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Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

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Page 1: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

Pergamon Journal of African Earth Sciences. Vol. 28, No. 3, pp. 553-580, 1999

0 1999 Elsevier Science Ltd

Pll:SO899-5382(99)00032-9 All rights reserved. Printed in Great Britain 0899.5362/99 $- see front matter

Les minbaux ferrotitamk du littoral s6n6galais: caract6risation et recherche de leur origine

J. ALLOUC’, J. C. SAMAMA’ et P. J. FAUVEL* ‘Institut National Polytechnique de Lorraine - Ecole Nationale Superieure de Geologic,

Laboratoire structures et transferts en milieu sedimentaire, BP 40, 54501 Vandoeuvre-l&-Nancy Cedex, France

2Universite Henri Poincare, Laboratoire de geologic des ensembles sedimentaires, BP 239, 54506 Vandoeuvre-l&s-Nancy Cedex, France

RESUME--es mineraux ferrotitanes (‘ilmenites’ diversement alterees) du littoral senegalais et des formations parentales supposees sont caracterises au point de vue granulometrique, textural, magnetique et geochimique. Ces methodes et I’analyse multivariee des donnees geochimiques indiquent des origines diverses mais locales, sauf dans la region de Saint-Louis ou existent des apports mauritaniens. Au nord de la presqu’ile du Cap Vert et au Sud de la Gambie, le Continental terminal constitue la source principale. Sur la ‘Petite Cote’, le materiel provient surtout du Maastrichtien du Massif de Ndiass. Les formations volcaniques du Cap Vert et les anciennes cuirasses ferrallitiques ont un role mineur ou negligeable. Les ‘ilmenites’ ont Bte concentrees par le jeu de cycles sedimentaires successifs, la transgression nouakchottienne ayant joue un role majeur. Une partie significative des ‘ilmenites’ du Continental terminal du Sud du Bassin senegalais est issue de roches metamorphiques a caractere basique; elles derivent probablement de la chaine des Mauritanides. Dans le Nord du bassin, le cortege contient egalement des ‘ilmenites’ vraisemblablement issues de roches magmatiques intermediaires a acides. Les unites panafricaines de la bordure NW de la chaine des Mauritanides et la dorsale Reguibat sont deux sources possibles. Les ‘ilmenites’ du Maastrichtien apparaissent heritees des formations paleozoi’ques. o 1999 Elsevier Science Limited. All rights reserved.

ABSTRACT-Iron-titanium rich grains (‘ilmenites’ to a various degree of weathering) occuring along the coast line of Senegal and deriving from various parent units are characterized from their size, texture, magnetic and geochemical properties. Both the corresponding data and their multivariate analysis lead to the conclusion that the ‘ilmenite’ grains derive from various sources, mainly local ones, except in the area of Saint-Louis where occur more distal grains from Mauritania. In the North of Cap Vert and in the South of Gambia, the ‘Continental Terminal’ formation represents the main source of the ‘ilmenite’ grains. Along the ‘Petite Cote’, ‘ilmenites’ derive mainly from the Maastrichtian formations of the ‘Massif de Ndiass’. Volcanic formation of the Cap Vert area does not represent a major source, except in the area of the extremity of the peninsula. The old ferricretes do not significantly contribute to the recent accumulation. The ‘ilmenites’ concentration along the beach line is controlled by the different sedimentary cycles; the nouakchottian transgression beeing probably the most important event. In the Senegalese basin, a significant amount of the ‘ilmenites’ originated from the ‘Continental Terminal’ formation appears to derive from basic metamorphic rocks of the Mauritanide orogen. In the northern part of the basin, ‘ilmenite’ assemblage contains grains suggesting intermediate to acidic magmatic parental rocks. The talc-alkaline igneous complex from the structural units emplaced in the late Paleozoic on the NW margin of the Mauritanide orogen, and the Reguibat uplift, are two possible sources. The ‘ilmenite’ association found in the Maastrichtian formation probably derives from various Paleozoic formations but its primary origin can not be deciphered. @ 1999 Elsevier Science Limited. All rights reserved.

(Received 1219196: revised version received 12/3/98: accepted 1913198) *email: [email protected]

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J. ALLOW et al.

ABRIDGED ENGLISH VERSION

Detrital Fe-Ti-rich grains (‘ilmenites’) occur along the coast line of Senegal (West Africa) and, in places, their concentration is sufficiently high to give rise to placers (Fig. 1).

The Senegalese coast line corresponds to the western border of the Senegal-Mauritania Basin. Three morphostructural units limit this basin: the Archaean-Palaeoproterozoic Reguibat Shield in the north; the Pan-African Mauritanide Orogen in the east and its extension (Bassarides) in the south- east; and the Palaeozoic Bove Basin in the south (Fig. 2). In the Senegalese part of the basin, the older sediments are probably of Jurassic age. The Mesozoic sediments are siliciclastic in the East of the basin but made up of limestones and shales in its western part. Towards the end of the Creta- ceous, the terrigenous elastic sediments invaded the western part of the basin. After an episode characterised by the importance of the chemical sedimentation, the Cenozoic sedimentation became again siliciclastic. The Oligo-Miocene terrigenous marine sediments were subjected to a severe Mio- Pliocene continental alteration; these deposits constitute the ‘Continental terminal’ formation. Along the littoral zone, the substrate outcrops only in the ‘Horst de Ndiass’. Quartz-siltites of Maastrich- tian age constitute the main part of this structure. Besides, the head of Cap Vert peninsula is made up of Neogene and Quaternary volcanic rocks: basan- ites, hawai’tes, dolerites and pyroclastic deposits. Other littoral formations consist of Quaternary red, yellow and white sand dunes and in Pliocene to Quaternary ferricretes (Table 1, Fig. 3).

The Ti/Ti +Fe ratio of the ‘ilmenites’ concen- trated in the sands of the coast line is variable and, in fact, the assemblages correspond to a mineralogical spectrum between a ferri-ilmenite or ilmenite + pseudorutile end-member and a pseudorutile + rutile end-member (Table 3, Fig. 10). Their origin was the subject to numerous hypotheses by earlier workers. With the view to clarify this problem, the ‘ilmenites’ of each geographic area (province) of the Senegalese littoral zone and the possible source terranes were analysed with respect to their size, texture, magnetic and geochemical characteristics (Figs 4 to IO). In particular, the ‘ilmenite’ assemblages were distinguished on the basis of their TiO,, MgO, MnO, A&O,, V,O, and Cr,O, contents determined by electron microprobe analysis. Statistical and graphical analyses of the geochemical data give prominence to four types of assemblages: MnO, MgO-MnO, mixed and 0, and point to affinities between samples (Table 4, Figs 1 I, 12 and 13).

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Alone, geochemical data do not permit the specification of the source terranes of the ‘ilmenites’ of all the provinces but, taken together with the sedimentological and, especially, mineralogical data, they constitute relevant provenance indicators.

In the area of Saint-Louis (MnO assemblage), the main part of ‘ilmenites’ came from Mauritania, but their origin is still uncertain. North of the Cap Vert peninsula (mixed assemblage) and in Casa- mance (MgO-MnO assemblage), the ‘Continental terminal’ formation is the main source. Along the ‘Petite tote’ and in the Sine Saloum Delta (mixed assemblage), the main source corresponds to fine sands of the Maastrichtian formation of the ‘Massif de Ndiass’. Volcanic rocks of the Cap Vert peninsula (0 assemblage) do not represent a major source, except for the beaches of the extremity of the peninsula. Very poor in ‘ilmenites’, the Plio- Pleistocene and Pleistocene ferricrusts have never been significant contributors.

Textural and geochemical data were also used as signatures of parental rocks. In particular, contents of TiO,, MgO, MnO and AI,O, were compared with that of ilmenites from acidic and basic magmatic rocks and of various metamorphic rocks (Fig. 14). In the Senegal Basin, a significant amount of the ‘ilmenites’ originated from the ‘Continental terminal’ formation and appear to have been derived from basic metamorphic rocks of the Mauritanide Orogen. In the northern part of the basin, the ‘ilmenite’ assemblages contain grains suggesting intermediate to acidic magmatic parental rocks. The talc-alkaline igneous complex from the structural units emplaced in the Late Palaeozoic on the northwest margin of the Mauritanide Orogen, and the Reguibat Shield, are two possible sources. The ‘ilmenite’ association found in the Maastrichtian deposits probably derives from various Palaeozoic formations, but its primary origin can not be deciphered.

The concentration of ‘ilmenites’ along the coast line was controlled by different sedimentary cycles. The Nouakchottian transgression (18,000-20,000 BP) following the great Ogolian regression appears to have been the most important event. It was responsible for the formation of mineralised lenses in the offshore bars built from the reworked material deposited on the continental shelf during the Ogolian episode. The aeolian reworking of the bars during the next regression generated the weakly mineralised ‘Yellow dunes’. Finally, the partial erosion of the Nouakchottian sea-terraces during the last transgression (the oldest of which is dated from about 2,000 BP) caused the final concentrations.

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Les minbraux ferrotitanbs du littoral s&kgalais

INTRODUCTION

Le littoral senegalais correspond 8 la facade SW du Bassin senegalo-mauritanien. Les depots de ‘sables noirs’, reconnus depuis 1908 (Legoux et Faucheux, 19351, ont don& lieu a une exploitation artisanale ou semi industrielle de 1923 a 1964 (Niang, 1991 I. Les gisements sont constitues d”il- m&rite’-en fait un melange de mineraux ferro- titan& contenant une part variable de composes cryptocristallins a paracristallins (Bolfa et a/. , 1961; Dumon, 1977, 1981 )-associee a du zircon et une petite quantite de rutile (Legoux et Faucheux, 1935; Hebrard, 1955; Sustrac et al., 1984-l 985; Niang, 1991).

Le littoral senegalais peut Qtre subdivise en quatre zones geographiques (Fig. 1):

il la zone nord Dakar va de Saint-Louis du Senegal au village de Yof sit& sur la c&e nord de la presqu’ile du Cap Vert;

ii) la zone Cap Vert correspond a la plate-forme d’abrasion qui entoure la t&e rocheuse de la presqu’ile, depuis Yof jusqu’a la baie de Hann (ou de Rufisque), a I’ENE de Dakar;

iii) la zone centrale va de la Baie de Hann jusqu’a I’estuaire de la Gambie; elle comprend la ‘Petite Cote’ proprement dite et le ‘Delta’ du Saloum;

iv) la zone sud s’etend sur tout le littoral casamancais, depuis la frontiere de la Gambie jusqu’a celle de la Guinee Bissau.

A ce decoupage geographique correspondent des differences portant sur la nature du gisement et I’importance des concentrations (Horn et al., 1975; Dumon, 1977, 1981; Sustrac et al., 1984- 1985; Niang, 1991).

Dans la zone nord Dakar et, plus precisement, au nord du Canyon de Kayar (Fig. 11, les miner- alisations sont surtout liees aux depots eoliens semi-fixes (Dunes jaunes) appartenant au systeme de dunes littorales. Les concentrations sont Bten- dues mais minces et de faible teneur (3% en moyenne). Toutefois, un gisement d’origine marine existe a Mboro, a I’embouchure d’une ancienne lagune. Au contraire, au sud du canyon de Kayar, les sables littoraux sont pratiquement depourvus de mineraux ferrotitanes.

Sur les totes nord et ouest de la presqu’ile du Cap Vert, les plages sableuses ont une extension trbs limitee et les concentrations en mineraux lourds sont generalement tres modestes.

Sur la ‘Petite Cote’, les placers sont nombreux et d’origine marine. II s’agit de lentilles de quelques metres de developpement vertical, longues de 100 m a 1 km et recouvertes par une epaisseur variable de sables plus ou moins steriles. Les teneurs moyennes sont comprises entre 9% et 30%, les

valeurs les plus elevees se situant dans la partie sud de la ‘Petite C&e’. Ces placers sont intime- ment associes au cordon littoral situe en arriere de la haute plage, aux depots d’anciennes ter- rasses marines ou encore resultent de conditions particulieres (f&he evolutive par exemple). Toute- fois, bien que des lits discontinus d’epaisseur pluricentimetrique existent dans la haute plage du Cap Rouge et du Cap de Naze, le littoral du massif de Ndiass, horde par une falaise de Maastrichtien ou de Paleocene, est moins propice aux con- centrations.

