanienne au sud du Tchad - le massif du Mayo-Kébbi - quels sont les liens entre la nature du substratum géologique (socle et formations superficielles) et les paysages et quelles peuvent être les conséquences quant à l'évolution de la région. Le Pays de Léré et son fleuve principal le Mayo Kebbi sont bien identifiés tant du point de vue géomorphologique que géologique. Les formations géologiques sont constituées à l'Ouest par les formations volcanosédimentaires de la Série de Zalbi et divers granitoïdes accrétés d'Ouest en Est durant l'orogenèse panafricaine sur le domaine de la tonalite orthognessique d'âge indéterminé des Chutes Gauthiot. Ces formations initiales, orientées N30°, sont intrudées par des granites non déformés d'âge probablement panafricain tardif (plutons de Léré). La déformation est faible, seul la tonalite des Chutes Gauthiot présente une importante déformation ductile pénétrative N30°, témoin d'une histoire géodynamique antérieure ou différente de celle de la Série de Léré (Série de Zalbi et granites). A l'écheIle du Pays de Léré le croisement de la carte d'occupation du sol avec celle du substratum permet de distinguer une certaine typologie du paysage. Cette typologie est représentée sous forme de coupes " topo-lithoséquentielles " qui combinent la topographie, l'hydrologie, la pédologie, la géologie et la végétation sauvage et anthropique. Elle permet de mieux appréhender, en général, les facteurs du partage des ressources et, en particulier, le bien fondé du tracé des limites de la réserve de faune de Binder Léré. A l'échelle continentale le massif des Chutes Gauthiot sépare suivant un axe N150° le sud-ouest du Tchad en deux domaines. Un premier à l'Ouest (le Pays de Léré), relativement accidenté est drainé vers le Sud-Ouest vers le bassin de la Bénoué ; les profils d'altération en sols rouges tropicaux y sont fortement tronqués, permettant l'affleurant du substratum. Un second, très pénéplané (bassin du Tchad), s'étale vers le Nord-Est, drainé par le fleuve Logone puis le lac Tchad : les profils d'altération y sont conservés jusqu'aux cuirasses. La tonalite des Chutes Gauthiot, gneissifiée puis silicifiée offre une forte résistance et bloque l'érosion régressive du bassin de la Bénoué. Le massif tonalitique des Chutes Gauthiot apparaît clairement comme un facteur limitant la capture, dramatique pour le lac Tchad, des eaux du Logone par le Mayo Kebbi et donc la Bénoué. Le croisement de données pluridisciplinaires montre que le Sud-Ouest du Tchad, région à faible couvert végétal et faible développement économique, est un exemple de domaine géographique où la diversité des paysages et ses modèles d'évolution sont étroitement liés à la nature et structure du substratum

Assessing groundwater dynamics in the multi-layer aquifer of the Lake Chad Basin using 36Cl and 14C data

International audienceLocated in Central Africa, at the fringe between Sahel and Sahara, the Lake Chad Basin (LCB) is an endorheic basin of2,5.106 km2. This sedimentary basin contains a multilayer aquifer system. The Quaternary unconfined aquifer representsthe main water resource in this region: it covers 500 000 km2 and is characterized by the occurrence of poorly understoodpiezometric depressions and flow paths. Two underlying confined aquifers (early Pliocene and Continental Terminal)are artesian but have undergone significant piezometric decline due to extensive abstraction since the 1960's.To identify the origin of the recharge and flow dynamics in this multilayer aquifer, more than one hundred surface andgroundwater samples have been collected. Together with major and stable isotope analyses, measurements of 36Cl have been carried out at CEREGE, on the French 5MV AMS National Facility ASTER. Moreover, 14C activities have been analyzed for 17 samples on the French AMS ARTEMIS.The geochemical and isotopic signatures of the Quaternary aquifer show very large variations. In the southern part of theLCB and near the Chari/Logone Rivers and the Lake Chad, groundwaters are of Ca-Mg-HCO3 type with high 36Cl/Cl ratio(>1000 at/at). This 36Cl/Cl signature is similar to the one of surface waters indicating that these groundwaters are recentand very likely imprinted by the 1950s' bomb pulse.Elsewhere, waters are more concentrated and evolve to NaSO4-Cl type. Their 36Cl/Cl ratio is lower and less variable(around 200.10-15 at/at). The 14C contents for these latter groundwaters are above 50 pmc, suggesting recent orHolocene recharge. A flow pattern and a groundwater recharge scheme for the Quaternary aquifer is proposed based on these geochemical data.In contrast, the confined aquifers have a more homogeneous geochemical and isotopic signature. 14C contents are all below 0.5 pmc and mainly below the detection level, the 36Cl/Cl ratios are under 100.10-15 at/at and stable isotopes showmore depleted waters. This consistently indicates a major episode of recharge of the confined aquifers during a humidperiod older than 50ky