# Synthèse préliminaire des travaux menés sur le bassin de Benguela (Sud Angola) : implications sédimentologiques, paléontologiques et structurales

Andrea Buta-Neto, Tatiana da Silva Tavares, Didier Quesne, Michel Guiraud, Christian Meister, Bruno David, Maria-Luisa Morais

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Andrea Buta-Neto, Tatiana da Silva Tavares, Didier Quesne, Michel Guiraud, Christian Meister, et al.. Synthèse préliminaire des travaux menés sur le bassin de Benguela (Sud Angola) : implications sédimentologiques, paléontologiques et structurales. Africa Geoscience Review, 2006, 13 (3), pp.239-250. hal-00294906

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# Synthèse préliminaire des travaux menés sur le bassin de Benguela (Sud Angola) : implications sédimentologiques, paléontologiques et structurales

A. BUTA-NETO, T. DA SILVA TAVARES, D. QUESNE, M. GUIRAUD,
C. MEISTER, B. DAVID et M.-L. MORAIS

**Résumé** - Les travaux menés dans le bassin de Benguela ont apporté une moisson de nouvelles données de terrain quant à la période apto-albienne de ce secteur ouest-africain. Outre les résultats majeurs obtenus en ce qui concerne les faunes d'ammonites, jusqu'alors peu étudiées dans ce bassin et qui ont permis des corrélations indispensables pour la compréhension du fonctionnement de la sédimentation, cette étude a permis de mettre en évidence une compartimentation remarquable de la sédimentation et des structures de tectonique salifère. Des tels résultats ont une portée à la fois fondamentale et appliquée. En effet, le bassin de Benguela est un secteur privilégié pour observer la tectonique salifère en contexte onshore, ce qui permet notamment de comprendre le fonctionnement, les variations de comportement et les interrelations des structures en blocs basculés et en radeaux. Dans le prolongement, il est possible de réaliser des comparaisons fructueuses avec les données offshore.

Mots-clés - Tectonique salifère, relations tectonique-sédimentation, stratigraphie, marge angolaise, Albien

## New data from the Benguela basin: sedimentological, paleontological and structural implications

**Abstract** - The studies carried out in the Benguela Basin yielded a lot of new paleontological (ammonites), stratigraphical and structural data. These results present two main interests: academic and industrial, because the Benguela Basin is the only one which offers to observe the salt tectonic onshore in such good conditions. This particularity enables us to understand the behaviour variations of the rafts and pre-rafts, and their relationships with the Albian sedimentation. This characteristic offers possibilities to compare the onshore results with the offshore data.

**Key words** - Salt tectonic, tectonic sedimentation relationship, stratigraphy, Angolan margin, Albian.

## INTRODUCTION

Le bassin de la Kwanza est un des trois bassins côtiers de la marge angolaise (fig. 1). Il a été particulièrement étudié en raison de son fort potentiel pétrolier. Les plus récents de ces travaux (Duarte-Morais et al. 1990 ; Vendeville & Jackson 1992a et b ; Duval et al. 1992 ; Burke 1996 ; Raillard et al. 1997 ; Mauduit 1998 ; Cramez & Jackson 2000 ; Marton et al. 2000 ; Cobbold et al. 2001 ; Fort 2002 ; Hudec & Jackson 2002 ; Viana et al. 2003 et Leroy 2004) proposent des reconstitutions stratigraphiques et structurales à partir de profils sismiques offshore et de données de sub-surface. La connaissance du bassin reste toutefois très hétérogène et se limite entre les parallèles 2° et 10° de latitude

Sud. La partie plus méridionale qui nous intéresse ici (sous-bassin de Benguela, fig. 1 et 2) a été relativement peu étudiée. Les principaux travaux qui existent sur ce secteur sont ceux de Neto (1958), Antunes (1964), Duarte-Morais (2000), Guiraud et al. (2000), Binga & Da Silva (2000), Tavares (2006) et Buta-Neto (2006). Ces travaux sont principalement fondés sur des observations géologiques de terrain, comparées aux données de subsurface.