En Casamance, les reserves sont plus limitees mais les caracteristiques geometriques et les teneurs moyennes sont voisines de celles des gisements de la ‘Petite Cote’. Les placers sont egalement d’origine marine.

La source des mineraux lourds du littoral sene- galais et, notamment, des ‘ilmenites’ fait encore I’objet de plusieurs hypotheses.

La plus ancienne (Legoux et Faucheux, 1935) envisage des apports lointains transitant par le plateau continental. Reprise ulterieurement (Bolfa et a/., 1961; Tricart, 19611, elle implique que les sources soient probablement mauritaniennes (Tricart, 1961). Cependant, d’apres Michel (I 9731, les mineraux pourraient etre issus du haut-bassin senegalais, leur distribution &ant assuree par la derive littorale N-S. Ces deux versions de I’hypo- these ‘source lointaine’ ne sont d’ailleurs pas incompatibles puisque le tours inferieur du fleuve Senegal se dirigeait probablement vers le NW, et non pas vers Saint-Louis, durant le Pliocene et une grande partie du Pleistocene (Michel, 1973).

Au contraire, Dumon (1977, 1981) propose un approvisionnement a partir de ‘sources locales’ car les prospections sur le plateau continental au large de la partie nord de la ‘Petite Cote’ n’ont revele que des stocks tres limit& d”ilmenites’. Selon Iui, ce sont probablement les areno-siltits et silto-arenits maastrichtiennes du massif de Ndiass qui ont vraisemblablement fourni I’essentiel du materiel des placers de la ‘Petite Cote’. Cet auteur suggere, en outre, que les cuirasses lateritiques ont pu concentrer du titane lors de leur formation et participer ainsi a I’approvisionnement des concentrations littorales; il considere egalement comme possible une contribution, au moins limitee geographiquement, des ilmenites issues des formations volcaniques du Cap Vert.

La validite des hypotheses proposees peut Btre testee par l’etude sedimentologique, mineralogique et geochimique des oxydes ferrotitanes de differ- ents sites repartis sur I’ensemble du littoral set-& galais. En effet, presentes aussi bien dans les

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J. ALLOUC et al.

OCEAN ATLANTIQUE

I 16” W

I MAURITANIE

Canyon de

Kay a% oro - Dunes Jaunes

Massif de Ndiass

OCEAN ATLANTIQUE

@3 Limite orientale du Bassin sinhgalo-mauritanien

O- DCp6ts de miniraux lourds A Prilivements sur Ie littoral

+ Prilivements dans Ies Dunes Rouges

?? Prblivements dans le Continent terminal du Sini Saloum

0 25 50 km

RICHARD TOLL

16” N-

FERLO,

SENEGAL

DIOGE

SINE SALOUM

\ JOAL Ndangane c I I.

Fata

“Delta” du Saloom

BIE

b(. t

Nlafurang

CASAMANCE

nce FI.

/- rousse I - - _ _ _ ~ R y A

GUINEE

Figure 1. Carte simplifi&e du littoral s&Ggelais et localisation des 6chantillons. Figure 1. Sketch map of the coastal area of Senegal and position of the studied samples. The thick typed line refers to the occurrence of mineralised sands along the shore (placers). A: sampling stations on the beaches and in littoral dunes; *: sampling stations in the ‘Red dunes’ formation; ??: sampling stations in the ‘Continental Terminal’ formation ISin&Saloum area).

roches mdtamorphiques que dans les roches ignees, ont pris naissance (Darby, 1984; Darby and Tsang, facilement isolkes des autres minhraux, les ilmkn- 1986; Basu et Molinaroli, 1989, 1991; Grigsby, ites ont des caractkistiques texturales et gkochim- 1992; Schneiderman, 1995). De plus, elles gardent iques spkcifiques des roches dans lesquelles elles longtemps ces ‘signatures’ car les premieres &apes

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Les mir-haux ferrotitanks du littoral s&tSgalais

de I’alteration n’ont qu’un effet limit6 sur les teneurs en elements mineurs (Darby, 1984).

CADRE GEOLOGIQUE

Le Bassin senegalo-mauritanen IOU Bassin sene- galais) est limit6 par trois unites morphostruc- turales tres differentes: la dorsale Reguibat au Nord, la chaine des Mauritanides I’Est et au Sud- Est, le Bassin Bove au Sud (Fig. 2). La dorsale Reguibat correspond aux affleurements septen- trionaux du craton Ouest - africain; dans sa partie ouest, rapportee a I’Archeen superieur, elle est constituee principalement de roches metamor- phiques appartenant aux facies granulites ou a hornblendes (Lecorche et al., 1991) d’%ge prob- ablement Panafricain rajeuni. La chaine des Mauritanides est une structure tres complexe; le corps de la chaine resulte de I’orogenese pan- africaine et correspond 6 un empilement d’unites chevauchantes vers I’Est; les materiaux consti- tutifs sont plus ou moins metamorphises (facies schistes verts 8 amphibolites pour I’essentiel) et, le plus souvent, B affinite basique, voire ultra- basique. Toutefois, surtout au Nord du fleuve Senegal, la partie occidentale de la chaine corres- pond a des nappes tardives (Paleozoique superieur) formees de roches plutoniques et volcaniques calco-alcalines (Lecorche et a/., 1991). Affleurant sur une bonne partie de I’Ouest de la Guinee- Conakry et de la Guinee-Bissau, les sediments paleozolques du Bassin Bove surmontent, en discordance, la couverture prot&ozoTque super- ieure impliquee dans I’orogenese panafricaine, le prolongement sud de la chaine des Mauritanides et les depots molassiques associes. Le remplissage est de nature silicoclastique (rudites, arenites, siltites, argilites) Willeneuve et al., 1991). Au debut du Mbsozoi’que, ce bassin et ses abords orientaux ont ete inject& par de grandes quantites de dolerites (Bertrand et Villeneuve, 1989).

Dans la partie senegalaise du Bassin senegalo- mauritanien, les sediments les plus anciens sont probablement d’age jurassique. Tout au long du Mesozoi’que, les depots sont principalement constitues de calcaires et de shales du cot6 de la marge, tandis que les a&rites quartzeuses sont dominantes en direction du continent. Toutefois, vers la fin du C&ace, a la faveur d’une grande regression, les facies silicodetritiques envahissent I’ouest du bassin (cf. synthese in Dillon et Sougy, 1974; Sustrac et al., 1984-I 985; Bellion, 1987; Bertrand-Sarfati et al., 1991). Au Cenozoi’que, les oscillations du niveau marin relatif et les variations climatiques entrainent une plus grande diversification

,s’w MAROf

NOUAKCiiOm

/ MAURITANIE /

/ SENEGAL %i

‘” - 3 CONAK8

I’1 FREETOWN

0 300 km

Figure 2. Carte simplifiee des grandes unites morpho- structurales delimitant ie Bassin senegalo-mauritanien (d’apres Ldcorche et al., 199 1, legerement modifie). 1: Socle (formations anterieures a 1 BOO Ma); 2: couverture sedimentaire neoproterozoi’que-paleozoTque; 3: ceinture orogenique panafricaine; 4: nappes mises en place vers la fin du Paleozoique; 5: couverture sedimentaire m&ozoTque a actuelle. Figure 2. Map of a selected portion of West Africa showing the structural units and the possible source terrranes surrounding the Senegal-Mauritania Basin (from Lecorche et al., 19911. 1: Basement folder than 1800 Ma); 2: Neo- proterozoic-Palaeozoic sedimentary cover; 3: Pan-African belts; 4: Late Palaeozoic emplaced nappes; 5: Mesozoic to Present cover.

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J. ALLOUC et al.

des depots SW le precontinent, avec apparition de facies ‘chimiques’ (cf. synthese in Dillon et Sougy, 1974; Fig. 3). Les sediments marins detritiques oligo-miocenes, soumis a une forte alteration continentale du Miocene moyen au Pleistocene inferieur, forment les depots du ‘Continental terminal’; ceux-ci couvrent de vastes surfaces du territoire senegalais.

Sur le littoral, le substratum sedimentaire n’affleure qu’au Sud du Cap Vert (Horst de Ndiass). Les silto-arenits et areno-siltits maastrichtiennes forment I’essentiel de cette structure; elles sont entourees par des marnes et des calcaires d’bge paleocene a eocene.

Par ailleurs, la presqu’ile du Cap Vert s’appuie sur une t&e rocheuse qui resulte de manifestations volcaniques basiques neogenes et quaternaires. Le volcanisme tertiaire ne represente que des affleurements limit& de basanites, parfois doleri- tiques, de nephelinites et de tufs. Au contraire, le volcanisme quaternaire forme toute la partie ouest et nord-ouest de la presqu’ile. II s’agit de tufs, de stories et de coulees d’hawa’ites ou d’hawa’ites doleritiques (Lo, 1988; Crevola et a/., 1994).

Les autres formations du littoral senegalais sont plio-quaternaires ou quaternaires; elles sont associees a des changements climatiques et eus- tatiques majeurs (cf. syntheses in Michel, 1977; Horn et al., 1975; Sustrac et al., 1984-1985; Giresse et Barusseau, 1986). Les principales donnees lithologiques et stratigraphiques sont resumees dans la figure 3 et le tableau 1.

Les cuirasses lat&itiques II existe trois episodes de cuirassement (Nahon et Demoulin, 1971). Sur le massif de Ndiass, la cuirasse primaire pliocene repose sur le Maastrich- tien mais la plus recente formation geologique sur laquelle elle se soit developpee est le ‘Continental terminal’. A I’interieur du bassin, la cuirasse primaire recouvre des surfaces considerables; elle y est connue depuis la Casamance jusqu’au Ferlo. La cuirasse secondaire, greseuse a conglomeratique, visible en divers points du littoral de la presqu’ile du Cap Vert et de la ‘Petite Cote’, appartiendrait au Plio-Pleistocene ancien. La cuirasse jeune, formee a partir des produits de demantelement de la cuirasse secondaire, pourrait etre attribuee au Pleistocene moyen.

Les dunes rouges fixees ogoliennes (21 000 B 15 000 BP) Elles font partie d’un grand erg qui s’est mis en place entre les chaines atlasiques et le quatorzieme parallele lors d’une periode d’intense secheresse.

558 Journal of African Earth Sciences

Une baisse tres importante du niveau marin (peut- etre jusqu’a 120 m) permet a ces dunes de couvrir une grande partie du plateau continental jusqu’au Sud du massif de Ndiass (Michel, 1973; Sarnthein et al., 1982).

Les terrasses nouakchottiennes (6 800 a 4 200 BP) Elles marquent le maximum de la transgression qui a debut6 vers 10 000 BP (Michel, 1977; Giresse et Barusseau, 1986). Les sediments sablo- argileux correspondants envahissent les basses vallees du Senegal, du ‘Delta’ du Saloum, de la Gambie et de la Casamance, ainsi que les depres- sions interdunaires ou bien forment des depots limit& en divers points du littoral.

Les dunes littorales Les Dunes jaunes correspondent a un important cordon semi-fix6 parallele b la tote. Elles resultent du remaniement des cordons littoraux post- nouakchottiens durant une petite baisse du niveau marin. Leur faconnement a pu Qtre favorise par la mise en place de la derive littorale NS vers 3 000 BP (Niang, 1991). Comme les terrasses nouak- chottiennes, elles sont localement remaniees lors d’un petit retour transgressif date de 2 000 BP. Les Dunes blanches subactuelles, toujours actives, limitent le cordon littoral du tote de la mer, nota- mment entre Saint-Louis et Dakar.

