Structural Analysis of Networks

Network analysis naturally relies on graph theory and, more particularly, on the use of node and edge metrics to identify the salient properties in graphs. When building visual maps of networks, these metrics are turned into useful visual cues or are used interactively to filter out parts of a graph while querying it, for instance. Over the years, analysts from different application domains have designed metrics to serve specific needs. Network science is an inherently cross-disciplinary field, which leads to the publication of metrics with similar goals; different names and descriptions of their analytics often mask the similarity between two metrics that originated in different fields. Here, we study a set of graph metrics and compare their relative values and behaviors in an effort to survey their potential contributions to the spatial analysis of networks.

Cluster kernels for semisupervised classification of VHR urban images

In this paper, we present and apply a semisupervised support vector machine based on cluster kernels for the problem of very high resolution image classification. In the proposed setting, a base kernel working with labeled samples only is deformed by a likelihood kernel encoding similarities between unlabeled examples. The resulting kernel is used to train a standard support vector machine (SVM) classifier. Experiments carried out on very high resolution (VHR) multispectral and hyperspectral images using very few labeled examples show the relevancy of the method in the context of urban image classification. Its simplicity and the small number of parameters involved make it versatile and workable by unexperimented users.

Geological setting of the Guelb Moghrein Fe oxide-Cu-Au-Co mineralization, Akjoujt area, Mauritania

The Guelb Moghrein Fe oxide-Cu-Au-Co deposit is located at the western boundary of the West African craton in NW Mauritania. The wall rocks to the mineralization represent a meta-volcanosedimentary succession typical of Archaean greenstone belts. Two types of meta-volcanic rocks are distinguished: (1) volcanoclastic rocks of rhyodacite-dacite composition (Sainte Barbe volcanic unit), which form the stratigraphic base; (2) tholeiitic andesites-basalts (Akjoujt meta-basalt unit). The trace element signature of both types is characteristic of a volcanic arc setting. A small meta-pelitic division belongs to the Sainte Barbe volcanic unit. A meta-carbonate body, which contains the mineralization, forms a tectonic lens in the Akjoujt meta-basalt unit. It can be defined by the high X(mg) (=36) of Fe-Mg carbonate, the REE pattern and the delta(13)C values of -18 to -17 parts per thousand as a marine precipitate similar to Archaean banded iron formation (BIF). Additionally, small slices of Fe-Mg clinoamphibole-chlorite schist in the meta-carbonate show characteristics of marine shale. This assemblage, therefore, does not represent an alteration product, but represents an iron formation unit deposited on a continental shelf, which probably belongs to the Lembeitih Formation. The hydrothermal mineralization at 2492 Ma was contemporaneous with regional D(2) thrusting of the Sainte Barbe volcanic unit and imbrications of the meta-carbonate in the upper greenschist facies. This resulted in the formation of an ore breccia in the meta-carbonate, which is enriched in Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Mo, As and Au. Massive sulphide ore breccia contains up to 20 wt% Cu. The ore fluid was aqueous-carbonic in nature and either changed its composition from a Mg-rich oxidizing to an Fe-rich reducing fluid or the two fluid types mixed at the trap site. All lithologies at Guelb Moghrein were deformed by D(3) thrusting to the east in the lower greenschist facies. The mobility of REE in the retrogressed rocks explains the formation of a second generation of hydrothermal monazite, which was dated at c. 1742 Ma. Archaean rocks of the West African craton extend to the west to Guelb Moghrein. The active continental margin was deformed and mineralized in the Late Archaean-Early Proterozoic and again reactivated in the Mid-Proterozoic and Westphalian, showing that the western boundary of the craton was reactivated several times.

Temperature-dependent elasticity of microtubules

Central to the biological function of microtubules is their ability to modify their length which occurs by addition and removal of subunits at the ends of the polymer, both in vivo and in vitro. This dynamic behavior is strongly influenced by temperature. Here, we show that the lateral interaction between tubulin subunits forming microtubule is strongly temperature dependent. Microtubules deposited on prefabricated substrates were deformed in an atomic force microscope during imaging, in two different experimental geometries. Microtubules were modeled as anisotropic, with the Young's modulus corresponding to the resistance of protofilaments to stretching and the shear modulus describing the weak interaction between the protofilaments. Measurements involving radial compression of microtubules deposited on flat mica confirm that microtubule elasticity depends on the temperature. Bending measurements performed on microtubules deposited on lithographically fabricated substrates show that this temperature dependence is due to changing shear modulus, implying that the lateral interaction between the protofilaments is strongly determined by the temperature. These measurements are in good agreement with previously reported measurements of the disassembly rate of microtubules, demonstrating that the mechanical and dynamic properties of microtubules are closely related.

