Sur la rive sud du lac Tchad, à environ 32 km à l'est du fleuve Chari, se dressent les inselbergs du Hadjer el Khamis (PLT, Fig. 1) [9,12]. À environ 20 km à l'ouest-sud-ouest du Hadjer el Khamis, deux pointements plus modestes, le Hadjer Bigli et le Hadjer el Kher, sont également connus [1–3]. D'après les premiers travaux, le Hadjer el Khamis et le Hadjer Bigli sont constitués de rhyolites hyperalcalines et le Hadjer el Kher de microgranite hyperalcalin. Ce magmatisme a été rattaché soit aux Younger Granites jurassiques du Nigeria, soit à un axe volcanique hyperalcalin néogène, qui irait du Cameroun au Tibesti [3].

Le Hadjer el Khamis comprend cinq rochers, dominant la plaine d'environ 140 m et disposés sur une surface de moins de 1 km². Il s'agit d'un gros piton isolé et de quatre rochers émergeant d'une base commune, quelques centaines de mètres plus au sud. Tous présentent la même structure, avec une partie inférieure massive grossièrement prismée verticalement en éléments de 1 à 1,5 m de section, et une partie supérieure plus élancée, à prismes verticaux de 50 à 80 cm de section. La roche est une rhyolite ignimbritique à petites fiammes, disposées horizontalement ou bien dispersées dans la masse (échantillon MKR11). Un filon métrique de rhyolite aphanitique traverse, sur quelques dizaines de mètres, la base du piton isolé au nord de l'ensemble, en direction N130°. Une importante fracturation sub-verticale affecte tout le substratum, selon une première famille de larges diaclases N0–10° et une deuxième, de diaclases plus fines N80–90°. L'ensemble suggère des lambeaux disséqués d'un vaste dôme-coulée, qui serait sorti du piton nord. Le Hadjer Bigli, plus modeste, ne fait qu'une quinzaine de mètres de haut. Il s'agit d'un petit dôme, orienté du nord au sud, de 500 m de long sur 200 m de large, constitué d'une rhyolite fluidale rougeâtre plus ou moins altérée et d'une rhyolite verte massive, exploitée en carrière (échantillon MKR1). Des filons de rhyolite verte recoupent en direction N. 30° la rhyolite rougeâtre. Le Hadjer el Kher, situé 3 km à l'ouest du Hadjer Bigli, est un petit dôme de 50 m sur 10 m, haut de 5 m, constitué de microgranite hyperalcalin, appartenant sans doute au cœur mieux cristallisé d'un dôme rhyolitique déblayé par l'érosion.

La rhyolite prismatique du Hadjer el Khamis et celle de la carrière du Hadjer Bigli présentent une texture eutaxitique et hyalo-microlitique porphyrique, à mésostase le plus souvent felsitique dévitrifiée. Dans la carrière, des passées restées très vitreuses montrent une texture sphérulitique fluidale. Dans les parties massives se développent des passées micropegmatitiques à agrégats granophyriques quartzo-feldspathiques.

On détermine des phénocristaux automorphes de quartz à lacunes de cristallisation et de feldpaths alcalins, des microphénocristaux en baguettes d'amphibole et des microcristaux de clinopyroxène, feldspaths alcalins et oxydes, dans un fond quartzo-felspathique. Les phases minérales ont été analysées à la microsonde électronique (CNRS–université–BRGM d'Orléans). Les grands feldspaths sont hétérogènes, à composition moyenne d'anorthose, avec des plages irrégulières plus sodiques (Ab_97–99 An_2–14) ou plus potassiques (Ab_2–14 Or_98–86), traduisant une cristallisation de type hyper-solvus. Les amphiboles pléochroı̈ques vert olive à vert malachite sombre, souvent altérées en amas fibreux de smectites ferrifères, sont de l'arfvedsonite (Na₂O % = 7,78–8,20 ; FeOt % = 35,19–36,29 ; Si = 7,99–8,00 ; Na = 2,41–2,57). Le pyroxène microprismatique pléochroı̈que vert pâle à vert anglais sombre est de l'acmite (Na₂O % = 13,27–13,52 ; Fe₂O₃t % = 34,17–34,48 ; Ac % = 93,10–94,80).