PRELEVEMENTS ET METHODOLOGIE

La figure 1 donne la position des 21 sites echan- tillones; celui de Degou Niaye est sit& a 5 km en aval de Gandiol, le plus important village sit& a proximite. Le tableau 2 precise la nature des forma- tions etudiees et, pour le ‘Continental terminal’, la situation geographique. La region du Ferlo est ici prise au sens large, elle inclut son prolongement nature1 vers le Nord (region dite du ‘Fleuve’) qui correspond a la vallee du fleuve Senegal. Le substratum a 6te echantillonne sur affleurement (falaises cot&es du Cap Rouge et du Cap de Naze pour le Maastrichtien, versant de butte pour le Continental terminal du Ferlo) ou sur du materiel recueilli par sondage (Continental terminal du Sine- Saloum).

Les Bchantillons ont Bte d&carbonates a I’acide chlorhydrique normal, eventuellement deferruginids a I’acide oxalique, puis tamises 8 50 ou 63 pm, 125 pm, 250 pm, 500 pm et 1000 pm sur 500 g obtenus par quartage.

Apres separation au bromoforme, les mineraux lourds sont tries magnetiquement par un aimant de force 750 g pour la fraction ferromagnetique

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Les minbraux ferro titan& du littoral s&-Ggalais

Tableau 1. Lithologie et Bpaisseur des principales formations quaternaires et du ‘Continental terminal’ dans le Bassin s&t6galais (d’aprb Horn et a/., 1975, simplifi6). Table 1. Lithology and thickness of the main Quaternary formations overlying the ‘Continental terminal’ formation (simplified from Horn et a/., 1975)

Formation (interpr&tation) Lithologie Epaisseur Age Dunes blanches sables fins, dunes non quelques mbtres Sub-actuel

(oscillations autour du 0 actuel) fixhes, parall&les a la c&e Dunes jaunes sables fins, dunes semi- 0815m “Dunkerquien”

(petite &gression, puis transgression) fixbes, parall&les B la c&e 3oooa 2OOOBP Terrasses nouakchotiennes sables argileux consolid& 088m Nouakchottien (importante transgression) B coquilles ou bioclastes 6800 B 4200 BP

Dunes rouges sables fins, dunes fixees 0850m Ogolien (importante r6gression) de direction NE-SW 21000 B 15000 BP

Continental terminal sables argileux, argiles sableuses t&s variable, Oligoc&ne & PliocBne, alter& (depdts marins et continentaux ferrallitis6.s) et sables h&&om&riques 200 m maximum du Miocene moy. au

P&isto&ne inf. ;ur le continent, trois Episodes de cuirassement ferrallitique se succedent du Plio&ne au Pl&stoc&ne moyen

HOLOCENE 0.018

PLEISTOCENE 2 _

PLIOCENE

OLIGOCENE

I 38 -

PALEOCENE

LITTORAL ATLANTIQUE AFRIQUE DE L’OUEST CONTINENTALE

IMtN IHI IUN

DETRITIQUE I phosphates alumineux biasses ferruaineuses

CONTINENTAL TERMINAL g&s j kaolv?

phosphates aiumu?eux cutrasses ferrugineuses -

s@) Regression Mouvement negatif 00000000 Lacune ou discordance

(i Transgression ! Mouvement positif ,&& Volcanisme - Rivage

Evolution IatBritique (avec maximum) Sedimentation detritique

Figure 3. Schema interprktatif des principaux Bv&nements tertiaires et quaternaires affectant le Bassin sb+galo-mauritanien Id’apr&s Dillon et Sougy, 1974, simplifib). Figure 3. interpretative summary of the main Tertiary and Quaternary events in the Senegal-Mauritania Basin fsimplied from Dillon and Sougy, 19741.

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J. ALLOUC et al.

Tableau 2: Provenance des echantillons et analyses effect&es (x1 Table 2. Origin of the studied samples and performed analyses (x1

Secteur ou Site Granulometrie Analyse a I:

Type ou domaine Ref. et separation Separation microsonde formation de depot bromoforme magnetique de Castainc

!one nord Dakar

:ap Vert

Petite C&e”

Delta” du Saloum

iasamance

rlaastrichtien

iontinental terminal Ferlo

Sine Saloum

lunes rouges

leuve Senegal

Degou Niaye Dunes jaunes remaniees Mboro (3) Dunes jaunes Mboro Haut de plage

Tefassa Haut de plage

Bargny Lentille mineralisee en limite superieure du haut de plage

Toubab Dialaw (2)

Cap Rouge

Haut de plage

Lentille mineralisee en limite superieure du haut de plage

Nianing

Fata

Haut de plage

Lentille mineralisee en limite superieure du haut de plage

Ndangane Marlodj Bordure de chenal (“bolon”)

Niafurang

Kabrousse

Haut de plage

Lentille mineralisee en limite superieure du haut de plage

Cap Rouge, Cape de Naze (4)

Substratum

SW Bogue (3) Kaffrine, Koungheul (5)

Substratum Substratum

SE St Louis, E Mboro

Dunes fixees

Podor, Richard Toll (2) Levees

Nl N2 N3

PI

P2

P3

P4

P5

DS

Cl

c2

MA

CF cs

DR

SE

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X xl X xl X

X xl

X xl

xl

xl

xl

xl

xl

xl xl

x2

X X xl leuve Gambie Mako (2) Lit mineur GA X X x2

Colonne site: le nombre de prelevements est indique entre parentheses s’il est superieur 8 1. Colonne analyse a la microsonde de Castaing: xl : elements majeurs et elements mineurs analyses; x2: elements majeurs analyses. Site column: when greater than one, the number of samples from the same site is given between brackets. Castaing’ s microprobe analysis column: xl : major and minor elements analysed; x2: major elements only.

et par un separateur Blectromagnetique de Frantz Les lots 0,l A 6 0,3 A sont ensuite melanges pour la fraction paramagnetique. Les intensites pour preparer les sections polies sur lesquelles utilisees sont de 0,l A, 0,2 A et 0,3 A; les sont effect&s les examens au microscope miner- inclinaisons longitudinale et laterale de la reglette alographique et les analyses 6 la microsonde de de defilement des mineraux sont de 15O. Castaing (CAMECA type CAMEBAX MBX pour

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Les minbraux ferrotitanb du littoral s&&galais

Fe et Ti, CAMECA type SX 50 pour Fe, Ti, Mg, Mn, Al, V, Cr). Des analyses complementaires (Ca, Ni, Si, Nb, Zr, Zn) ont 6te realisees sur certains lots mais les teneurs &ant tres proches du seuil de detection de la microsonde, ces elements n’ont pas 6th systematiquement doses.

Les transects analytiques sont effect&s selon des lignes s&antes prises au hasard en sautant un grain sur deux, sauf pour les dchantillons ou les effectifs sont faibles. Le nombre de grains analyses est generalement de 50 au minimum par section polie.

L’analyse statistique des donnees a 6te realisee en utilisant les differents modules de la version 2.1 de Statlab’“.

En raison du caractere occasionnel des grains ferrotitanes dans les cuirasses ferrallitiques, leur recherche et leur analyse ont ete effect&es direc- tement sur sections et lames minces polies de roches (echantillons provenant du massif de Ndiass (Cap Rouge et Cap de Naze) et de divers sites de la ‘Petite Cote’).

DESCRIPTION ET CARACTERISATION Granulom6trie et morphoscopie GranulomB trie du ‘tout venan t ’ La figure 4 donne les frequences simples pour les intervalles 63-l 25 pm (sables tres fins), 125-250 pm (sables fins), 250-500 pm (sables moyens) et 500-I 000 pm (sables grossiers).

Pour la zone nord Dakar (Nl, N2, N3), les lentilles mineralisees de la ‘Petite C&e (Pl, P2, P3, P4), le ‘Delta’ du Saloum (DS) et la Casamance (Cl, C2), les fractions 125-250 pm et 250-500 pm representent la presque totalite du materiel; la premiere est dominante, tandis que la seconde est subordonnee. Le mode dans les sables fins est particulierement marque pour les Dunes jaunes de la zone nord Dakar et I’ancien cordon littoral du ‘Delta’ du Saloum. Pour les prelevements effect&s sur les hauts de plage de la ‘Petite CBte’ et de la tote W du Cap Vert (CV: plage de Tefassa), les sables moyens deviennent prepon- d&ants et les sables fins subordonnes. Pour la plage de Tefassa, cette permutation des modes est due a la presence de nombreux lithoclastes volcaniques, tandis que sur la ‘Petite Cote’, c’est le materiel quartzeux qui est responsable de la derive granulometrique.

Bien que le classement y soit un peu moins bon que dans les Dunes jaunes, la fraction 125-250 pm reste largement preponderante dans les Dunes rouges ogoliennes (DR). Au contraire, le Maastrich- tien (MA) correspond sensiblement a des sables

t&s fins, tandis que le materiel du ‘Continental terminal’ (CF, CS) est un melange relativement mal class6 de sables tres fins a moyens. Pour leur part, &ant don& la variabilite probable du materiel, les spectres granulometriques des prelbvements dans les alluvions subactuelles du tours inferieur du Senegal (SE) et du tours moyen de la Gambie (GA) n’ont qu’une valeur ponctuelle; ils n’ont 6te figures que pour mieux caracteriser la distribution de la fraction lourde par rapport au ‘tout venant’.

GranulomBtrie de la fraction lourde La fraction lourde des concentrations littorales se situe majoritairement dans les intervalles 63-l 25 pm ou 125-250 pm selon les formations h&es (Fig. 4).

Dans les Dunes jaunes de la zone nord Dakar (N2), presque tout le materiel lourd appartient a la fraction 63-l 25 pm. Quoique de maniere beau- coup moins nette, la tendance est la meme pour les hauts de plage. En revanche, la fraction 125- 250 pm devient largement majoritaire dans toutes les lentilles mineralisees, quelle que soit la zone de prelevement, et les depots de la plage de Tefassa (CV) aliment& par les formations volcani- ques du Cap Vert.

En ce qui concerne le ‘Continental terminal’, les Dunes rouges et les alluvions du Senegal et de la Gambie, les mineraux lourds figurent principale- ment dans la fraction 63-125 pm. Ils representent des frequences de I’ordre de 2% au maximum, sauf dans les alluvions de la Gambie (GA) oti ils atteignent 5-6% a Mako. A l’inverse, la fraction lourde du Maastrichtien (MA) accuse un leger maximum (1 a 3%) dans I’intervalle 125-250 pm.

Le pourcentage de grains ferrotitanes dans les cuirasses est extremement faible. Les quelques individus observes ont des tailles comprises entre 63 pm et 250 pm.

Morphoscopie des minbraux lourds Sauf celles de la plage de Tefassa (Cap Vert), plutot allongees, les ‘ilmenites’ des differents sites ont une sphericite moyenne a bonne. Pour autant, I’arrondi est assez variable avec, generalement, une diminution de celui-ci dans la fraction 63-l 25 pm. Sur I’ensemble de la population, les grains sont subarrondis a subanguleux a Degou Niaye et dans les Dunes jaunes de Mboro mais arrondis dans les placers de la ‘Petite Cote’ (Fig. 5). Dans le ‘Delta’ du Saloum il existe, de plus, une petite proportion de grains subanguleux. En Casamance, ces derniers deviennent nettement plus nombreux.

En ce qui concerne les sources possibles, les ‘ilmknites’ sont anguleuses 5 t&s anguleuses dans

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Figure 4. Pourcentage ponderal des differentes fractions granulometriques du ‘tout venant’ d&carbonate et teneur en mineraux lourds de chacune d’elle. Trait plein: ‘tout venant’ d&carbonate, tiretess: minaraux lourds. 1: 63- 125 ,rnn; 2: 125250 _run; 3: 250-500 ,rnn; 4: 500- 1000 urn. Pour la clarte de la figure, de MA a GA, les teneurs en mineraux lourds sont multipliees par 10. Pour la signification des references, voir le tableau 2. Figure 4. Granulometric curves of carbonate free ‘rough sands’ (full line) and heavy mineral content (dashed line) in each granulometric fraction. 1: 63- 125 ,rnn; 2: 125-250,um; 3: 250500 ,um; 4: 500- 1000 w. For samples MA to GA, the heavy mineral contents are increased by a factor of 10. For sample localities see Table 2.