Formation of chlorite during thrust fault reactivation. Record of fluid origin and P-T conditions in the Monte Perdido thrust fault (southern Pyrenees)

The chemical and isotopic compositions of clay minerals such as illite and chlorite are commonly used to quantify diagenetic and low-grade metamorphic conditions, an approach that is also used in the present study of the Monte Perdido thrust fault from the South Pyrenean fold-and-thrust belt. The Monte Perdido thrust fault is a shallow thrust juxtaposing upper Cretaceous-Paleocene platform carbonates and Lower Eocene marls and turbidites from the Jaca basin. The core zone of the fault, about 6 m thick, consists of intensely deformed clay-bearing rocks bounded by major shear surfaces. Illite and chlorite are the main hydrous minerals in the fault zone. Illite is oriented along cleavage planes while chlorite formed along shear veins (< 50 mu m in thickness). Authigenic chlorite provides essential information about the origin of fluids and their temperature. delta O-18 and delta D values of newly formed chlorite support equilibration with sedimentary interstitial water, directly derived from the local hanging wall and footwall during deformation. Given the absence of large-scale fluid flow, the mineralization observed in the thrust faults records the P-T conditions of thrust activity. Temperatures of chlorite formation of about 240A degrees C are obtained via two independent methods: chlorite compositional thermometers and oxygen isotope fractionation between cogenetic chlorite and quartz. Burial depth conditions of 7 km are determined for the Monte Perdido thrust reactivation, coupling calculated temperature and fluid inclusion isochores. The present study demonstrates that both isotopic and thermodynamic methods applied to clay minerals formed in thrust fault are useful to help constrain diagenetic and low-grade metamorphic conditions.

Entrained macrocryst minerals as a key to the source region of olivine nephelinites: Humberg, Kaiserstuhl, Germany

Olivine nephelinites commonly contain macrocrysts of olivine and clinopyroxene. Some of these macrocrysts might represent fragments of the source region of the host magma transported to the Earth surface. If this hypothesis is correct these fragments can be used to characterize the composition of the source region and to put constraints on the magma generation process. In this study, we investigate the origin of macrocrysts and mineral aggregates from an olivine nephelinite from the Kaiserstuhl, Germany. We focus on clinopyroxenes (Cpx), which can be divided into three groups. Cpx I is relict Cpx from aggregates with deformed olivine that is depleted in Ca and characterized by strong light rare earth element (LREE) fractionation, low Ti/Eu and negative high field strength element (HFSE) anomalies. Its geochemical signature is consistent with formation by carbonatite metasomatism and with equilibration in the Presence of orthopyroxene. Cpx II is Ca-rich Cpx, forming both aggregates with deformed olivine and individual macrocrysts. The LREE, as for Cpx I, are strongly fractionated. Convex REE patterns may be present. The depletion in HFSE is less pronounced. Cpx III is oscillatory zoned Cpx phenociysis showing enrichment in Ca, convex REE patterns and no HFSE anomalies. The transition in the trace element abundances between the Cpx of the three groups is gradual. However, Cpx I and H did not crystallize from the host magma, as demonstrated by the presence of kink-bands and undulose extinction in the associated olivine and by the composition of alkali aluminosilicate glass inclusions in Cpx H. Based on the Cpx relationships, we interpret the studied suite of macrocrysts and mineral aggregates as a mixture of disintegrated fragments of the source region of the host olivine nephelinite. The process of melt generation was multi-stage. A primary carbonatite melt ascending from deeper levels in the mantle, probably from the dolomite-garnet peridotite stability field, reacted with mantle peridotite along the solidus ledge in the system lherzolite-CO2 (< 20-22 kbar) and started to crystallize carbonate minerals. Because of its low solidus temperature, the resulting carbonate-wehrlite assemblage melted incongruently with the formation of additional clinopyroxene. The carbonatite melt evolved during crystallization of carbonate minerals and concomitant incongruent melting of the carbonate-wehrlite, accompanied by the segregation of incipient alkali aluminosilicate melts. As a consequence of fast reaction rates in the presence of a carbonatite melt, this process probably took place under disequilibrium conditions. Further melting of the assemblage wehrlite + alkali aluminosilicate melt led to the generation of the olivine nephelinite magma. It entrained fragments of the wehrlite and brought them to the surface.