Ce travail, focalisé sur le bassin de Benguela (fig. 2), vise à comprendre tout particulièrement la mise en place des dépôts sédimentaires de l'Albien et le contexte qui les a influencés. Son intérêt est d'offrir de nouvelles données sur ce secteur, à partir de travaux terrain, ce qui n'a été que très peu réalisé jusqu'à
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1. Localisation du bassin de Benguela.
Location of the Benguela Basin.</figcaption></figure>

présent ; ceci devrait permettre de comparer les résultats obtenus aux abondantes données de profils sismiques offshore.

La configuration de la marge angolaise au Crétacé inférieur est étroitement liée aux trois stades d'ouverture de l'Atlantique Sud : pré-rift, syn-rift et post-rift.

## LITHOSTRATIGRAPHIE DU BASSIN DE LA KWANZA

Le bassin de la Kwanza (long de 300 km et large de 140 km Brognon & Verrier, 1966) est le plus étendu des bassins côtiers de la région angolaise. La sédimentation y débute à l'Aptien et se poursuit jusqu'à l'actuel.

Les dépôts sédimentaires ont été divisés en formations qui se sont mises en place pendant l'ouverture de l'Atlantique sud. Celles qui font l'objet de cette étude sont les suivantes (fig. 3) :

**Formation Sal massivo** – composée d'évaporites (gypse essentiellement et parfois sel) et de cargneules, cette formation est épaisse de 1 à plus de 50 m (dans le secteur de Dombe Grande, fig. 4) et datée de l'Aptien ;

**Formation Binga** – composée de carbonates azoïques et d'argilites, réputés lagunaires, cette formation, épaisse de 5 à 15 m, est datée de l'Aptien ;

**Formation Tuenza** – composée de dépôts détritiques fins (grès) à grossiers (conglomérats à galets de socle). Cette formation, épaisse de 0 à 50m, est datée de l'Albien ;

**Formation Catumbela** – composés de carbonates marins souvent dolomitisés, riches en oolithes et bioclastes, les calcaires de cette formation sont représentés sur tout le bassin de la Kwanza. Dans le bassin de Benguela, ils forment parfois des l'alaises de 300 m de hauteur (secteur de Catumbela). Ils sont datés de l'Albien (Tavares, 2006) ;

**Formation Quissonde** – essentiellement constituée par des argilites d'offshore, cette formation passe latéralement aux carbonates de la Formation Catumbela. Parfois, les argilites reposent sur les carbonates de la plate-forme. Cette formation est riche en macrofaunes (ammonites, échinides, gastéropodes Tavares, 2006) qui permettent de la dater de l'Albien.
Nous avons choisi quatre secteurs pour leur accessibilité, leur sécurité de travail (début de l'étude pendant la guerre) et la qualité de leurs affleurements (fig. 2). L'étude de plusieurs coupes levées dans ces secteurs nous permet de définir quatre associations de faciès sédimentaires caractérisant les principaux milieux de dépôt.

### Association A : faciès de bassin (offshore)

Ces faciès sont caractérisés par une prédominance des argilites, voire des marnes (Formation Quissonde). L'association est définie à partir d'observations qui traduisent des dépôts de milieu calme, situés sous la limite d'action des vagues de tempêtes. Elle présente de fréquentes bioturbations et une sédimentation détritique omniprésente, parfois sous la forme de chenaux ravinant les carbonates, parfois, sous la forme de grès à ciment calcaire observés en bancs dans les dépôts carbonatés.

Faciès A1- alternance d'argilites et de marnes d'épaisseur décimétrique à métrique, de couleur grise. à nombreuses faunes

d'ammonites. Ce faciès de texture wackestone est caractérisé par une matrice micritique à grains très fins, d'aspect homogène, avec des foraminifères planctoniques (Favusella, Ticinella, Hedbergella) et d'autres nombreux organismes pélagiques tels que les ammonites (Tavares, 2006).

Faciès A2- alternance de lits calcaires et marneux d'épaisseur centimétrique et de couleur beige à ocre avec parfois un faible litage. Le faciès pelloïdal, de texture wackestone, livre une microfaune benthique de petite taille (Marssonella, Glomospira et Textulariidae) ainsi qu'une macrofaune abondante constituée par des ammonites, des oursins et des lamellibranches.