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Les min&aux ferrotitanh du littoral sh?galais

8 L 150pm 1

Figure 5. Aspect au microscope mineralographique des grains ferrotitanb de I’echantillon P3 [‘Petite Cote’, Cap Rouge). Les grains, arrondis a tres arrondis, sont principalement isotropes. Barre d’echelle: 200 q. Figure 5. Photomicrograph of Fe-Ti-rich grains of sample P3 (‘Petite Cote’, Cap Rouge). Grains are rounded to well-rounded and mainly isotropic. Scale bar: 200 ,rnn. Figure 6. Aspect au microscope mineralographique des grains ferrotitanes de I’echantillon CF (Continental terminal du Ferlolol. Les grains, souvent subanguleux, parfois anguleux, montrent de nombreux indices de corrosion. Les individus sont generalement isotropes. Barre d’echelle: 150 ,um. Figure 6. Photomicrograph of Fe-Ti-rich grains of sample CF (‘Continental Terminal’ formation, Sine-Salouml. Grains are often subangular, sometimes angular. They are generally isotropic but show numerous weathering features. Scale bar: 150 ,um. Figure 7. llmenite h ydratee a alteration en ilots. Echantillon P3 (‘Petite C&e: Cap Rouge). Barre d’echelle: 100 m. Figure 7. Hydrated ilmenite with spotted weathering features. Sample P3 (‘Petite C&e: Cap Rouge). Scale bar: 100 p. Figure 8. Grain a lamelles d’exsolution suivant (0001). Echantillon N 7 (N. Dakar, Degou Niaye). Barre d’echelle: 150 .um. Figure 8. llmenite grain showing exsolution lamellae along {000 I). Sample N 1 IN. Dakar, Degou Nia ye). Scale bar: 150 @.

les materiaux volcaniques de la plage de Tefassa, subarrondies 8 arrondies dans le Maastrichtien, subanguleuses a anguleuses dans le ‘Continental terminal’ du Ferlo et du Sine-Saloum (Fig. 61, sub- anguleuses dans les Dunes Rouges. Enfin, pour les alluvions du Senegal et de la Gambie, les morphologies sont variables, avec une leg&e dominance des formes subanguleuses.

Les quelques grains extraits des cuirasses ferrallitiques sont subarrondis a subanguleux ou subanguleux mais les observations sont trop limitees pour donner une appreciation g&-r&ale.

Les mineraux lourds ‘transparents’ n’ont pas donne lieu 8 une etude systematique. Seuls les

zircons ont 6th examines plus en detail. Dans les placers comme dans le Maastrichtien et le ‘Contin- ental terminal’, la plupart des individus ont des formes peu allongees mais non trapues. Comme I’avaient constate Legoux et Faucheux (19351, les angles et les aretes sont presque toujours emousses.

Texture Les grains sont le plus souvent blanc grisatre et isotropes en lumiere reflechie avec, eventuelle- ment, un debut d/alteration de type leucoxene sur leur bordure ou le long des petites fissures. Lorsque le stade d’alteration est plus avance, les examens

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J. ALLOLJC et al.

en lumiere polarisee analysee montrent des plages diffuses b pouvoir reflecteur variable ou de nombreux petits vesicules allonges et plus ou moins align&s (Fig. 7). Quelques individus, entierement transform& en leucoxene, sont identifiables par I’existence de reflexions internes rougeatres. Ces observations sont identiques a celles effect&es par Bolfa et a/. (1961).

Seul l’echantillon Degou Niaye a un nombre significatif de grains de ferri-ilmenite contenant des lamelles d’hematite; elles correspondent probablement 8 des plans (0001) (Fig. 8). II s’agit d’une texture d’exsolution ou de syncroissance (Haggerty, 1991 a; Schneiderman, 1995).

Les ‘ilmenites’ des roches volcaniques du Cap Vert presentent egalement peu de figures d’exsolu- tion/syncroissance. Neanmoins, beaucoup de grains montrent des alignements de petits pores qui peuvent 6tre interpret& comme des figures de dissolution d’une phase preexistante, prob- ablement hematitique (Dimanche et Bartholome, 1976; Darby et Tsang, 1986).

Les mineraux ferrotitanes du Maastrichtien, du ‘Continental terminal’, des Dunes rouges et des cuirasses ont sensiblement les memes caracteris- tiques que les mineraux des concentrations littorales. Les alluvions du Senegal et, surtout, de la Gambie, contiennent davantage d’individus a lamelles hematitiques parallbles mais ceux-ci restent neanmoins peu frequents. Dans les allu- vions de la Gambie, il existe dgalement des grains ou la phase ‘ilmenite’ est concentree dans de fines lamelles a disposition octaedrique (texture en ‘treillis’; cf. Schneiderman, 1995; Fig. 4). Les grains-hates ont souvent un deficit important en Ti (Dimanche et Bartholome, 1976; Schneider- man, 1995). Dans les cuirasses, les quelques grains presents sont isotropes.

Susceptibilith magnhtique La figure 9 montre que la phase -0,3 A (non attirable a 0,3 A) est toujours largement majoritaire (sauf dans la fraction 63-125 pm des alluvions actuelles de la Gambie [GA]) et croit avec la granulometrie. Au contraire, les populations attira- bles a 0,2 A (+0,2 A) ou 0,3 A (+0,3 A) sont toutes deux subordonnees et decroissent avec la tailfe des grains; elles restent generalement proches I’une de I’autre. La part des mineraux ferrimagnetiques reste le plus souvent tres faible; seule la fraction 125-250 pm des Dunes jaunes de Mboro (N2) et de la plage de Tefassa (CV) en contient environ 10%.

La distribution des differentes phases paramag- netiques en fonction de la granulometrie semble

564 Journal of African Earth Sciences

egalement dependre de la formation hate; I’allure de la courbe relative a la phase -0,3 A est particu- lierement discriminante. Dans les Dunes jaunes d’origine Bolienne (N2), la teneur en grains non attirables a 0,3 A varie 8 peu pres regulierement entre les fractions tres fine et moyenne. Pour les hauts de plage de la ‘Petite C&e’ (P2 et P4), I’accroissement de la phase -0,3 A est bien marque dans les sables moyens. Les lentilles mineralisees (Pl et P3) sont pour leur part caracterisees par un minimum dans I’intervalle 125-250 pm. Cette diminution de I’ordre de 10% est due au cumul de petites augmentations portant a la fois sur les mineraux ferrimagnetiques et les populations + 0,2 Aet +0,3A.

Se superposant a ces tendances g&&ales, il existe Bgalement des variations liees a la proven- ance geographique des dchantillons (cf, Fig. 3).

il Zone nord Dakar (Nl et N2): la phase -0,3 A de I’intervalle 63-125 pm est inferieure a 50%; elle croit regulierement avec la granulometrie mais ne depasse pas 70%. Les populations + 0,2 A et + 0,3 A de la fraction 125-250 pm sont respectivement &gales a 20% et 30% et chutent toutes deux vers 10% environ pour I’intervalle 250-500 pm;

iii Cap Vert KY/): la fraction 63-l 25 pm renferme plus de 60% de grains non attirables a 0,3 A, tandis que, pour I’intervalle 250-500 pm, ces derniers representent plus de 80%. Les phases +0,2 A et +0,3 A sont peu fournies et repre- sentent a peine plus que la phase ferrimagnetique dans les fractions 125-250 pm et 250-500 pm;

iii) ‘Petite CBte’ (Pl , P3 et P4): les fractions 63- 125 pm et 125-250 pm contiennent entre 55% et 70% de grains lourds non attirables a 0,3 A et 10 a 20% environ de grains lourds attirables a 0,2 A et 0,3 A, ces derniers Btant legerement plus abondants. Dans I’intervalle 250-500 pm, la population -0,3 A avoisine 80%;

iv) ‘Delta’ du Saloum (DS): les caracteristiques sont voisines de celles des dchantillons de la ‘Petite C&e’;

v) Casamance (Cl et C2): la phase -0,3 A est comprise entre 50 et 60% dans les fractions 63- 125 pm et 125-250 pm, tandis que les populations +0,2 A et +0,3 A y representent entre 15 a 27%. Comme precedemment, le rapport pond&al des phases +0,2 A et +0,3 A est legerement superieur 8 I’unite. Dans I’intervalle 250-500 pm, 75 % environ des grains lourds ne sont pas attirables a 0,3 A.

La ‘signature magnetique’ des assemblages de mineraux lourds permet done de differencier quatre zones et de rattacher le prelbvement du ‘Delta’ du Saloum avec ceux de la ‘Petite C&e’.

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Figure 9. Distribution de la fraction ferrimagnetique et des differentes fractions paramagnetiques du cortege de mineraux lourds en fonction des classes dimensionnelles 63- 125 ,rnn I II, 125250 ,om 12J et 250500 F 13). a: fraction ferrimagnetique; b: fraction paramagnetique attirable a 0,2 A; c: fraction paramagnetique attirable a 0,3 A; d: fraction paramagnetique non attirable a 0,3 A et fraction diamagnetique. Pour I’echantillon C2: LM: lentille mineralisee; HP: haut de plage. Pour la signification de C2 et des autres references, voir le tableau 2. Figure 9. Granulometric distribution of the ferrimagnetic and various paramagnetic fractions constituting the heavy minerals assemblage. Various samples of 15 areas. 1: 63- 125 p; 2: 125-250 ,um; 3: 250-500 ,rrn. a: ferrimagnetique fraction; b: paramagnetic fraction attracted at 0.2 A; c: paramagnetic fraction attracted at 0.3 A; d: paramagnetic fraction not attracted at 0.3 A and diamagnetic fraction. For the sample C2, LM: mineralised lenticular sand body (placer); HP: sand from the backshore. For sample localities see Table 2.

Journal of African Earth Sciences 565

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J. ALLOUC et al.

Par ailleurs, certaines de ces ‘signatures’ se retrouvent dans les formations susceptibles d’etre la source des mineraux ferrotitanes.

Le diagramme granulometrie-susceptibilite magne- tique de l’echantillon preleve dans le Maastrichtien (MA) est voisin de celui des lentilles et sables min- eralises de la ‘Petite CBte’ et du ‘Delta’ du Saloum.

Dans les fractions tres fine et fine, les dia- grammes du Continental terminal du Ferlo (CF) et du Sine-Saloum (CS), ainsi que celui des Dunes rouges (DRI, presentent des affinites avec ceux de la zone nord Dakar et de Casamance.

En ce qui concerne les alluvions du Senegal (SE), il y a trop peu d’informations pour conclure, tandis que pour celles de la Gambie (GA), aucune analogie avec des depots littoraux n’apparait clairement.

Mineralogie La susceptibilite magnetique des differentes popu- lations du cortege de mineraux lourds depend a la fois de leur composition mineralogique et du degre d’alteration de ces mineraux, ce dernier parametre &ant particulierement sensible pour les ilmenites (Bolfa et a/., 1961; Grey et Reid, 1974, 1975).

Mirkraux lourds associbs aux ‘ilmknites’ Que ce soit dans la zone nord Dakar, sur la ‘Petite C&e’, dans le ‘Delta’ du Saloum ou en Casamance, il existe une quantite notable de zircon a c&e des grains d”ilmenite’. Selon Legoux et Faucheux (19351, le rapport pond&al zircon/ilmenite de la fraction loo-210 pm est voisin de 0,2 sur la ‘Petite CBte’ et en Casamance avec des maxima locaux (0,4 pres de Bargny par exemple). Les zircons sont plus particulierement abondants dans I’inter- valle 63-l 25 pm. Les autres mineraux sont tres accessoires mais on notera cependant la presence

d’un peu plus de tourmaline dans les prelevements de la zone nord Dakar et de Casamance, I’apparition d’augite dans les sables de plage du Cap Vert et de Casamance, ainsi que I’ubiquite de la staurotide.