Atlas-based segmentation of pathological brain MR images

We propose a method for brain atlas deformation inpresence of large space-occupying tumors, based on an apriori model of lesion growth that assumes radialexpansion of the lesion from its starting point. First,an affine registration brings the atlas and the patientinto global correspondence. Then, the seeding of asynthetic tumor into the brain atlas provides a templatefor the lesion. Finally, the seeded atlas is deformed,combining a method derived from optical flow principlesand a model of lesion growth (MLG). Results show that themethod can be applied to the automatic segmentation ofstructures and substructures in brains with grossdeformation, with important medical applications inneurosurgery, radiosurgery and radiotherapy.

The Fry method applied to an augen orthogneiss: Problems and results

The application of the Fry method to measure strain in deformed porphyritic granites is discussed. This method requires that the distribution of markers has to satisfy at least two conditions. It has to be homogeneous and isotropic. Statistics on point distribution with the help of a Morishita diagram can easily test homogeneity. Isotropy can be checked with a cumulative histogram of angles between points. Application of these tests to undeformed (Mte Capanne granite, Elba) and to deformed (Randa orthogneiss, Alps of Switzerland) porphyritic granite reveals that their K-feldspars phenocrysts both satisfy these conditions and can be used as strain markers with the Fry method. Other problems are also examined. One is the possible distribution of deformation on discrete shear-bands. Providing several tests are met, we conclude that the Fry method can be used to estimate strain in deformed porphyritic granites. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Petrology and chemistry of the Chalten Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the Miocene