Deux échantillons des deux sites rhyolitiques ont été analysés (Tableau 1). La composition chimique en éléments majeurs (SiO₂ % = 72,76–74,07 ; Na₂O % = 3,16–4,67 ; K₂O % = 4,25–4,98) est celle des rhyolites hyperalcalines (A/NK = 0,78 à 0,85), définies comme des pantellérites, d'après les rapports en Al₂O₃ et FeO [14] (Fig. 2). La norme est fortement sursaturée (Qtz = 32–36) et hyperalcaline (Ac = 4,3–4,4 ; SiO₃Na₂ = 0,8–2,2). Cette composition chimique est en parfait accord avec la paragenèse magmatique à amphiboles et pyroxènes alcalins. Les pantellérites sont des laves alcalines acides peu communes, définies dans l'ı̂le de Pantelleria, au sud-ouest de la Sicile, dans une zone d'extension intra-plaque [5].

Les éléments incompatibles sont très abondants, avec des teneurs élevées en éléments lithophiles, NbTa et terres rares (somme des terres rares = 6900–9900 ppm), mais sans fractionnement très important (La_N/Yb_N = 18–22), les teneurs en éléments à forts potentiels ioniques étant également élevées. Les profils normalisés au manteau primitif (Fig. 3) montrent des anomalies négatives en Ba, Sr, Eu (Eu∗ = 0,25–0,35) et Ti, qui résultent très probablement de fractionnements de plagioclase, feldspaths alcalins et oxydes titanés. L'allure générale des profils avec le fractionnement des Terres Rares et l'enrichissement marqué en Rb, Th, U, Ta et Nb est parallèle à celle des OIB (Oceanic Island Basalt) [27]. Il pourrait s'agir d'un produit différencié hyper-alcalin d'un magma alcalin intra-plaque. Les profils sont très proches de ceux des pantellérites de Pantelleria [7]. Ils sont un peu plus évolués que ceux des pantellérites du plateau Kapsiki, à la terminaison nord de la Ligne du Cameroun [20], ou de celles du rift d'Éthiopie [28].

Les inselbergs du Hadjer el Khamis émergent des alluvions récentes de la cuvette tchadienne. Il n'est donc pas possible d'observer les relations des massifs volcaniques avec les formations antérieures d'âge Crétacé à Pliocène. Le Hadjer el Khamis est attribué au Maastrichtien, sur la base d'une mesure K/Ar à 68,9±1,4 Ma citée, sans autre précision, par Schroeter et Gear [26]. Au nord du lac Tchad, une rhyolite a été reconnue dans le forage de Sédigui (S1, Fig. 1), intrudant les formations du Santonien [8]. Ces éléments de datation suggèrent une activité rhyolitique vers la fin du Crétacé.

Les rhyolites du lac Tchad se situent à l'extrémité SSE du fossé d'Agadem et dans le prolongement nord-est du fossé de Bornu, qui appartiennent au système de rifts d'Afrique centre-occidentale (WCARS), d'âge fini-Jurassique à Actuel [10,11,23]. Deux phases majeures de rifting sont reconnues dans le fossé d'Agadem [16]. La première, au Crétacé inférieur, est caractérisée par des failles normales NW–SE, la seconde fini-sénonienne à paléogène, par des failles normales NNW–SSE. À la fin du Santonien, l'ouverture se serait faite dans un contexte transpressif, avec une direction de raccourcissement NW–SE. La partie SSE du fossé d'Agadem est alors affectée par des failles transverses dextres WSW–ENE, que l'on retrouve dans les fossés de Bongor et de Doba. Les rhyolites du Sud du lac Tchad sont disposées le long de l'une de ces failles transverses, rapportée à la tectonique fini-Crétacé (PLT, Fig. 1).

Plusieurs massifs de granites alcalins et hyperalcalins sont connus près de 300 km plus à l'est, entre le lac Tchad et le massif du Ouaddai [1–3] (CAO, Fig. 1). Ils constituent des coupoles zonées à cœur de granite, passant vers le haut à des rhyolites prismées. Leur morphologie est semblable à celles des dômes rhyolitiques du lac Tchad. La majorité d'entre eux est alignée selon la direction N10°E, sur une longueur de 165 km. Mais, en réalité, les massifs les plus importants, dans la partie centrale, sont disposés sur des failles transverses WSW–ENE, dans le prolongement de celles du Sud du lac Tchad. Il est donc aussi très probable que cette activité acide alcaline se rattache aux événements tectoniques se situant vers la fin du Crétacé.