Pour le Maastrichtien, le Continental terminal et les depots quaternaires (Dunes rouges et alluvions subactuelles du Senegal et de la Gambie), le zircon est plus abondant (rapport pond&al zirconlilmenite compris entre 0,3 et 0,5 selon les estimations) et les corteges sont moins oligospecifiques. Bien que toujours accessoires, rutile, staurotide et, surtout, tourmaline y prennent une place non negligeable. Pour sa part, I’augite est assez bien representee dans les depots alluviaux du lit mineur de la Gambie.

L’association des Dunes rouges ogoliennes est voisine de celle des terrasses nouakchottiennes (Michel, 1973).

II existe Bgalement de modestes enrichissements locaux de mineraux lourds dans les sediments de surface du plateau continental, tant au Nord du Cap Vert (Horn eta/., 19751, qu’au Sud (Dumon, 1977). Ils sont probablement lies a des cordons littoraux ennoyes. Selon Horn et al. (1975): ‘Les mineraux lourds forment un cortege fourni, caracterise par I’association: ilmenite, zircon, rutile, staurotide, tourmaline, epidote, leucoxene, magnetite, auxquels s’ajoutent accessoirement: disthene, anatase, grenat, andalousite; monazite et pyrite ne sont que sporadiquement representees. Au Sud de Dakar, toutefois, le pyroxene et les amphiboles sont plus abondants que dans la zone Nord’.

II est cependant difficile d’identifier les forma- tions parentales par le biais de ces assemblages. Lors du depot des concentres, les differences de comportement hydraulique en fonction de la densite ont certainement profondement modifie la compo- sition du cortege originel.

Tableau 3. Correspondance entre le rapport Ti/(Ti + Fe), TiO,%, le stade d’alteration et les phases mineralogiques presentes (d’apres Frost et al., 1983) Table 3. Classification of Fe-Ti-rich grains as functions of the Ti/(Ti + Fe) ratio, the TiO, content, the weathering stage and the mineralogical species (after Frost et al., 1983)

Ti/(Fe +Ti) TiOz % Stade d’alteration Phases presentes

< 0,5 > 52-53 ferri-ilmenite ferri-ilmenite 0,5-0,6 53-60 ilmenite hydratee ilmenite + pseudorutile (arizonite) 0,6-0,7 60-70 pseudorutile pseudorutile + traces dventuelles

d’hematite 0,7-l ,o 70-I 00 leucoxene pseudorutile + rutile

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Les minkaux ferrotitanks du littoral sckbgalais

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Figure 70. Freouences simples du rapport Ti/fTi+ Fe). 1: 0,401-0,450; 2: 0,451-0,500 (1 +2 = fern-ilmenite); 3: 0,501- 0,550; 4: 0,55 l-O,600 13 + 4 = ilmenite hydra tee); 5: 0‘60 l-0,650; 6: 0‘65 l-O,700 (5 + 6 = pseudoru tile); 7: 0,70 l-0,750; 8: 0,75 l-O,800 (7 + 8 =leucoxenel. Pour la locaiisation des echantillons, voir le tableau 2. Les notations 63- 125 et 125-250 ajoutees a la reference signifient respectivement: fraction 63- 125 ,rnn et fraction 125-250 m. Figure 10. Histograms of the Ti/(Ti+ Fe) ratio. 1: 0.401-0.450; 2: 0.451-0.500 (I+ 2=ferri_ilmenite); 3: 0.501-0.550; 4: 0.55 1-O. 600 (3 + 4 = h ydra ted ilmenite); 5: 0.60 1-O. 650; 6: 0.65 1-O. 700 (5 + 6 = pseodorutile); 7: 0.70 1-O. 750; 8: 0.75 l- 0.800 (7 + 8 = leucoxenel. 63- 125 and 125-250 under the name of the sample refer to the granulometric fraction analysed. For sample localities see Table 2.

Phases min&alogiques et rapport TUfTi+ Fe) et les etudes diffractometriques de Grey et Reid

La valeur du rapport Ti/(Ti + Fe) est directement (I 974, 19751, Frost et al. (1983) ont etabli les

correlee au degre d’alteration de I’echantillon et a correspondances indiquees dans le tableau 3. la nature du ou des oxydes ferrotitanes pr&ents Comme I’indiquent Frost et a/. (1983), les poids

(Frost et al., 1983). moleculaires de TiO, et FeO, 5 sont tous deux tres En se basant sur la terminologie des stades proches de 79,9. La teneur en TiO, (en poids %)

d’alteration de Dyadchenko et Khatuntseva (1960) est done tres voisine de Ti/(Ti + Fe) x 100 pour les

Journal of African Earth Sciences 567

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J. ALLOW et al.

phases dans lesquelles le Fe est a predominance ferrique (pseudorutile, leucoxene).

Les histogrammes donnent la frequence des grains en fonction des differents stades d’altera- tion definis precedemment (Fig. IO). Ils concern- ent soit la totalite de I’intervalle 63-250 pm, soit les fractions 63-l 25 pm ou 125-250 pm. Lorsque la fraction 125-250 pm est largement majoritaire, ce qui est souvent le cas, (cf. paragraphe granu- lometrie), son histogramme est peu different de celui de la totalite de I’intervalle 63-250 pm.

D’une maniere g&r&ale, le stade d/alteration leucoxene est tres peu represente; au contraire, le stade ferri-ilmenite constitue souvent une part non negligeable du materiel, tout particulierement dans la fraction 63-l 25 pm ou il est presque systematiquement dominant.

Les caracteristiques des differents prelevements sont les suivantes:

i) zone nord Dakar: la distribution est soit quasi- ment unimodale, avec un bon classement dans la categoric ferri-ilmenite (Nl: Degou Niaye), soit bimodale (N2: Mboro, Dunes jaunes) avec un mode principal dans les ilmenites hydratees et un mode secondaire dans les ferri-ilmenites;

ii) Cap Vert: pour la plage de Tefassa (CV), la distribution est centree principalement sur les ferri- ilmenites avec, neanmoins, un petit mode secon- daire correspondant au stade leucoxene;

iii) ‘Petite C&e’: les spectres de distribution sont variables. Pour les echantillons Bargny (PI I et Cap Rouge (P3), la phase ilmenite hydratee est large- ment p&pond&ante sur toutes les autres, avec une distribution 8 peu pres equivalente dans les intervalles 0,501-0,550 et 0,551-0,600;

iv) ‘Delta’ du Saloum: a Ndangane Marlodj (DS), la distribution est relativement bien cent&e sur I’intervalle 0,551-0,600 des ilmenites hydratees;

v) Casamance: a Niafurang (Cl I, les grains ferro- titan& se repartissent de man&e assez equilibree dans les categories ferri-ilmenite et ilmenite hydratee. Le cortege de la lentille mineralisee de Kabrousse (C2), comme celui (non represente) du haut de plage, a des caracteristiques similaires.

Les ‘ilmenites’ de Maastrichtien (MA) et du ‘Continental terminal’ du Sine-Saloum (CSI corres- pondent principalement au stade ilmenite hydratee, mais les ferri-ilmenites constituent neanmoins 10 a 20% de I’assemblage. Dans le ‘Continental terminal’ du Ferlo (CF), la teneur en ferri-ilmenites s’eleve jusqu’a 30% environ.

Pour sa part, le spectre Ti/(Ti + Fe) des Dunes rouges (DR) ressemble a celui des Dunes jaunes de Mboro (N2).

Bien qu’effectuees sur un nombre tres limit6 de

568 Journal of African Earth Sciences

grains (25 a 30), les analyses sur les ‘ilmenites’ des alluvions subactuelles du Senegal (SE) et de la Gambie (GA) indiquent une repartition a peu pres Bquivalente dans les categories ferri-ilmenite et ilmenite hydratee.

Enfin, dans les cuirasses, les quelques individus observes ont une composition d’ilmenite hydratee ou de pseudorutile.

On notera que les spectres Ti/(Ti + Fe) des pre- levements de Bargny, de Cap Rouge et, dans une certaine mesure, de Ndangane Marlodj, presentent des analogies avec celui du Maastrichtien. De meme, il existe des similitudes entre les histo- grammes relatifs aux deux prelevements de Casa- mance (Niafurang et Kabrousse).

Elements mineurs et traces Caractkristiques g6ochimiques et analyse statistique La construction d’un tableau-matrice d’intercorre- lations a partir de I’analyse N-variee permet de resumer I’ensemble des relations existant entre les donnees analytiques (Tableau 4). Les corre- lations negatives soulignent le caractere parti- culierement discriminant du couple MgO/MnO ainsi que, dans un moindre mesure, du couple Cr,O,/MnO. Au contraire, AI,O, est clairement correle a SiO, et TiO, ce qui est normal car tous trois augmentent parallelement avec le degre d’alteration (Frost et al., 1983).

Les elements mineurs suffisamment discrimin- ants et dont les teneurs sont significatives (MgO, MnO, A&O,, V,O, et Cr,OJ ont 6te report& en fonction du pourcentage en TiO, (Figs 11 et 12).

D’une man&e g&&ale, la population constituee de ferri-ilmenites et ilmenites hydratees est plus riche en MgO mais plus pauvre en AI,O, que la population appartenant aux stades d’alteration pseudorutile et leucoxene.

Sur la base de ces diagrammes, les differents Bchantillons peuvent Qtre classes dans I’un des quatre ‘types geochimiques’ suivants (Figs 11 et 12):

il Type MnO: MnO y atteint et mQme depasse 4 %. A I’inverse, MgO et Cr,O, y ont des teneurs faibles, respectivement en de@ de 2% et 0,2%. V,O, reste inferieur a 0,8%;

ii) Type MgO-MnO: pour un nombre significatif de grains, MgO depasse 2% et certains tendent vers des valeurs proches de 5-6%. Correlativement, MnO est bas (<2%), tandis que Cr,O, est dleve (jusqu’a I%, voire 1,2%, pour certains grains). V,O, peut depasser 0,8%;

iii) Type mixte: MgO et MnO restent g&&ale- ment a des concentrations respectivement infer- ieures a 3-4% et 2-3%. Cr,O, peut atteindre I%,

Page 17: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

Tableau 4. Matrices d’intercorrelations. Table 4. Correlation matrices for four samples

Nl TiO 2 Fe0 V,Os MgD MnO Si02 A1203 ZnO NiO cr203

Ti02 1.000 -0.939 0.076 -0.236 -0.171 0.280 0.426 0.210 0.099 0.018

Fe0 -0.939 1 .OOO -0.124 0.126 0.093 -0.438 -0.553 -0.226 -0.153 -0.048 v203 0.076 -0.124 1 .OOO 0.315 -0.462 0.017 0.080 0.168 0.201 0.067 MgD -0.236 0.126 0.315 1 .OOO -0.337 -0.010 -0.040 -0.029 0.043 0.107 MnO -0.171 0.093 -0.462 -0.337 1.000 0.018 -0.057 0.221 -0.078 -0.011 Si02 0.280 -0.438 0.017 -0.010 0.018 1 .OOO 0.887 0.025 0.110 -0.090

A1203 0.426 -0.553 0.080 -0.040 -0.057 0.887 1 .OOO 0.256 0.173 0.058 ZnO 0.210 -0.226 0.168 -0.029 0.221 0.025 0.256 1.000 0.189 0.129 NiO 0.099 -0.153 0.201 0.043 -0.078 0.1 10 0.173 0.189 1 .OOO -0.028

Cr203 0.018 -0.048 0.067 0.107 -0.011 -0.090 0.058 0.129 -0.028 1.000

DS Ti02 Fe0 V2O3 MgD MnO SO2 A1203 ZnO NiO Cr2D3

Ti02 Fe0

v203

MgO

MnO SiO

Al,O: ZnO NiO

Cr203

1.000 -0.943 -0.128 -0.401 -0.047 0.475 0.821 -0.074 -0.181 0.368 -0.943 1 .OOO 0.019 0.228 0.065 -0.613 -0.863 0.061 0.180 -0.463 -0.128 0.019 1.000 0.497 -0.372 0.098 0.156 0.015 0.081 0.403 -0.401 0.228 0.497 1.000 -0.362 -0.069 -0.169 0.201 0.176 0.312 -0.047 0.065 -0.372 -0.362 1.000 -0.023 -0.203 -0.097 0.036 -0.302 0.475 -0.613 0.098 -0.069 -0.023 1.000 0.661 -0.147 -0.098 0.296