Résumé Scientific:Pétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe sujet de cette thèse est le Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC), situé à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (49°15'S). Ce complexe s'est mis en place au début du Miocène, dans un contexte de changements tectoniques importants. La géométrie et la vitesse de migration des plaques en Patagonie a été modifiée suite l'ouverture de la plaque Farallon il y a 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) et la subduction de la ride active du Chili sous la plaque sud-américaine il y a 14Ma (Cande and Leslie 1986). Les effets de cette reconfiguration tectonique sur la morphologie et le magmatisme de la plaque supérieure sont encore sujets à discussion. Dans ce contexte, un groupe d'intrusions miocènes - telle que le CHPC - est particulièrement intriguant, car en position transitionnelle entre le batholithe patagonien et l'arc volcanique cénozoïque et récent à l'ouest, et les laves de plateau de Patagonie à l'est (Fig. 1). A cause de leur position tectonique transitoire, ces plutons isolés hors du batholithe représentent un endroit clé pour comprendre les interactions entre la tectonique à large échelle et le magmatisme en Patagonie. Ici, je présente de nouvelles données de terrain, petrologiques, géochimiques et géochronologiques dans le but de caractériser la nature du CHPC, qui était largement inconnu avant cette étude, dans le but de tester l'hypothèse de migration de l'arc et erosion par subduction.Les résultats de l'investigation géochimique (chapitre 2) montrent que le CHPC n'est qu'un exemple parmi les plutons isolés d'arrière arc ave une composition calco-alcaline caractéristique, c-à-d une signature d'arc. La plupart de ces plutons isolés ont une composition alcaline. Le CHPC, contrairement, a une signature calco-alcaline avec Κ intermédiaire, tel que le batholithe patagonien et la plupart des roches volcaniques quaternaires liées à l'arc le long des Andes.De nouvelles données géochronologiques U-Pb de haute précision sur des zircons, acquis par TIMS, sur le CHPC donnent des âges entre 17.0 et 16.4Ma. Les âges absolus sont en accord avec la séquence intrusive déduite des relations de terrain (chapitre 1). Ces données sont les premières contraintes d'âge U-Pb sur le CHPC. Elles montrent clairement que l'histoire magmatique du CHPC n'a pas de lien direct avec la subduction de la ride à cette latitude (Cande and Leslie 1986), car le complexe est au moins 6Ma plus ancien.Une comparaison en profondeur avec les autres intrusions d'âge Miocène en Patagonie révèlent - pour la première fois - une évolution temporelle intéressante. Il y a une tendance E-W distincte au magmatisme calco-alcalin entre 20-16Ma avec une diminution de l'âge vers l'est - le CHPC est l'expression la plus orientale de cette tendance. Je suggère que la relation espace-temps reflète une migration vers l'est (vers le continent) de l'arc magmatique. Je propose que le facteur principal contrôlant cette migration est la subduction rapide suite à la reconfiguration de la vitesse des plaques tectoniques après l'ouverture la plaque Farallon (à ~26Ma) qui résulterait en une déformation importante ainsi qu'à des taux élevés d'érosion dans la fosse de subduction.Les rapports d'isotopes radiogéniques (Pb, Sr, Nd) élevés, une signature 6018 basse et un rapport Th/La élevé sont des paramètres distinctifs pour les roches mafiques du CHPC. Le modèle isotopique présenté (chapitre 2) suggère que cette signature reflète une contamination de la source, dans le coin de manteau, plutôt qu'une contamination crustale. La signature des éléments en trace du CHPC indiquent que le coin de manteau a été contaminé par des composés terrigènes, le plus vraisemblablement par des sédiments paléozoïques.Les travaux de terrain, la pétrographie et la géothermobarométrie ont été utilisés dans le but de comprendre l'histoire interne du CHPC (chapitre 3). Ces données suggèrent deux niveaux distincts de cristallisation : l'un dans la croûte moyenne (6 à 4.5kbar) et l'autre à un niveau peu profond (3.5 à 2kbar). La modélisation isotopique AFC de la contamination crustale indique des taux variables d'assimilation, qui ne sont pas corrélés avec le degré de différenciation. Cela suggère que différents volumes de magma se sont différenciés en profondeur, de façon indépendante. Cela implique que le CHPC se serait formés en plusieurs puises de magmas provenant d'au moins trois sources différentes. Les textures des granodiorites et des granites indiquent des teneurs élevées en cristaux avant la mise en place et, par conséquent, des températures d'emplacement faibles. Les observations de terrain montrent que les roches mafiques sont déformées, alors que ce n'est pas le cas pour les granodiorites et granites (plus jeunes). La déformation des roches mafiques est encore sujet de recherche, afin de savoir si elle est liée à la déformation régionale en régime compressif ou à l'emplacement lui-même. Cependant, la mise en place de grand volume de magma felsique riche en cristaux suggère un régime d'extension.Scientific Abstract:Petrology and chemistry of the Chaltén Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the MioceneThe subject of this thesis is the Chaltén Plutonic Complex (CHPC) located at the frontier between Chile and Argentina in Patagonia (at 49° 15 'Southern latitude). This complex intruded during early Miocene in a context of major tectonics changes. The plate geometry of Patagonia has been modified by changes in the plate motions after the break up of the Farallôn plate at 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) and by the subduction of the Chile spreading Ridge beneath South-America at 14 Ma (Cande and Leslie 1986). The effects of this tectonic setting on the morphology and the magmatism of the overriding plate are a matter of on-going discussion. Particularly intriguing in this context is a group of isolated Miocene intrusions - like the CHPC - which are located in a transitional position between the Patagonian Batholith and the Cenozoic and Recent volcanic arc in the West, and the Patagonian plateau lavas in the East (Fig. 1). Due to their transient tectonic position these isolated plutons outside the batholith represent a key to understanding the interaction between global-scale tectonics and magmatism in Patagonia. Here, I present new field, penological, geochemical and geochronological data to characterize the nature of the CHPC, which was largely unknown before this study, in order to test the hypothesis of time- transgressive magmatism.The results of the geochemical investigation (Chapter 2) show that the CHPC is only one among these isolated back-arc plutons with a characteristic calc-alkaline composition, i.e. arc signature. Most of these isolated intrusives have an alkaline character. The