À l'échelle régionale, dans toute la zone polycyclique située entre les cratons d'Afrique de l'Ouest et du Centre, de nombreuses intrusions alcalines intra-plaques anorogéniques sont connues. Ce sont (Fig. 1) : (A) au Paléozoı̈que, les complexes annulaires de l'Aı̈r au Niger ; (B) au Jurassique, les complexes annulaires du Nigeria ; (C) du Jurassique terminal au Néogène, les volcanites alcalines différenciées des différentes aires volcaniques du système des rifts d'Afrique centre-occidentale et du Tibesti ; (D) au Paléogène, les complexes alcalins de la Ligne du Cameroun.

(A) Les complexes annulaires de l'Aı̈r sont datés du tout début du Dévonien [17]. Ce sont des massifs volumineux de granites alcalins, syénites, leucogabbros et anorthosites en intrusions cylindriques et annulaires emboı̂tées, disposées sur un linéament nord–sud de 400 km [18]. Leur âge ancien et leur pétrographie diffèrent par trop de ceux des pantellérites du Tchad.

(B) Les complexes du Nigeria sont datés de 213 à 141 Ma [25,30]. Ils ressemblent à ceux de l'Aı̈r, dont ils pourraient être le prolongement méridional sur le même linéament, avec une plus grande proportion de roches granitiques. Malgré un âge plus récent, ce magmatisme est aussi pétrographiquement différent de celui du Tchad.

(C) Dans les aires volcaniques du système des rifts, on trouve : (1) dans l'Aı̈r (#1, Fig. 1), des phonolites et des trachytes comenditiques de l'Oligo-Pliocène, en extrusions au nord du fossé du Téfidet et au sud de l'Aı̈r [24] ; (2) dans le Biu (#2, Fig. 1), au nord-est du fossé de la Bénoué, des comendites et quelques pantellérites, datées de 143 à 137 Ma [15] ; (3) dans la moyenne Bénoué (#3, Fig. 1), des comendites datées à 113 Ma [29] ; (4) dans le Sud-Bénoué (#4, Fig. 1), des phonolites et des trachytes comenditiques, datés à 68 Ma [15]. Les rhyolites du Tchad pourraient être dans le prolongement nord-est de celles de la Bénoué ; cependant, ces dernières sont plutôt des comendites (VB, Fig. 2) et sont toujours associées, comme celles de l'Aı̈r, à d'abondants basaltes alcalins. Il en est de même pour les quelques comendites des complexes volcaniques de la Ligne du Cameroun (VLC, Fig. 2). L'aire volcanique du Tibesti comporte également quelques termes acides, comendites et pantellérites (VT, Fig. 2), différenciés des basaltes alcalins et d'âges récents [31].

(D) La Ligne du Cameroun comprend plus de 60 petits complexes anorogéniques alcalins et hyperalcalins, datés de 66 à 30 Ma, et un volcanisme alcalin, daté de 44 Ma à l'Actuel [6,19,21]. Les complexes s'alignent d'abord en direction N50°, dans la partie sud, puis en direction N30°, dans la partie nord, vers le lac Tchad. Ce sont de petits massifs de granites à biotite, granites alcalins, syénites et rares diorites et gabbros, en intrusions cylindriques, avec quelques emboı̂tements simulant des structures annulaires. Certains massifs montrent des produits hypovolcaniques à volcaniques avec des comendites et quelques pantellérites (PLC, Fig. 2), comme le Golda Zuelva (GZ, Fig. 1) à l'extrémité nord-est [20]. Il est raisonnable de mettre les rhyolites du Tchad dans le prolongement nord-nord-est des complexes alcalins de la Ligne du Cameroun, en raison d'une nette analogie pétrographique et chimique.

Les pantellérites du lac Tchad constituent des pointements modestes d'un plutono-volcanisme différencié et très alcalin. Leur contexte géotectonique est en relation avec l'ouverture des fossés tectoniques d'Agadem–lac Tchad et de la Bénoué. Cependant, le mode de mise en place et la pétrographie limitée aux termes acides les rattachent très probablement aux complexes alcalins de la Ligne du Cameroun. Ces rhyolites pourraient être d'âge fini-Crétacé à Paléocène, sur la base de données géochronologiques très succinctes, mais surtout en raison de leurs relations avec l'extension des fossés d'Agadem et du Bornu et avec l'alignement des intrusions alcalines du Nord-Est de la Ligne du Cameroun. Elles constitueraient donc le témoin extrême nord-nord-est, et sans doute un des plus précoces, du fonctionnement magmato-tectonique de la Ligne du Cameroun.