Faciès A3- calcaire à miches ou alternances marne/calcaire d'épaisseur décimétrique et de couleur beige. Ce faciès de texture wackestone est caractérisé par de la micrite à spicules de spongiaires, essentiellement associés à des calcisphères et à des foraminifères à tests agglutinés ainsi qu'à des glauconites. Ce faciès livre quelques ammonites (Tavares, 2006).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 2. Carte géologique simplifiée du bassin de Benguela et localisation des secteurs étudiés. Simplified geological map of the Benguela Basin and location of the studied areas.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 3. Charte chronostratigraphique partuelle du bassin de la Kwanza.
*Parai chronostratigraphie chart of the Kwanza Basin*</figcaption></figure>

### Association B : faciès de talus, de rampe et/ou de plate-forme (shoreface)

Ces faciès de shoreface (Formation Catumbela) sont caractérisés par une prédominance des calcaires (sachant que le passage du faciès A au faciès B peut être progressif). Ils sont définis par des observations qui traduisent un hydrodynamisme de plus en plus important, ce qui est interprété comme traduisant un milieu de dépôt de moins en moins profond. Trois faciès composent cette association.

Faciès B1- calcaire oolithique de couleur beige, parfois lité. Ces calcaires de texture grainstone présentent des oolithes généralement bien classées, sans microfaune autochtone mais avec quelques algues (Dasycladales) qui peuvent servir de nucleus aux oolithes. Ces calcaires sont parfois associés à une quantité importante d'éléments détritiques terrigènes. Ce faciès présente des arguments en faveur d'une agitation permanente traduisant un milieu proximal.

Faciès B2- calcaire à petites lamines d'épaisseur millimétrique à centimétrique et de couleur beige à ocre. Ces calcaires peuvent se présenter en bancs d'épaisseur métrique, souvent ravinants à leur base, localement granoclassés et constitués de sédiments parfois remaniés par des courants de tempêtes. Ces calcaires de texture grainstone/packstone présentent des bioclastes de nature variée, emballés d'un ciment sparitique et rarement micritique. À ce faciès sont associés de gros foraminifères agglutinés ou à fornes robustes, des algues (Dasycladales) et de la glauconite. Ce faciès est donc caractérisé par une microfaune benthique et peut être interprété comme un peu plus distal.

Faciès B3- calcaire en bancs massifs de couleur blanche. L'absence ou la présence très réduite d'éléments détritiques terrigènes et l'existence de micrite sont les caractéristiques principales de ce faciès. La microfaune y est essentiellement constituée par des gastéropodes. La microfaune est rare et parfois constituée par de gros foraminifères. On y observe localement
des calcaires oncolitiques, souvent dolomitisés. Ces calcaires sont souvent micritiques ou à ciment sparitique. Ce faciès peut être interprété comme protégé de l'hydrodynamisme par des points hauts oolithiques, voire bioclastiques, et pourrait donc s'être mis en place topographiquement entre les faciès B1 et B2.

### Association C : faciès gréseux à figures de courant (shoreface supérieur)

Ce faciès de shoreface est caractérisé par une lithologie uniquement détritique (Formation Tuenza).

Il s'agit de grès à ciment carbonaté pouvant se trouver inclus dans les faciès du type A ou B, sous la forme de chenaux ravinant les carbonates. Ces dépôts, de couleur grise à blanchâtre, d'épaisseur centimétrique à métrique, sont souvent cimentés par de la sparite. Ils sont rarement associés à des bioclastes, et présentent parfois des figures sédimentaires comme des auges fluviatiles (faciès C1), ainsi que des rides asymétriques, voire des mégarides 2D ou 3D (parfois des dunes) indiquant des courants tractifs (faciès C2). On y observe également des figures sédimentaires de tempêtes.

### Association D : faciès évaporitique.

Dans ce faciès, les évaporites (Formation Sal massivo) sont constituées par des argilites, des cargneules et du gypse.

Ces faciès ont été cartographiés dans le bassin de Benguela (fig. 4).

## RESULTATS SEDIMENTOLOGIQUES
(FIG. 5)

### Secteur de Praïa da Hanba

La stratomie des dépôts est ici caractérisée par une alternance presque systématique des carbonates et des lits argileux, l'épaisseur de ces niveaux variant selon les points d'observation. Les faciès détritiques y sont omniprésents, soit sous forme diffuse dans les carbonates et les argilites, soit sous forme de fréquents chenaux gréseux sans structure sédimentaire visible.