CHPC, in contrast, has a medium Κ calc-alkaline signature, like the Patagonian batholith and most of the Quaternary arc-related volcanic rocks along the Andes.New high precision TIMS U-Pb zircon dating of the CHPC yield ages between 17.0 to 16.4 Ma. The absolute ages support the sequence of intrusion relations established in the field (Chapter 1). These data are the first U-Pb age constraints on the CHPC, and clearly show that the magmatic history of CHPC has no direct link to the subduction of the ridge, since this complex is at least 6 Ma older than the time of collision of the Chile ridge at this latitude (Cande and Leslie 1986).An in-depth comparison with other intrusion of Miocene age in Patagonia reveals - for the first time - an interesting temporal pattern. There is a distinct E-W trend of calc-alkaline magmatism between 20-16 Ma with the younging of ages in the East - the CHPC is the easternmost expression of this trend. I suggest that this time-space relation reflects an eastward (landward) migration of the magmatic arc. I propose that main factor controlling this migration is the fast rates of subduction after the major reconfigurations of the plate tectonic motions after the break up of the Farallôn Plate (at -26 ) resulting in strong deformation and high rates of subduction erosion.High radiogenic isotope ratios (Pb, Sr, Nd) ratios, low 5018 signature and high Th/La ratios in mafic rocks are distinctive features of the CHPC. The presented isotopic models (Chapter 2) suggest that this signature reflects source contamination of the mantle wedge rather than crustal contamination. The trace element signature of the CHPC indicates that the mantle wedge was contaminated with a terrigenous component, most likely from Paleozoic sediments.Fieldwork, petrography and geothermobarometry were used to further unravel the internal history of the CHPC (Chapter 3). These data suggest two main levels of crystallization: one a mid crustal levels (6 to 4.5 kbar) and other a shallow level (3.5 to 2 kbar). Isotopic AFC modeling of crustal contamination indicate variable rates of assimilation, which are not correlated with the degree of differentiation. This suggests that different batches of magma differentiate independently at depths. This implies that the CHPC would have formed by several pulses of magmas from at least 3 different sources. Textures of granodiorites and granites indicate a high content of crystals previous to the emplacement and consequently low emplacement temperatures. Field observations show that the mafic rocks are deformed, whereas the (younger) granodiorites and granites are not. It is still subject of investigation whether the deformation of the mafic rocks is related to regional deformation during a compressional regime or to the emplacement it self. However, the emplacement of huge amount of crystal rich felsic magmas suggests an extensional regime.Résumé Grand PublicPétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC) est un massif montagneux situé à 49°S à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (région la plus au sud de l'Amérique du Sud). Il est composé de montagnes qui peuvent atteindre plus de 3000 mètres d'altitude, telles que le Cerro Fitz Roy (3400m) et le Cerro Torre (3100m). Ces montagnes sont composées de roches plutoniques, c.-à-d. des magmas qui se sont refroidis et ont cristallisés sous la surface terrestre.La composition chimique de ces roches montre que les magmas, qui ont formé ce complexe plutonique, font partie d'un volcanisme d'arc. Celui-ci se forme lorsqu'une plaque océanique plonge sous une plaque continentale. Les géologues appellent ce processus « subduction ». Dans un tel scénario, le manteau terrestre, qui se fait prendre entre ces deux plaques, fond pour former ainsi du magma. Ce magma remonte à travers la plaque continentale vers la surface. Si celui-ci atteint la surface, il forme les roches volcaniques, comme par exemple des laves. S'il n'atteint pas la surface, le magma se refroidit pour former finalement les roches plutoniques.Le long de la marge ouest d'Amérique du Sud, la plaque Nazca - qui se situe au sud-est de la plaque océanique pacifique - passe en dessous de la plaque d'Amérique du Sud. La bordure ouest du sud de la plaque sud-américaine a également été affectée par d'autres processus tectoniques, tels que des changements dramatiques dans les déplacements de plaques (il y a 25Ma) et la collision de la ride du Chili (depuis 15 Ma jusqu'à aujourd'hui). Ces caractéristiques tectoniques et magmatiques font de cette région un haut lieu pour les géologues. La plaque Nazca, s'est formée suite à l'ouverture d'une plaque océanique plus ancienne, il y a 25Ma. Cette ouverture est liée aux vitesses de subduction les plus rapides jamais connues. La ride du Chili est l'endroit où le sol de l'Océan Pacifique s'ouvre, formant deux plaques océaniques : les plaques Nazca et Antarctique. La ride du Chili subducte sous la plaque sud-américaine depuis 15Ma, en association avec la formation de grands volumes de magma ainsi que des changements morphologiques importants. La question de savoir lequel de ces changements tectoniques globaux affecte la géologie et la géographie de Patagonie a été, et est encore, discutée pendant de nombreuses années. De nombreux chercheurs suggèrent que la plupart des caractéristiques morphologiques et magmatiques en Patagonie sont liés à la subduction de la ride du Chili, mais cette suggestion est encore débattue comme le montre notre étude.Le batholithe de Patagonie du sud (SPB) est un énorme massif composé de roches plutoniques et il s'étend tout au long de la côte ouest de Patagonie (au sud de 47°S). Ces roches correspondent certainement aux racines d'un ancien arc volcanique, qui a été soulevé et érodé. Le CHPC, ainsi que d'autres petites intrusions dans la région, se situe dans une position exotique, à 100km à l'est du SPB. Certains chercheurs suggèrent que ces intrusions pourraient être liées à la subduction de la ride du Chili.Afin de débattre de cette problématique, nous avons utilisé différentes méthodes géochronologiques pour déterminer l'âge du CHPC et le comparer (a) à l'âge des roches intrusives similaires du SPB et (b) à l'âge de la collision de la ride du Chili. Dans ce travail, nous prouvons que le CHPC s'est formé au moins 7Ma avant la collision avec la ride du Chili. Sur la base des âges du CHPC et de la composition chimique de ses roches et minéraux, nous proposons que le CHPC fait partie d'un arc volcanique ancien. La migration de l'arc volcanique plus profondément dans le continent résulte de la grande vitesse de subduction entre 25 et lOMa. Des caractéristiques évidentes pour un tel processus - telles qu'une déformation importante et une vitesse d'érosion élevée - peuvent être rencontrées tout au long de la bordure ouest de l'Amérique du sud.

