La géologie de l'Afrique du Sud est l'une des plus diversifiées et des mieux documentées au monde, reflétant une histoire géologique qui s'étend de l'Archéen (plus de 3,5 milliards d'années) à l'actuel. Le pays, d'une superficie de , repose sur une architecture géologique complexe dominée par le craton de Kaapvaal, l'un des plus anciens noyaux continentaux de la planète. Le sous-sol sud-africain est subdivisé en plusieurs provinces géologiques majeures : le craton de Kaapvaal (Archéen) au nord-est, la ceinture du Limpopo (Protérozoïque) au nord, la ceinture de Namaqua-Natal (Méso- à Néo-protérozoïque) au sud et à l'ouest, le bassin du Karoo (Carbonifère à Jurassique) qui couvre près des deux tiers du pays, le complexe igné du Bushveld (Paléoprotérozoïque), la plus grande intrusion stratifiée au monde, et la ceinture plissée du Cap (Paléozoïque) au sud. L'Afrique du Sud possède des ressources minérales exceptionnelles, notamment l'or, le platine, le chrome, le manganèse, le vanadium, le charbon et les diamants, qui font du pays l'un des premiers producteurs mondiaux. Le relief est dominé par un vaste plateau intérieur (Highveld) culminant entre d'altitude, entouré par le Grand Escarpement dont la partie orientale est connue sous le nom de Drakensberg, et bordé au sud par les montagnes de la ceinture plissée du Cap.

Cadre géologique général

L'Afrique du Sud est située au cœur de l'extrémité méridionale du continent africain et repose sur une mosaïque de cratons archéens et de ceintures orogéniques protérozoïques. Le craton de Kaapvaal, vieux de plus de 3,5 milliards d'années, constitue le noyau archéen du pays. Au nord, la ceinture du Limpopo sépare le craton de Kaapvaal du craton du Zimbabwe. À l'ouest et au sud, la ceinture de Namaqua-Natal, formée lors de l'orogenèse kibarienne (environ 1,2 à 1,0 milliard d'années), borde le craton. Le bassin du Karoo, qui couvre près des deux tiers du pays, s'est formé à partir du Carbonifère supérieur et a enregistré une sédimentation continue jusqu'au Jurassique inférieur. La dislocation du Gondwana au Mésozoïque a entraîné l'ouverture de l'océan Atlantique et de l'océan Indien, façonnant les marges continentales actuelles.

Stratigraphie

La stratigraphie de l'Afrique du Sud est exceptionnellement complète, avec des enregistrements sédimentaires et magmatiques couvrant presque toute l'histoire de la Terre.

Craton de Kaapvaal (Archéen)

Le craton de Kaapvaal est l'un des plus anciens fragments de croûte continentale conservés sur Terre, avec des roches datant de plus de 3,5 milliards d'années. Il est composé de roches métamorphiques et ignées archéennes : gneiss, granitoïdes, ceintures de roches vertes (greenstone belts) comprenant des komatiites, des basaltes tholéiitiques et des rhyolites. Les ceintures de roches vertes de Barberton et de Nondweni, dans l'est du craton, comptent parmi les plus anciennes et les mieux préservées au monde, avec des âges compris entre 3,53 et 3,45 Ga. Le craton s'est accrété sur près d'un milliard d'années, avec plusieurs épisodes de croissance crustale et de reworking intracrustal. La croûte du craton est divisée en plusieurs domaines géographiques (est, centre, nord et ouest), chacun présentant des caractéristiques géologiques et chronologiques distinctes.

Supergroupe du Transvaal (Paléoprotérozoïque)

Le Supergroupe du Transvaal, daté d'environ 2,5 milliards d'années, est une importante unité stratigraphique qui repose sur le craton de Kaapvaal. Il est composé de sédiments marins peu profonds, incluant des dolomies, des calcaires, des schistes et des quartzites, ainsi que des formations de fer rubané (BIF). Ce supergroupe est délimité par le bassin du Witwatersrand (2,7 Ga) et le complexe igné du Bushveld (2,05 Ga).