Les carbonates et les marnes ont livré une abondante faune d'ammonites et d'oursins

(Tavares, 2006). La microfaune est abondante et diversifiée, soit benthique, soit planctonique.

À partir de la stratomie, des observations en lames minces, de la faune et de la microfaune rencontrées, et malgré l'absence de figures sédimentaires remarquables susceptibles d'affiner cette interprétation, nous montrons que les dépôts observés dans ce secteur sont essentiellement situés dans l'offshore, dans un milieu de bassin, voire de talus distal, nettement influencé par une sédimentation détritique localement chenalisante. La sédimentation de shoreface du milieu proximal ne devait pas être très éloignée, et l'on peut restituer ici une paléogéographie de type rampe à talus distal. D'autre part, nos observations stratomiques, ainsi que l'examen des quelques figures sédimentaires exploitables, nous permettent de penser que les dépôts sont ici globalement transgressifs.

### Secteur de Catumbela

Les dépôts rencontrés dans ce secteur se répartissent en deux familles :

- carbonates gréseux à oolithes et oncolites, parfois ravinés par des conglomérats à galets de socle ;

- carbonates argileux, marnes et argilites en alternance, qui livrent une faune d'ammonites (Tavares, 2006) et qui présentent fréquemment des chenalisations remplies par le même matériel.

Les arguments stratomiques et paléontologiques, ainsi que les microfaciès observés nous permettent de reconnaître : une rampe proximale gréso-carbonatée épaisse de shoreface, passant progressivement à un talus distal à marnes et argilites d'offshore. Certes, les trop rares figures sédimentaires observées dans les carbonates dolomités et intensément bioturbés n'autorisent pas une grande précision dans la définition des milieux de dépôt. Nous avons cependant pu voir que quelques rares figures de tempêtes, dont la morphologie en HCS à accrétion verticale, placent ces derniers dans le shoreface distal.

Dans ce secteur, les dépôts sont assez rapidement progradants vers un milieu distal à argilites d'offshore où les sédiments ductiles pouvaient glisser les uns sur les autres et créer les chenalisations intraformationnelles observées dans les coupes. D'un point de paléogéographique, le milieu devait ici être celui d'une rampe relativement étroite (quelques km),
appuyée sur le socle, et s'ouvrant vers le large par un talus distal. L'influence des tempêtes a laissé quelques traces de structures sédimentaires dans les carbonates dolomitisés du shoreface.

## Secteur de Santa Clara

Les affleurements montrent des dépôts gréso-carbonatés livrant une faune peu importante d'ammonites, et un dépôt parfois très abondant d'oolithes. Nous nous situons ici sur une plate-forme gréso-carbonatée, où la part de sédiments détritiques est à nouveau assez abondante, au point de former parfois des bancs gréseux sur plusieurs mètres d'épaisseur (Santa Clara ouest).

Les faciès sédimentaires visibles dans ce secteur (rides et mégarides 2D et 3D, figures en auges, HCS, gouttières) ainsi que les microfaciès sont toujours en faveur d'un milicu relativement proximal de shoreface. D'un point de vue paléogéographique, il s'agit ici d'une plate-forme carbonatée encore influencée par une sédimentation détritique parfois prépondérante. L'étude de ce secteur permet de voir que la production sédimentaire suit parfaitement les variations du taux d'accomodation imposées par une tectonique salifère intense (voir infra) ; en effet, l'augmentation de subsidence mise en évidence par l'analyse structurale est clairement compensée par la sédimentation de cordons oolithiques et de lagon dans le secteur de Santa Clara Ouest.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4. Répartition des principaux facies observés dans le bassin de Benguela. Main sedimentary facies studied in the Benguela Basin.</figcaption></figure>
## Secteur de Dombe Grande

Les faciès de ce secteur sont d'abord marqués par un milieu de shoreface attesté par la présence de carbonates gréseux (sans figures sédimentaires visibles, du fait de la dolomitisation et de la bioturbation) avec présence d'oolithes et de quelques ammonites. Ils se déposènî en grands clinoformes progradants de plate-forme, puis ils passent assez rapidement à des marnes et argilites à ammonites dans le contexte d'une zone distale en o.