The variability of peridotite composition across a mantle shear zone (Lanzo massif, Italy): interplay of melt focusing and deformation

In this paper we present new data on the spatial variability of peridotite composition across a kilometer-scale mantle shear zone within the Lanzo massif (Western Alps, Italy). The shear zone separates the central from the northern part of the massif. Plagioclase peridotite shows gradually increasing deformation towards the shear zone, from porphyroclastic to mylonitic textures in the central body, while the northern body is composed of porphyroclastic rocks. The peridotite displays a large range of compositions, from fertile peridotite to refractory harzburgite and dunite. Deformed peridotites (proto-mylonite and mylonites) tend to be compositionally more homogeneous and fertile than weakly deformed peridotites. The composition of most plagioclase peridotites show rather high and constant (Ce/Yb) (N) ratios, and Yb (N) that cannot be explained by any simple melting model. Instead, refertilization modeling, consisting of melt increments from spinel peridotite sources, particularly with E-MORB melt, reasonably reproduces the plagioclase peridotite whole rock composition. Combined with constraints from Ce-Nb and Ce-Th systematics, we speculate that peridotites such as those from Lanzo record pervasive refertilization processes in the thermal boundary layer. In this scenario, mantle shear zones might act as important areas of melt focusing in the upper mantle that separates the thermal boundary layer from the conductively cooled mantle.

TECTONICS OF THE HELVETIC NAPPE SYSTEM (W SWITZERLAND): CONTROL OF STRAIN LOCALIZATION AND BASEMENT-COVER DEFORMATION. Insights from models based on continuum mechanics