0.821 -0.863 0.156 -0.169 -0.203 0.661 1 .OOO -0.124 -0.141 0.552 -0.074 0.061 0.015 0.201 -0.097 -0.147 -0.124 1 .OOO 0.044 -0.150 -0.181 0.180 0.081 0.176 0.036 -0.098 -0.141 0.044 1 .OOO 0.004 0.368 -0.463 0.403 0.313 -0.302 0.296 0.552 -0.150 0.004 1 .OOO

1 c2 Ti02 Fe0 v2D3 MgD MnO Si02 A1203 ZnO NiO Cr2D3

TiO

Fed

v2D3 MgD MnO SiO 2

A12D3 ZnO NiO

Cr2D3

1.000 -0.933 -0.470 -0.425 0.362 0.666 0.753 0.179 0.361 -0.115

-0.933 1.000 0.419 0.232 -0.311 -0.610 -0.719 -0.141 -0.375 -0.003 -0.470 0.419 1.000 0.239 -0.389 -0.1 12 -0.102 0.041 -0.133 0.368

-0.425 0.232 0.239 1 .OOO -0.397 -0.261 -0.244 -0.195 -0.179 0.573 0.362 -0.311 -0.389 -0.397 1.000 0.015 -0.020 0.227 0.083 -0.319 0.666 -0.610 -0.1 12 -0.261 0.015 1 .OOO 0.750 0.118 0.480 0.090

0.753 -0.719 -0.102 -0.244 -0.020 0.750 1.000 0.128 0.282 0.173

0.179 -0.141 0.041 -0.195 0.227 0.118 0.128 1.000 -0.026 -0.028 0.361 -0.375 -0.133 -0.179 0.083 0.480 0.282 -0.026 1.000 0.009

-0.115 -0.003 0.368 0.573 -0.319 0.090 0.173 -0.028 0.009 1 .OOO

cv Ti02 Fe0 V203 MgD MnO SiO 2 Af2o3 ZnO NiO Cr203

TiO

Fe:

v2°3 MgD MnO SiO,

A1203

ZnO NiO

Cr203

1 .OOO -0.968 0.414 -0.303 0.076 0.468 -0.174 -0.439 -0.128 -0.42L -0.968 1 .OOO -0.452 0.177 -0.007 -0.567 -0.102 0.439 0.061 0.276 0.414 -0.422 1 .OOO -0.200 -0.168 0.500 0.344 -0.056 0.131 0.033 -0.303 0.177 -0.200 1 .OOO 0.102 -0.262 0.250 0.093 0.424 0.438 0.076 -0.072 -0.168 0.102 1 .OOO -0.260 -0.142 -0.202 0.112 0.007 0.468 -0.567 0.500 -0.262 -0.260 1.000 0.507 -0.141 -0.052 0.050

-0.174 -0.012 0.344 0.250 -0.142 0.507 1 .OOO 0.078 0.327 0.81 1

-0.439 0.439 -0.056 0.093 -0.202 -0.141 0.078 1 .OOO 0.039 0.109 -0.128 0.061 0.131 0.424 0.112 -0.052 0.327 0.039 1 .OOO 0.328 -0.426 0.276 0.033 0.438 0.007 0.050 0.811 0.109 0.328 1.000

La reference de l’echantillon est indiquee en haut de la premiere colonne. Type MnO: (Nl j; type mixte: (DS); type MgO-MnO: (C2); type 0: KX). Les coefficients de correlation et d’anticorrelation correspondant a des seuils de securite superieurs a 99% sont en caracteres gras. Pour la signification des references, voir le tableau 2. Positive and negative correlation coefficients are thick typed when reaching a 99% confidence level. For sample localities see Table 2.

Page 18: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

J. ALLOUC et al.

Type MnO Type MgO-MnO Type mixte

6- MgO 6- MgO 6- MgO . .

4- 4- : ?? 4- : . .

??* . . . . . .

2- 2- ??. . 2. ??

. 0.

0 .q&gs .*:

I , I , 1 , 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70

6- MnO _ MnO MnO . .

. 4- .

?? . . 2- . .

2,5 i

AI203 . 1 403 .* . 1,5-l .

-I . -I mm *

I,2 -

0.8 -

Cr,03 . . Cr2 03 . . . .

. ??

CQ3 . . . . . . .

. . 8’ ‘,’ . 0 . . . ??

0.4- . . qy.

0 - t . .Ti02 -8 ‘TiO, 0 < 0:

( 1 _ ( , I I-9 9.: , I , 40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70

Figure 11. Diagrammes bivaries des assemblages de type MnO (N 1: N. Dakar, Degou Niaye), MgO-MnO (C2: Casamance, Kabroussel, et mixte (DS: ‘Delta’ du Saloum, Ndangane Marlodj). Figure 11. Scatter plots showing the distribution of minor elements in ‘ilmenites’ from the MnO, MgO-MnO and mixed assemblages. They correspond to samples N 1, C2, and DS, respectively.

570 Journal of African Earth Sciences

Page 19: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

Les minbraux ferrotitanbs du littoral s&Ggalais

Type 0 MA 6

1 . MgO 6 1 MgO

40 50 60 70 40 50 60 7’0 40 50 ‘60 70

6

I

. MgO . ??

4 . ”

6

i

MnO i

MnO i

MnO

v203 v2°3 .

I,2 - v2°3

. .

08- ‘. . ?? . . . ’ . .*.*o

0.4 - . ??h. . . * .

. ????.

0 I I I I , I I I I I I I I 1 I I I I

1,2- Cr203 Cr203

. . Cr203

. 0,8 - . ’

. ’ . . . .

. . .

0.4- . 5. ??.* . ??:-;h*,y

TiO, 0 , , 0 0

40 50 60 70 40 50 60 70 40 50 60 70

Figure 72. Diagrammes bivaries de I’assemblage de type 0 (CV: (Cap VerN plage de Tefassa) ainsi que des populations de grains ferrotitanes du Maastrichtien IMAI et du ‘Continental terminal’ du Sine-Saloum (CS). Figure 12. Scatter plots showing the distribution of minor elements in ‘ilmenites’ from the 0 assemblage (sample CV) and from the Fe-Ti grains of the samples MA and CS.

Journal of African Earth Sciences 57 1

Page 20: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

J. ALLOW et al.

MO ??

k2 +0.5000

. “2O3

tt I Type MnO

I

SiO 02

-0.5000 Figure 13. Analyse factorielle des correspondances. Elle met en evidence les quatres types reconnus a partir des matrices d’intercorrelation et des diagrammes bivaries. Elle souligne egalement les affinites entre Bchantillons. Pour la signification des references, voir le tableau 2. Figure 13. The correspondence analysis gives prominence to the difference between the the four types identified from the intercorrelation matrix and the scatter plots. It emphasises affinities between the samples. For sample localities see Table 2.

alors que V,O, est presque toujours en dessous de 0,8%. II s’agit probablement d’un equivalent de la categoric MgO pour lequel les grains sont dans I/ensemble plus alter&. Ceci explique la perte en MgO et I’enrichissement en AI,O, qui croit jusqu’aux environs de 2,5% (cf. Frost et al., 1983);

iv) Type 0: ni MnO, ni MgO ou Cr,O, n’atteignent des teneurs notables. Sauf exception, MgO et Cr,O, sont respectivement en deqa de 3% et 0,3%. V,O, represente moins de 0,8%.

L’analyse multivariee (10 variables), dans laquelle I’analyse factorielle des correspondances (AFC) a et6 privilegiee par rapport a I’analyse en composantes principales normees (ACP) pour I’apport d’environ 20% d’explication supplemen- taire de la variance totale, permet de confirmer I’originalite des quatre poles choisis (Fig. 13). Le facteur principal Fl (72,5% de la variance totale) traduit surtout I’influence de MgO, MnO et Cr,O, (caracteres herites), tout en tenant compte de Fe0 et TiO, (caracteres lies a I’alteration). Pour sa part, le facteur F2 (20,3% de la variance totale) reflete principalement l’influence de AI,O, (alteration) et,

dans une moindre mesure, de V,O,. La suppression de la variable SiO,, ainsi que de NiO et ZnO (non systematiquement doses), ne change pratique- ment pas I’allure du diagramme.

L’affinite des differents prelevements pour tel ou tel type peut etre detectee par la comparaison des representations factorielles et I’analyse de la contribution des variables aux axes. Les points representatifs des Bchantillons appartenant au type MgO-MnO (Cl : Niafurang (Casamance); C2: Kabrousse (Casamance); CS: Continental terminal du Sine-Saloum) sont clairement regroup&. Au contraire, les prelevements ressortissant du type mixte constituent une famille moins homogene. Les ‘ilmenites’ provenant de la ‘Petite CBte’ (Pl + P3: Bargny + Cap Rouge) ou du ‘Delta’ du Saloum (DS: Ndangane Marlodj) sont apparentees a celles du Maastrichtien (MA), tandis que les ‘ilmenites’ des Dunes jaunes de Mboro (N2) ont des caracter- istiques qui les rapprochent de celles du ‘Continental terminal’ du Ferlo (CF). On notera I’isolement des ‘ilmenites’ de type 0 (CV: plage de Tefassa [Cap Vertl) et, dans une moindre mesure, des ‘ilmenites’ de type MnO (Nl : Degou

572 Journal of African Earth Sciences

Page 21: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

Les minkwx ferrotitanks du littoral s6nbgalais ?5 *16 , F2 0.3132

MgO

Cr203 MnO

. 45

44.

A43 19.