Complexe igné du Bushveld (Paléoprotérozoïque)

Le complexe igné du Bushveld (BIC) est la plus grande intrusion stratifiée du monde, couvrant une superficie d'environ . Il s'est mis en place il y a environ 2,05 milliards d'années et est divisé en trois lobes (est, ouest et nord). Le complexe est composé de la suite stratifiée de Rustenburg (norites, pyroxénites, anorthosites, gabbros), de la suite granitique de Lebowa et des felsites de Rooiberg. L'épaisseur du complexe atteint localement . Il renferme les plus grands gisements mondiaux de chrome, de platine (groupes du platine, PGE), de vanadium et d'ilménite. Les horizons minéralisés incluent le récif Merensky (30 à 90 cm d'épaisseur, contenant en moyenne 10 ppm de PGE) et le récif UG2 (contenant jusqu'à 43,5 % de chromite).

Supergroupe du Karoo (Carbonifère supérieur à Jurassique inférieur)

Le Supergroupe du Karoo est l'unité stratigraphique la plus étendue d'Afrique australe, couvrant près des deux tiers de la surface de l'Afrique du Sud. Il enregistre une séquence quasi continue de sédimentation continentale sur une période de 120 millions d'années, du Carbonifère supérieur (environ 280 Ma) au Jurassique inférieur (environ 180 Ma). Le supergroupe est subdivisé en plusieurs groupes, du plus ancien au plus récent :

Groupe du Dwyka : tillites glaciaires et diamictites, témoins de la glaciation permocarbonifère. Groupe d'Ecca : schistes, grès et charbons, déposés dans des environnements deltaïques, fluviatiles et lacustres. Groupe de Beaufort : grès et mudstones, déposés dans des environnements fluviaux et lacustres, riches en fossiles de reptiles thérapsides. Groupe de Stormberg : grès, mudstones et basalts, incluant les formations de Clarens et de Drakensberg.

Le volcanisme basaltique du Karoo (formation de Drakensberg), daté du Jurassique inférieur (environ 180 Ma), est associé à la dislocation du Gondwana et à la province magmatique du Karoo-Ferrar.

Supergroupe du Cap (Paléozoïque)

Le Supergroupe du Cap, d'âge Ordovicien à Dévonien, affleure dans le sud du pays et constitue l'essentiel de la ceinture plissée du Cap. Il est subdivisé en plusieurs groupes : le Groupe de la Table Mountain (quartzites et grès), le Groupe de Bokkeveld (schistes et mudstones) et le Groupe de Witteberg (grès et quartzites). Ces roches ont été plissées lors de la collision du plateau des Falkland avec la marge sud du Gondwana au Permien-Trias.

Quaternaire

Les dépôts quaternaires recouvrent une partie du pays, notamment dans le bassin du Kalahari, le long des côtes et dans les vallées fluviales. Ils comprennent des sables dunaires, des alluvions, des encroûtements calcaires et des dépôts lacustres.

Structure et tectonique

La structure de l'Afrique du Sud est dominée par le craton de Kaapvaal, les ceintures orogéniques qui le bordent et le vaste bassin du Karoo.

Le craton de Kaapvaal est une région stable, peu affectée par les déformations tectoniques depuis l'Archéen. Il est traversé par le linéament Thabazimbi-Murchison, une faille majeure d'échelle cratonique qui a joué un rôle important dans l'accrétion du craton.

Au nord, la ceinture du Limpopo est une zone de collision de haut grade métamorphique, formée lors de l'orogenèse du Limpopo (environ 2,7–2,6 Ga), qui a soudé les cratons de Kaapvaal et du Zimbabwe. La marge septentrionale du craton est divisée en plusieurs zones crustales distinctes, dont la zone marginale sud (SMZ) de la ceinture du Limpopo.

La ceinture de Namaqua-Natal, à l'ouest et au sud du craton, est une ceinture orogénique d'âge mésoprotérozoïque (environ 1,2–1,0 Ga), formée lors de l'orogenèse kibarienne. Elle est caractérisée par des plis, des failles et des zones de cisaillement.