The Helvetic nappe system in Western Switzerland is a stack of fold nappes and thrust sheets em-placed at low grade metamorphism. Fold nappes and thrust sheets are also some of the most common features in orogens. Fold nappes are kilometer scaled recumbent folds which feature a weakly deformed normal limb and an intensely deformed overturned limb. Thrust sheets on the other hand are characterized by the absence of overturned limb and can be defined as almost rigid blocks of crust that are displaced sub-horizontally over up to several tens of kilometers. The Morcles and Doldenhom nappe are classic examples of fold nappes and constitute the so-called infra-Helvetic complex in Western and Central Switzerland, respectively. This complex is overridden by thrust sheets such as the Diablerets and Wildhörn nappes in Western Switzerland. One of the most famous example of thrust sheets worldwide is the Glariis thrust sheet in Central Switzerland which features over 35 kilometers of thrusting which are accommodated by a ~1 m thick shear zone. Since the works of the early Alpine geologist such as Heim and Lugeon, the knowledge of these nappes has been steadily refined and today the geometry and kinematics of the Helvetic nappe system is generally agreed upon. However, despite the extensive knowledge we have today of the kinematics of fold nappes and thrust sheets, the mechanical process leading to the emplacement of these nappe is still poorly understood. For a long time geologist were facing the so-called 'mechanical paradox' which arises from the fact that a block of rock several kilometers high and tens of kilometers long (i.e. nappe) would break internally rather than start moving on a low angle plane. Several solutions were proposed to solve this apparent paradox. Certainly the most successful is the theory of critical wedges (e.g. Chappie 1978; Dahlen, 1984). In this theory the orogen is considered as a whole and this change of scale allows thrust sheet like structures to form while being consistent with mechanics. However this theoiy is intricately linked to brittle rheology and fold nappes, which are inherently ductile structures, cannot be created in these models. When considering the problem of nappe emplacement from the perspective of ductile rheology the problem of strain localization arises. The aim of this thesis was to develop and apply models based on continuum mechanics and integrating heat transfer to understand the emplacement of nappes. Models were solved either analytically or numerically. In the first two papers of this thesis we derived a simple model which describes channel flow in a homogeneous material with temperature dependent viscosity. We applied this model to the Morcles fold nappe and to several kilometer-scale shear zones worldwide. In the last paper we zoomed out and studied the tectonics of (i) ductile and (ii) visco-elasto-plastic and temperature dependent wedges. In this last paper we focused on the relationship between basement and cover deformation. We demonstrated that during the compression of a ductile passive margin both fold nappes and thrust sheets can develop and that these apparently different structures constitute two end-members of a single structure (i.e. nappe). The transition from fold nappe to thrust sheet is to first order controlled by the deformation of the basement. -- Le système des nappes helvétiques en Suisse occidentale est un empilement de nappes de plis et de nappes de charriage qui se sont mis en place à faible grade métamorphique. Les nappes de plis et les nappes de charriage sont parmi les objets géologiques les plus communs dans les orogènes. Les nappes de plis sont des plis couchés d'échelle kilométrique caractérisés par un flanc normal faiblement défor-mé, au contraire de leur flanc inverse, intensément déformé. Les nappes de charriage, à l'inverse se caractérisent par l'absence d'un flanc inverse bien défini. Elles peuvent être définies comme des blocs de croûte terrestre qui se déplacent de manière presque rigide qui sont déplacés sub-horizontalement jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres. La nappe de Mordes et la nappe du Doldenhorn sont des exemples classiques de nappes de plis et constitue le complexe infra-helvétique en Suisse occidentale et centrale, respectivement. Ce complexe repose sous des nappes de charriages telles les nappes des Diablerets et du Widlhörn en Suisse occidentale. La nappe du Glariis en Suisse centrale se distingue par un déplacement de plus de 35 kilomètres qui s'est effectué à la faveur d'une zone de cisaillement basale épaisse de seulement 1 mètre. Aujourd'hui la géométrie et la cinématique des nappes alpines fait l'objet d'un consensus général. Malgré cela, les processus mécaniques par lesquels ces nappes se sont mises en place restent mal compris. Pendant toute la première moitié du vingtième siècle les géologues les géologues ont été confrontés au «paradoxe mécanique». Celui-ci survient du fait qu'un bloc de roche haut de plusieurs kilomètres et long de plusieurs dizaines de kilomètres (i.e., une nappe) se fracturera de l'intérieur plutôt que de se déplacer sur une surface frictionnelle. Plusieurs solutions ont été proposées pour contourner cet apparent paradoxe. La solution la plus populaire est la théorie des prismes d'accrétion critiques (par exemple Chappie, 1978 ; Dahlen, 1984). Dans le cadre de cette théorie l'orogène est considéré dans son ensemble et ce simple changement d'échelle solutionne le paradoxe mécanique (la fracturation interne de l'orogène correspond aux nappes). Cette théorie est étroitement lié à la rhéologie cassante et par conséquent des nappes de plis ne peuvent pas créer au sein d'un prisme critique. Le but de cette thèse était de développer et d'appliquer des modèles basés sur la théorie de la méca-nique des milieux continus et sur les transferts de chaleur pour comprendre l'emplacement des nappes. Ces modèles ont été solutionnés de manière analytique ou numérique. Dans les deux premiers articles présentés dans ce mémoire nous avons dérivé un modèle d'écoulement dans un chenal d'un matériel homogène dont la viscosité dépend de la température. Nous avons appliqué ce modèle à la nappe de Mordes et à plusieurs zone de cisaillement d'échelle kilométrique provenant de différents orogènes a travers le monde. Dans le dernier article nous avons considéré le problème à l'échelle de l'orogène et avons étudié la tectonique de prismes (i) ductiles, et (ii) visco-élasto-plastiques en considérant les transferts de chaleur. Nous avons démontré que durant la compression d'une marge passive ductile, a la fois des nappes de plis et des nappes de charriages peuvent se développer. Nous avons aussi démontré que nappes de plis et de charriages sont deux cas extrêmes d'une même structure (i.e. nappe) La transition entre le développement d'une nappe de pli ou d'une nappe de charriage est contrôlé au premier ordre par la déformation du socle. -- Le système des nappes helvétiques en Suisse occidentale est un emblement de nappes de plis et de nappes de chaînage qui se sont mis en place à faible grade métamoiphique. Les nappes de plis et les nappes de charriage sont parmi les objets géologiques les plus communs dans les orogènes. Les nappes de plis sont des plis couchés d'échelle kilométrique caractérisés par un flanc normal faiblement déformé, au contraire de leur flanc inverse, intensément déformé. Les nappes de charriage, à l'inverse se caractérisent par l'absence d'un flanc inverse bien défini. Elles peuvent être définies comme des blocs de croûte terrestre qui se déplacent de manière presque rigide qui sont déplacés sub-horizontalement jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres. La nappe de Morcles and la nappe du Doldenhorn sont des exemples classiques de nappes de plis et constitue le complexe infra-helvétique en Suisse occidentale et centrale, respectivement. Ce complexe repose sous des nappes de charriages telles les nappes des Diablerets et du Widlhörn en Suisse occidentale. La nappe du Glarüs en Suisse centrale est certainement l'exemple de nappe de charriage le plus célèbre au monde. Elle se distingue par un déplacement de plus de 35 kilomètres qui s'est effectué à la faveur d'une zone de cisaillement basale épaisse de seulement 1 mètre. La géométrie et la cinématique des nappes alpines fait l'objet d'un consensus général parmi les géologues. Au contraire les processus physiques par lesquels ces nappes sont mises en place reste mal compris. Les sédiments qui forment les nappes alpines se sont déposés à l'ère secondaire et à l'ère tertiaire sur le socle de la marge européenne qui a été étiré durant l'ouverture de l'océan Téthys. Lors de la fermeture de la Téthys, qui donnera naissance aux Alpes, le socle et les sédiments de la marge européenne ont été déformés pour former les nappes alpines. Le but de cette thèse était de développer et d'appliquer des modèles basés sur la théorie de la mécanique des milieux continus et sur les transferts de chaleur pour comprendre l'emplacement des nappes. Ces modèles ont été solutionnés de manière analytique ou numérique. Dans les deux premiers articles présentés dans ce mémoire nous nous sommes intéressés à la localisation de la déformation à l'échelle d'une nappe. Nous avons appliqué le modèle développé à la nappe de Morcles et à plusieurs zones de cisaillement provenant de différents orogènes à travers le monde. Dans le dernier article nous avons étudié la relation entre la déformation du socle et la défonnation des sédiments. Nous avons démontré que nappe de plis et nappes de charriages constituent les cas extrêmes d'un continuum. La transition entre nappe de pli et nappe de charriage est intrinsèquement lié à la déformation du socle sur lequel les sédiments reposent.