3.5446 Ti02 41A .42

0.5446 L

LU 39 36A40

Fl

. 37

0.3132

Figure 74. Anelyse factorielle des correspondances binaires. Pour la clart6 de la figure, /es Bchantillons provenant du S&bgal sont r&f&en& de 1 B 13. 1: (N. Dakar) Degou Niaye; 2: (N. Dakad Mboro, Dunes jaunes, 63- 125 pm; 3: IN. Dakarl Mboro, Dunes jaunes, 125-250 pm; 4: (Cap Vert) plage de Tefassa; 5: (‘Petite C&e’) Bargny+ Cap Rouge, 63- 125 pm; 6: (‘Petite C&e’) Bargny+ Cap Rouge, 125-250 pm; 7: (‘Delta’ du Salouml Ndangane Marlodj, 63-125 pm; 8: (‘Delta’ du Salouml Ndangane Marlodj, 125-250pm; 9: (Casamance) Niafurang; 10: (Casamancel Kabrousse; 11: Maastrichtien; 12: ‘Continental terminal’ du Ferlo; 13: ‘Continental terminal’ du Sin&Saloum. Le num&o 14 correspond B des ilm&ites extraites d’un sable &tier de la rkgion des Sables d’olonne (Vend&e, France); ces ilm&ites proviennent vraisemblablement des roches m&amorphiques du ‘Domaine ouest vend&en’. 15: werhlite; 16: roches volcaniques intermbdiaires; 17: andksites du Nord Constantinois (AlgBrie); 18: kimberlites (Sierra Leone); 19: syknites et s yenites n&ph&iniques; 20: basaltes; 2 1: basaltes alcalins (Cameroun); 22: gabbro du Fouta Djalon (Guin8e); 23: roches ignhes; 24: roches m&amorphiques; 25: roches mafiques du Bushveld; 26: diorites du Haut Atlas (Maroc); 27: roches volcaniques felsitiques; 28: roches plutoniques mafiques; 29: mgtabasaltes; 30: roches plutoniques felsitiques; 3 1: roches alcalines du Mont Ilminsk (Oural); 32: orthogneiss d’t+pizone; 33: dacites du Nord Constantinois (AlgBrie); 34: mgtabasaltes du faci&s schistes verts; 35: rh yolitoides; 36: m&abasalte du faci& amphibolite; 37: gneiss plagioclasiques; 38: granitoides; 39: migmatites (embr&hitesl; 40: granites du Haut Atlas (Maroc); 4 I: schistes B biotite; 42: m&ap&lites B disthbne-sillimanite; 43: granite d’anatexie; 44: granite intrusif; 45: granite post-birrimien de la Dorsale Reguibat (Mauritaniel; 46: granite du faci&s granulite. Les donnees ayant servi 2, dtablir cette figure sont extraites des documents suivants: Braun et Raith (19851, Cassidy et al. (19881, Collectif /1967/, Fougnot (199Oi, Gabenisch (19841, Gasquet (19911, Ghent et Stout (19841, Grisby (19911, Haggerty /1976a, b, 199lb), Libowitzky (19901, Lo (19881, Mathison (19751, Molyneux (19721. Parfenoff (19821, Pigage (19821, Rollinson (19801, Shimizu (19861, Taleb ( 19941, Whalen et Chappell ( 19881. Figure 14. Factor analysis of binary correspondences. Numbers 1 to 13 refer to analysed samples from Senegal, number 14 corresponds to an analysed sample from a beach in the South of ‘Les Sables d’olonne’ (Vend&e, France). 15: werhlite; 16: volcanic intermediate rocks; 17: andesite from Northern Constantinois (Algeria); 18: kimberlites (Sierra Leone); 19: s yenite and nephelite syenite; 20: basalts; 2 1: alkaline basalts (Camerounl; 22: gabbro (Fouta Djalon, GuinBel; 23: igneous rocks; 24: metamorphic rocks; 25: mafic rocks (Bushveld); 26: diorite (Atlas Mountains, Moroccol; 27: volcanic felsitic; 28: mafic plutonic rocks; 29: metabasalts; 30: plutonic felsitic rocks; 31; alkaline rocks from the llminsk Mount (Ural); 32: epizonal orthogneiss; 33: dacites from Northern Constantinois (Algeria); 34: metabasalts from greenschist facies; 35: rhyolitoids; 36: metabasalt from amphibolite facies; 37: plagioclasic gneiss; 38: granitoids; 39: migmatites (embrechites); 40: granites (Atlas Mountains, Morocco); 4 1: biotitic schists; 42: disthene-sillimanite metapelites; 43: anatectic granite; 44: intrusive granite; 45: Post-Birrimian granite from the Reguibat Shield (Mauritania); 46: granite from granulite- facies.

Niaye [N. Dakarl). Le dendrogramme r&ah& 2 partir factoriel Fl F2 et d’observer deux tendances Bvolu- de I’analyse hierarchique ascendants definie sur tives divergentes. Les ‘ilmknites’ de l’khantillon la base des coordonn6es de I’analyse factorielle Degou Niaye appartiennent .+I la branche MnO, des correspondances met en evidence les m6mes tandis que les ‘ilmknites’ des autres prkkvements affinitks. se placent vers la base de la branche MgO-Cr,O,

Enfin, I’analyse factorielle des correspondances (Fig. 14). La nouvelle distribution des points binaires intkgrant de nombreuses donnkes biblio- reprksentatifs ne traduit pas une modification des graphiques permet de projeter I’ensemble sur le plan affinitks dkfinies pr6c6demment (Fig. 13) mais

Journal of African Earth Sciences 573

Page 22: Les minéraux ferrotitanés du littoral sénégalais: Caractérisation et recherche de leur origine

J. ALLOUC et al.

reflete simplement I’influence simultanee des 46 individus, chacun d’eux ayant le meme poids statistique.

SynthGse des donnkes: affinitks entre kchantillons La prise en compte simultanee des principaux criteres de caracterisation et des donnees de I’analyse factorielle permet de faire apparaitre les regroupements possibles et les affinites avec les corteges ferrotitanes du Maastrichtien ou du ‘Continental terminal’ (Tableau 5).

DISCUSSION Les formations parentales Examinees conjointement, les donnees de la geo- graphie, de la geologic regionale, de la sedimen- tologie et celles des caracteristiques geochimiques des grains ferrotitanes permettent d’estimer la validite des differentes sources proposees pour les gisements d”ilmenites’ du littoral senegalais.

Pour la zone nord Dakar, la regularite des &es et le developpement remarquable de la f&he littorale au Sud de Saint-Louis temoignent de I’importance de la derive littorale N-S qui existerait depuis 3 000 BP (Niang, 1991). Un apport venant de Mauritanie apparait done vraisemblable. Au reste, par son appartenance au ‘type geochimique’ MnO, le prelevement Degou Niaye a une signature geochimique particuliere. S’il existe une alimen- tation directe par le fleuve Senegal, celle-ci est sans doute tres modeste etant donne les t&s faibles teneurs observees dans les alluvions de son tours inferieur (Tricart, 1961). Sa contribution a peut-etre et6 plus importante au Quaternaire ancien mais il faut en rechercher la preuve sur le littoral mauritanien car le trace de ce fleuve s’inflechissait alors vers le NW a partir de Bog& (Michel, 1973).

L’influence des apports mauritaniens decroit progressivement vers le Sud et semble deja beaucoup moins sensible d&s Mboro. En effet, le cortege des mineraux ferrotitanes des Dunes jaunes de Mboro, moins riche en MnO que celui de Degou Niaye, s’apparente plutijt a celui du ‘Continental terminal’ du Ferlo.

Au Sud de la presqu’ile du Cap Vert, une contri- bution mauritanienne est peu vraisemblable. Que ce soit sur le littoral ou la plate-forme, le transit N-S est quasiment impossible au-de18 du profond canyon de Kayar dont la tQte arrive tres pres du trait de tote (Fig. 1); au reste, aucune concen- tration n’existe entre Kayar et la presqu’ile du Cap Vert (Horn era/., 1975; Niang, 1991). De plus, le materiel parvenant eventuellement jusqu’au Cap

574 Journal of African Earth Sciences

Vert aurait a contourner celui-ci tout en echappant au piegeage par le canyon de Dakar situe approxima- tivement dans le prolongement SW de la presqu’ile.

En consequence, au Sud du Cap Vert, les apports sont necessairement plus ou moins locaux, ce qu’avait deja indique Dumon (1977, 198 1). Toute- fois, deux des trois possibilites envisagees par cet auteur apparaissent a leur tour improbables.

Ainsi que I’avaient pressenti Legoux et Faucheux (1935) sur des critbres purement morphologiques, il est clair que les ilmenites des formations volcan- iques neogenes et quaternaires de la presqu’ile du Cap Vert n’ont pas aliment6 les concentrations littorales de la ‘Petite C&e’. L’appartenance au ‘type geochimique’ 0 et la texture 8 petits pores align& n’ont pas ete retrouvees en-dehors de la presqu’ile.

De meme, les observations et analyses sur les cuirasses et leurs produits de demantelement conduisent a rejeter I’hypothese d’un enrichisse- ment pedogenetique en Ti (Dumon, 1977, 1981). Quelques grains ferrotitanes ont parfois 6te observes dans les cuirasses du massif de Ndiass mais, associes a de nombreux quartz d’epandage detritique, ils sont clairement allochtones.

Au contraire, I’hypothese selon laquelle le materiel ferrotitane de la ‘Petite C&e provient, au moins partiellement, des areno-siltits et silto- arenits maastrichtiennes du massif de Ndiass (Dumon 1977, 1981) est etayee par plusieurs observations.

Autour de ce massif (Bargny, Cap Rouge), les ‘ilmenites’ presentent de nombreuses analogies (morpholopiques, magnetiques, geochimiques, ces dernieres confirmees par I’analyse factorielle des correspondances) avec celles du Maastrichtien. D’apres la morphologie des grains et la repartition des differentes phases paramagnetiques, les corteges des placers situ& au Sud du massif de Ndiass ont probablement la meme origine. L’brosion de la partie maintenant immergee ou enfouie du massif de Ndiass a tres certainement constitue un apport local important.

Dans le ‘Delta’ du Saloum, I’affinite geochimique de I’ensemble de l’echantillon Ndangane Marlodj avec le Maastrichtien est encore nette. Toutefois, la provenance de la fraction subanguleuse, negli- geable dans cette formation, doit etre recherchee ailleurs. Le Saloum et son affluent, le Sine, drain- aient les formations detritiques du ‘Continental terminal’ durant les pluviaux quaternaires (Michel, 1973). Aussi, bien qu’elle n’ait pas de reper- cussion notable sur les variables geochimiques utilisees, une petite contribution du ‘Continental terminal’ doit etre envisagee.

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Les minhux ferrotitanb du littoral s&Ggalais

Tableau 5. Resume des affinites mises en evidence par les principaux criteres de caracterisation et I’analyse factorielle des correspondances Table 5. Summary of the affinities underlined by the main characteristics of the populations of Fe-Ti grains and by the correspondence analysis

Type de critere

Zone N. Dakar Cap Vert “Petite c&e” “Delta” Casamance Dunes du Saloum rouge5

Nl N2 cv Pl P3 DS Cl C2 DR

Morphologie 2 ? 2 0 1 1 1.3 3 3 2

Susceptibilite 2 ? 2 0 1 1 1 3 3 2 magnetique

Mineraux - - 0 - - 2 lourds

Distribution 0 2? 0 1 1 1 3 3 2? Ti/(Ti + Fe)

Diagrammes 0 - 0 1 1 1 bivaries

Analyse 0 2 0 1 1 1 3 3 - factorielle

Les populations d”ilmenites’ des Bchantillons provenant du littoral sont comparees a celles du Maastrichtien et du ‘Continental terminal’ du Ferlo ou du Sine-Saloum. II apparait clairement que les affinites sont differentes selon les zones geographiques. Le materiel des Dunes rouges presente des analogies avec celui du ‘Continental terminal’ du Ferlo. -: pas d’indication; 0: pas d’affinite particuliere; 1: affinite forte avec le Maastrichtien; 1: affinite moyenne avec le Maastrichtien; 2: affinite forte avec le ‘Continental terminal’ du Ferlo; 2: affinite moyenne avec le ‘Continental terminal’ du Ferlo; 3: affinite forte avec le ‘Continental terminal’ du Sine-Saloum; 3: affinite moyenne avec le ‘Continental terminal’ du Sine-Saloum. Pour la signification des references, voir le tableau 2. Affinities with Maastrichtian and ‘Continental Terminal’ assemblages depends on the sample locality. -: not indicated; 0: no affinity; 1: strong affinity with the Maastrichtian assemblage; 1: medium affinity with the Maastrichtian assemblage; 2: strong affinity with the assemblage characterising the ‘Continental Terminal’ of the Ferlo area; 2: medium affinity with the assemblage characterising the ‘Continental Terminal’ of the Ferlo area; 3: strong affinity with the assemblage characterising the ‘Continental Terminal’ of the Sine-Saloum area; 3: medium affinity with the assemblage characterising the ‘Continental Terminal’ of the Sine-Saloum area. For sample localities see Table 2.

En Casamance, I’affinite avec le cortege de grains Michel, 1973; Niang, 1991; Sustrac et a/., 1984- ferrotitanes du Continental terminal du Sine-Saloum, 19851 et celles des depots mis en place lors du en particulier en ce qui concerne les elements maximum de la grande transgression nouakchot- mineurs, devient particulierement nette. Cette tienne (Michel, 1973) montrent une grande simi- formation, tres etendue dans les bassins de Gambie litude. La transgression nouakchottienne est datee et de Casamance, apparait done comme la source de 5 500-5 000 BP ou de 6 800-4 200 BP; la mer principale du materiel. Certains de ses mineraux atteignait alors une tote depassant de 1 a 5 m le lourds accessoires (tourmaline) figurent d’ailleurs niveau moyen actuel (Elouard et al., 1977; Giresse dans les placers (Legoux et Faucheux, 1935). et Barusseau, 1986).