La ceinture plissée du Cap, au sud du pays, est une chaîne de montagnes plissée et chevauchée, formée lors de l'orogenèse du Cap au Permien-Trias. Elle est le résultat de la collision entre le plateau des Falkland et la marge sud du Gondwana. La ceinture est constituée de séries sédimentaires du Supergroupe du Cap, plissées en une série de chaînes longitudinales orientées est-ouest.

Le bassin du Karoo est un bassin de plate-forme intracratonique, caractérisé par une subsidence régulière. Il est affecté par des intrusions de dolérite et de basalte, liées au volcanisme du Karoo au Jurassique inférieur.

La marge continentale sud-africaine, façonnée par la dislocation du Gondwana au Mésozoïque, est une marge passive qui a subi des épisodes de soulèvement post-rift et de réactivation tectonique.

Hydrogéologie

L'Afrique du Sud possède des ressources en eaux souterraines importantes mais inégalement réparties, la plupart des aquifères étant situés dans des domaines de roches fracturées. La majorité des recherches hydrogéologiques ont porté sur les aquifères du bassin du Karoo et les aquifères dolomitiques.

Les aquifères peuvent être divisés en plusieurs catégories :

Aquifères de socle fracturé : situés dans les roches cristallines du craton de Kaapvaal et des ceintures orogéniques. L'écoulement de l'eau y est contrôlé par les fractures, et les débits sont généralement faibles à modérés. Aquifères du Karoo : les aquifères les plus étendus, situés dans les grès et les schistes du Supergroupe du Karoo. Les intrusions de dolérite créent des zones de fracturation qui peuvent localement améliorer la productivité. Aquifères dolomitiques : situés dans les dolomies du Supergroupe du Transvaal, ils constituent d'importantes ressources en eau, notamment dans les provinces de Gauteng et du Nord-Ouest. Aquifères côtiers : situés dans les sables et les dépôts quaternaires le long des côtes, ils sont souvent exploités pour l'approvisionnement en eau potable.

Les ressources en eaux souterraines sont soumises à des pressions croissantes liées à la croissance démographique, à l'irrigation et aux variations climatiques.

Ressources naturelles

L'Afrique du Sud possède des ressources minérales exceptionnelles, qui constituent la base de son économie minière. Le pays détient les plus grandes réserves mondiales de platine (87,7 % du total mondial), de manganèse (80 %), de chrome (72,4 %) et d'or (29,7 %).

Or

L'Afrique du Sud a été le plus grand producteur d'or au monde pendant une grande partie du , et demeure l'un des premiers producteurs mondiaux. Les gisements d'or sont principalement situés dans le bassin du Witwatersrand, qui renferme les plus grandes réserves d'or connues au monde. L'exploitation aurifère est à l'origine de la ville de Johannesburg et a façonné l'histoire économique du pays.

Platine et métaux du groupe du platine (PGM)

L'Afrique du Sud est le premier producteur mondial de platine et de métaux du groupe du platine (PGM : palladium, rhodium, osmium, iridium, ruthénium). Les gisements de PGM sont principalement situés dans le complexe igné du Bushveld, qui renferme plus de 70 % des réserves mondiales de platine.

Chrome, manganèse et vanadium

L'Afrique du Sud est le premier producteur mondial de chrome, de manganèse et de vanadium. Les gisements de chrome et de vanadium sont également situés dans le complexe igné du Bushveld, tandis que les gisements de manganèse sont principalement localisés dans la province du Cap-Nord.

Charbon

L'Afrique du Sud est l'un des dix premiers producteurs mondiaux de charbon, avec d'importantes réserves dans le bassin du Karoo. Le charbon est principalement utilisé pour la production d'électricité et pour l'industrie pétrochimique (Sasol).

Diamants

Les diamants sud-africains, extraits de pipes kimberlitiques et de dépôts alluviaux, ont fait la renommée du pays. Les mines de Kimberley et de Cullinan (où fut découvert le plus grand diamant brut jamais trouvé, le Cullinan) sont parmi les plus célèbres.

Autres minéraux

L'Afrique du Sud produit également du fer, du titane, du zirconium, du nickel, du cuivre, du plomb, du zinc, de l'uranium, du phosphate et de la vermiculite.

Cartographie géologique