## ÉVOLUTION SPATIALE DES CORTEGES SEDIMENTAIRES DU BASSIN DE BENGUELA

Les coupes levées dans les différents secteurs d'étude du bassin de Benguela constituent autant de données sédimentologiques et faciologiques qui ont permis d'établir une carte synthétique des faciès (fig. 4). De plus, les résultats sédimentologiques (Buta-Neto, 2006) et les horizons biostratigraphiques (Tavares, 2006), délinis à partir des faunes d'ammonites récoltées dans la zone d'étude (Tableau 1), permettent de bâtir un schéma de corrélation des différentes coupes de la série albienne dans le bassin de Benguela (fig. 5).

D'un point de vue sédimentologique, le bassin de Benguela peut être divisé en quatre compartiments :

- au Nord du bassin (Praia da Hanha - Lobito), les coupes sont très fréquemment constituées par des alternances d'argilites/marnes à ammonites et à microfaune planctonique d'offshore avec les horizons de 115 à H17 (faciès de type A). Cet ensemble traduit une séquence transgressive dans l'Albien.

- au centre (Catumbela), l'évolution est différente. Les alternances marno-calcaires à ammonites d'offshore évoluent rapidement vers des calcaires gréseux de shoreface et sont marquées par les horizons H17 et H1 (faciès de type B). Cette succession traduit une séquence régressive qui correspond à l'étage Albien.

- un peu plus au Sud, à Santa Clara, les coupes débutent avec des évaporites, suivies par des calcaires gréseux plus massifs de shoreface, correspondant à l'horizon H4 (faciès type D+C). Ici, la séquence albienne est transgressive.

- au Sud (Dombe Grande et Cuio), l'évolution est différente. Les alternances

marno-calcaires à ammonites d'offshore (horizons 111 à 1112) évoluent très rapidement vers des calcaires massifs de shoreface. Cette succession traduit une séquence régressive au sein de l'étage albien (faciès type A+B+C).

Ceci montre bien la compartimentation de la sédimentation albienne dans le bassin de Benguela.

Dans ce contexte de sédimentation différenciée, il faut noter également les importantes variations d'épaisseur que connaissent certains horizons. Dans certains niveaux, la sédimentation est nettement préservée, alors que pour d'autres s'observe un amalgame. Par exemple, l'horizon H17, épais d'environ 250 mètres dans le secteur de Catumbela (fig. 5), s'amincit considérablement vers le Nord, dans le secteur de Praia da Hanha, où il se réduit à 30 m d'épaisseur. Cette remarque est également valable pour H4 entre le secteur de Cuio - Dombe Grande et celui de Santa Clara (fig. 5).

<table><caption>Tableau 1. Horizons d'ammonites définis dans le bassin de Benguela (Tavares, 2006).</caption><thead><tr><th></th><th>Horizons d'ammonites</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="11">Albien supérieur</td><td>vicina (H17)</td></tr><tr><td>wintoni (H16)</td></tr><tr><td>rostratum (H15)</td></tr><tr><td>raymondi (1114)</td></tr><tr><td>conditum (H13)</td></tr><tr><td>angustum (H12)</td></tr><tr><td>rochai (H11)</td></tr><tr><td>Deiradoceras sp. (H10)</td></tr><tr><td>angolanum (H9)</td></tr><tr><td>pricei intermedium (H8)</td></tr><tr><td>choffati (H7)</td></tr><tr><td>stoliczkai A-B (H6)</td></tr><tr><td>stoliczkai (H5)</td></tr><tr><td>Albien moyen</td><td>Diploceras sp. (H4)</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5. Schéma synthétique de corrélation des coupes levées dans le bassin de Benguela.
Synthetic correlations in the Benguela basin</figcaption></figure>
Parallèlement, d'importants hiatus sédimentaires sont observés. Ainsi, à titre d'exemple, les horizons H8 à H10, préservés dans la coupe de Dombe Grande, sont équivalents à une surface (amalgame ?) dans celle de Cuio (fig. 5).