La genhe des placers Les cartes de repartition des principales concen- trations du Senegal et de Mauritanie (Blanchot et al., 1975; Dumon, 1977, 1981; Horn eta/., 1975;

La transgression nouakchottienne (Fig. 3) a succede a une grande regression dont le maximum est date de 18 000 a 20 000 BP (ibid.). Dans la zone tropicale, le climat etait desertique et le vaste systeme de Dunes rouges ogoliennes s’est etendu

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sur le plateau continental actuel pratiquement jusqu’au ‘Delta’ du Saloum (Michel, 1973; von Rad et al., 1982). Comme en temoignent les mineraux lourds, les Dunes rouges ont certaine- ment 6te nourries, pour une grande part, par les depots detritiques du ‘Continental terminal’ qui s’btendent sur tout le Ferlo puis, en Mauritanie occidentale, sur le Brakna occidental, le Trarza et, a travers I’lnchiri et le Tijirit, jusqu’a la latitude du Cap Blanc. Plus au Sud, le climat &ant saison- nierement plus humide, le p&continent actuel pouvait etre le lieu d’epandages en nappes de materiel provenant du ‘Continental terminal’ de Basse Gambie et de Casamance. Cette formation est souvent mal consolidee (Lappartient, 1985) et ce type de transport est connu ailleurs: il est a I’origine des depots quaternaires du littoral des bassins de Cote d’lvoire et du Togo-Benin (Tastet, 1977a, b; Oyede, 1986).

Lors de la remontee du niveau marin, les inter- ruptions momentanees de celle-ci permettent la formation de cordons littoraux oti s’effectuent les premieres phases de concentrations (Horn et al., 1975; Dumon, 1977, 1981; Dumon et a/., 1977). Les terrasses marines correspondant au maximum de la transgression nouakchottienne sont a leur tour le lieu d’un nouvel enrichissement (Horn et a/., 1975; Dumon, 1977, 1981).

La regression qui succede a la grande transgression nouakchottienne permet I’edification des Dunes jaunes. Ces dernieres proviennent generalement du remaniement dolien des cordons littoraux (Boulet et a/., 1971; in Michel, 1977); ainsi s’expliqueraient la faible &endue des mineralisa- tions et les teneurs modestes qui y sont observees (Horn et a/., 1975).

Enfin, c’est lors de la dernibre phase transgressive, dont le maximum date de 2 000 BP (Horn et al., 1975), que I’erosion partielle des terrasses nouak- chottiennes a conduit aux fortes concentrations observees actuellement. Les processus de tri selectif en fonction de la densite (cf. Force, 1991) y ont Bte particulierement efficaces grace a la derive littorale et au regime hydrodynamique probablement eleve (Michel, 1977; Niang, 1991).

A quelques nuances pres, la succession des evenements ayant conduit a la formation des placers sur les plages de Mauritanie est prob- ablement la meme. Moyennant quelques adapta- tions pour tenir compte de I’histoire neogene et quaternaire locale, ce modele devrait egalement pouvoir etre dtendu aux placers littoraux des bassins &tiers de I’Afrique de I’Ouest dont I’arriere pays comporte une couverture de ‘Continental terminal’; ce serait notamment le cas des ‘sables

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noirs’ des cordons littoraux nouakchottiens a actuels du Togo et du Benin (cf. Tastet, 1977a).

L’origine primaire des ‘ilmenites’ D’apres ce qui precede, rechercher I’origine prim- aire des mineraux ferrotitanes revient a identifier les formations ayant approvisionne le ‘Continental terminal’ et le Maastrichtien. Les effets de I’altera- tion et la multiplicite des sources possibles (cf. Lappartient [I 9851 pour le ‘Continental terminal’) rendent ce probleme difficile.

Le Con tinen tal terminal Pour une majorite de grains, ni MgO, ni MnO, ne fournissent d’blements permettant de formuler une hypothese sur leur origine primaire. MgO a 6te en partie soustrait par alteration et il est probable que le materiel a subi une histoire longue et complexe, avec de nombreux remaniements.

Cependant, pour la sous-population la plus riche en MgO, la quasi-absence de reliquat de figures d’exsolution ou de syncroissance et les teneurs en TiO, presque toujours superieures a 47%, meme dans les stades d/alteration inferieurs, plaident en faveur d’une origine metamorphique (Basu et Molinaroli, 1989, 1991). Plus precisemment, la part tres modeste du rutile dans les corteges examines, alors qu’il s’agit d’un mineral tres resistant et de densite proche de celle de I’ilmenite (Force, 19911, implique que les roches-meres appartiennent principalement au facies des schistes verts superieurs ou des amphibolites (zone a biotite et grenat et zone a disthene et sillimanite) (Force, 1991). Ce sont la les conditions de pression et de temperature des roches metamorphiques de la chaine panafricaine des Mauritanides (cf. synthese in Lecorche et al., 1991). Par ailleurs, la nette predominance de MgO sur MnO et la relative richesse en Cr,O, et V,O, indiquent que les roches parentales sont a tendance basique (Basu et Molinaroli, 1989, 1991; Grigsby, 1992; Schneider- man, 1995). Or la chaine des Mauritanides est constituee en grande partie par des roches vol- caniques et volcano-sedimentaires ayant ce caractere (Lecorche et a/., 1991). Enfin, dans sa partie la plus proche des vastes depots de ‘Continental’ terminal du sud du bassin senegalo- mauritanien, les molasses issues du demant- element de cet orogene couvrent de vastes surfaces (entre les branches de Koulountou et des Bassarides) (Bassot, 1966; Villeneuve, 1984). Des intrusions doleritiques ou gabbroi’ques, permiennes a jurassiques, sont connues dans le Fouta Djalon qui limite au Sud et au Sud-Est le Bassin senegalo- mauritanien (Bertrand et Villeneuve, 1989).

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Les min&aux ferrotitanbs du littoral s&kgalais

Cependant, elles n’ont qu’une importance locale a I’bchelle de ce bassin. II est done probable que la fraction la plus magnesienne des ‘ilmenites’ du ‘Continental terminal’ du Senegal provient de la chaine des Mauritanides.

Dans le Ferlo, la signature ‘basique’ est moins marquee. En ce qui concerne les apports mauri- taniens (echantillon Degou Niaye), la presence d’une population de grains caracterises a la fois par des figures d’exsolution ou de syncroissance et un enrichissement en MnO, impliquerait une alimentation partielle par des roches plutoniques saturees (Basu et Molinaroli, 1989, 1991; Grigsby, 1992; Schneiderman, 1995). Une des possibilites est que cette population derive des roches saturees associees aux complexes ignes calco- alcalins des unites panafricaines rajeunies de la chaine des Mauritanides. En effet, ces unites ont une grande extension au Nord du Fleuve Senegal (Dia, 1984; Lecorche et a/. , 1991). Une participation du socle birrimien de la dorsale Reguibat est egalement possible mais, dans toute sa moitie occidentale, cette dorsale est essen- tiellement constituee de roches metamorphiques de haut grade (facies des granulites ou des amphibolites) (cf. synthese in Lecorche et al., 1991), ce qui s’accorde moins bien avec les caracteristiques texturales des grains (Basu et Molinaroli, 1989, 1991; Grigsby, 1992). Toute- fois, il est clair que la question ne peut etre definitivement resolue sans prelevements complementaires, aussi bien dans les formations parentales envisagees, que dans les sables littoraux du Nord de la Mauritanie.

Le Maastrichtien Aucune signature geochimique particuliere ne se degage des analyses. Selon Sow (19921, les grains de quartz des areno-siltites et silto-arenites maa- strichtiennes montrent frequemment des traces de faconnement glaciaire. II est done possible que le materiel parental provienne des formations paleozoCques (ante-siluriennes?) du Bassin de Taoudeni. Toutefois, ceci ne fait que repousser le probleme de I’origine primaire.

CONCLUSION

L’origine des grains noirs ferrotitanes du littoral senegalais a fait I’objet de nombreuses hypotheses. La methodologie utilisee a permis d’en tester la validite et de preciser les conditions de formation des concentrations. Elle a egalement permis de remonter jusqu’aux formations parentales primaires dans un certain nombre de cas.

II apparait que les sources de mineraux ferro- titan& ayant aliment6 les concentrations du littoral senegalais sont diverses et que leur contribution est variable selon les regions.

Au Nord du Cap Vert, les apports venant de Mauritanie a la faveur de la derive N-S sont indeniables dans la region de Saint-Louis. Toutefois, leur influence decroit vers le Sud. Des Mboro, la plus grande partie du materiel provient tres vraisemblablement du ‘Continental terminal’ du Ferlo. Dans leur transit vers le Sud, les mineraux ferrotitanes de la zone nord Dakar ne depassent pas le Canyon de Kayar.

Les formations volcaniques du Cap Vert n’ont qu’une importance tres limitee et les ilmenites qui en sont issues restent principalement cantonnees aux plages occidentales de la presqu’ile.

Au Sud du Cap Vert, les areno-siltites et silto- arenites du Maastrichtien du massif de Ndiass constituent une source locale notable sur toute la ‘Petite C&e’. De modestes apports venant du ‘Continental terminal’ sont cependant possibles a partir du ‘Delta’ du Saloum. Au contraire, en Casamance, ce sont les depots silicoclastiques du ‘Continental terminal’ qui fournissent I’essentiel du materiel ferrotitane.

Les cuirasses plio-quaternaires ne representent qu’un appoint tres mineur.

Les placers de plage du littoral senegalais, comme ceux du littoral mauritanien et, probable- ment, d’autres regions de I’Afrique de I’Ouest, resultent d’une succession d’evenements per- mettant la concentration progressive du stock initial.

Issues du ‘Continental terminal’, de puissantes formations detritiques envahissent une partie du plateau continental lors de la regression ogolienne (ergs jusqu’au massif de Ndiass, epandages plus au Sud). La remontee de la mer par palliers, le plus eleve correspondant au Nouakchottien, engendre des tris selectifs et permet la formation de lentilles riches en mineraux ferrotitanes. Le remaniement eolien des cordons littoraux lors de la regression suivante engendre les Dunes jaunes legerement mineralisees. Enfin, lors de la derniere transgression, I’amplification de la derive littorale et, sans doute, un regime hydrodynamique plus eleve, operent une derniere concentration a partir des dep6ts littoraux nouakchottiens.

D’apres leurs teneurs en TiO,, MgO, MnO et Cr,O,, une fraction significative des ‘ilmenites’ issues du ‘Continental terminal’ du Sud du Bassin senegalo-mauritanien provient de roches meta- morphiques basiques (zone des schistes verts et/ ou des amphibolites). La chaine des Mauritanides

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est vraisemblablement le lieu d’origine de ce materiel. Pour leur part, les assemblages aliment& par le Continental terminal du Nord du Senegal et, surtout, de Mauritanie, contiennent une popula- tion dont la texture et la teneur en MnO impliquent une participation de roches magmatiques inter- mediaires a acides. Le materiel parental peut etre recherche dans les complexes ignes calco-alcalins des unites panafricaines rajeunies de la chaine des Mauritanides. Bien que plus hypothetique, une participation du socle birrimien de la dorsale Reguibat n’est pas totalement a rejeter a priori. La provenance de la population non significative du ‘Continental terminal’, tout comme celle de I’ensemble du cortege maastrichtien, ne peut Btre determinee avec certitude. II s’agit probablement de materiel repris a des formations sedimentaires anciennes.

REMERCIEMENTS

Les auteurs expriment leur gratitude a Messieurs les Professeurs 0. Dia (Universite Cheikh Anta Diop, Dakar), P. Barbey et G. Rocci (Universite Henri Poincare, Nancy) ainsi qu’a Madame I. Niang et Messieurs J. Benkhelil, A. Dia, R. Khatib, P.M. Ndiaye, E. Sow (Universite Cheikh Anta Diop, Dakar) et M. Deschamps (Universite Henri Poincare, Nancy) pour leurs remarques et informations. Le manuscrit a en outre beneficie des corrections attentives de M. Villeneuve. Le fastidieux travail de separation des differentes phases mineralo- giques a et6 en partie realise par R. Khatib et G. Valence. Le Service des Mines et de la Gdologie du Senegal nous a permis d’echantillonner dans tous les sites etudies avec un maximum de facilite. Editorial Handling - L. Tack

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