## STRUCTURATION DU BASSIN DE BENGUELA

Nous venons de voir, grâce aux études sédimentologiques (Buta-Neto, 2006) et paléontologiques (Tavares, 2006), qu'à l'Albien, la sédimentation est visiblement compartimentée. D'un autre point de vue, la marge atlantique albienne subit une période de détumescence thermique. Le bassin de Benguela, caractérisé comme nombre d'autres bassins africains par une importante sédimentation évaporitique au Crétacé inférieur, va être concerné par une tectonique salifère qui interagit fortement avec la sédimentation gréso-carbonatée. En effet, les secteurs choisis pour l'étude sédimentologique et paléontologique révèlent également une intéressante compartimentation structurale (fig. 6).

Le secteur de Praïa da Hanha est concerné par une argilocinèse marquée par de fréquents phénomènes de glissements intra-formationnels, ainsi que par des figures compressives à certains endroits et distensives à d'autres. Ici, la couche fragile est formée par les carbonates qui vont glisser sur un niveau de décollement représenté par les interbancs argileux et marneux.

Le secteur de Dombe Grande est marqué par l'absence de tout signe de tectonique salifère. Il est possible de replacer cette structuration dans le contexte de subsidence de la marge atlantique, comme cela a été montré par Mauduit (1998) ; il est également intéressant de comparer ces observations de terrain avec les travaux de modélisation analogique effectués par Vendeville & Jackson (1992).

Le secteur de Catumbela, caractérisé par une structuration en blocs basculés est également remarquable par l'importance de la sédimentation albienne qu'il accueille. Ce taux de sédimentation élevé aurait pu empêcher la croissance de diapirs de sel, comme cela a été montré de façon analogique par Vendeville & Jackson (1992).

En revanche, dans le secteur de Santa Clara, des diapirs intrusifs séparent des radeaux de plate-forme qui glissent sur la formation Sal massivo. Ainsi que cela a été modélisé par Vendeville & Jackson (1992), la sédimentation, moins importante qu'à Catumbela, n'empêche pas que le niveau ductile (Formation Sal massivo), fortement déformé par la masse de la couche fragile (Formation Catumbela) qui glisse dessus, réponde à cette contrainte en montant vers la surface sous la forme de diapirs remarquables dans le paysage du secteur.

Cette compartimentation structurale du bassin de Benguela peut vraisemblablement être reliée à la pente initiale du substratum de la Formation Sal massivo qui va conditionner le glissement gravitaire de la couche fragile sur le niveau ductile, lors de la phase de subsidence thermique. Les observations réalisées sur le terrain révèlent une variation dans la pente du substratum anté-salifère, en accord avec la compartimentation structurale du bassin (fig. 7).

## CONCLUSION

Ces travaux sur le bassin de Benguela (Buta-Neto, 2006 ; Tavares, 2006) ont montré que :

- la plate-forme gréso-carbonatée est datée de l'Albien ;

- les différents faciès sédimentaires rencontrés correspondent à des milieux de dépôt allant du shoreface médian à l'offshore ;

- le bassin de Benguela est un bassin de marge susceptible d'offrir en contexte onshore des conditions privilégiées pour observer à de telles échelles les structures mises en place par la tectonique salifère. Il a ainsi été possible de montrer que, d'une part, ce bassin est divisé en plusieurs parties dont chacune présente un comportement structural spécifique (fig. 7) et que, d'autre part, cette compartimentation s'effectue parallèlement à la marge, c'est-à-dire du Nord au Sud. Cette disposition est, sans doute, à rechercher dans la nature de la lithosphère et dans les modalités de l'ouverture de l'Øcan Atlantique sud au Crétacé inférieur, ce qui ouvre d'intéressantes perspectives de recherches.
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6. Partitionnement structural du bassin de Benguela
Figure 6. Structural partitioning of the Benguela basin.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 7.** Control of the salt deformation: the basal slope between the salt and the basement

**Figure 7.** Contrôle de la déformation salifère : la pente basale (interface sel/sol)</figcaption></figure>
*Remerciements* - Nous exprimons notre vive reconnaissance à Total Angola qui a apporté son précieux soutien à ces recherches initiées par Jean-Jacques Biteau et Jacques Lang.

## RÉFÉRENCES CITÉES

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