Error and attack tolerance of layered complex networks.

Many complex systems may be described by not one but a number of complex networks mapped on each other in a multi-layer structure. Because of the interactions and dependencies between these layers, the state of a single layer does not necessarily reflect well the state of the entire system. In this paper we study the robustness of five examples of two-layer complex systems: three real-life data sets in the fields of communication (the Internet), transportation (the European railway system), and biology (the human brain), and two models based on random graphs. In order to cover the whole range of features specific to these systems, we focus on two extreme policies of system's response to failures, no rerouting and full rerouting. Our main finding is that multi-layer systems are much more vulnerable to errors and intentional attacks than they appear from a single layer perspective.

Evolutionary games on complex networks : the emergence and maintenance of cooperation

Abstract The object of game theory lies in the analysis of situations where different social actors have conflicting requirements and where their individual decisions will all influence the global outcome. In this framework, several games have been invented to capture the essence of various dilemmas encountered in many common important socio-economic situations. Even though these games often succeed in helping us understand human or animal behavior in interactive settings, some experiments have shown that people tend to cooperate with each other in situations for which classical game theory strongly recommends them to do the exact opposite. Several mechanisms have been invoked to try to explain the emergence of this unexpected cooperative attitude. Among them, repeated interaction, reputation, and belonging to a recognizable group have often been mentioned. However, the work of Nowak and May (1992) showed that the simple fact of arranging the players according to a spatial structure and only allowing them to interact with their immediate neighbors is sufficient to sustain a certain amount of cooperation even when the game is played anonymously and without repetition. Nowak and May's study and much of the following work was based on regular structures such as two-dimensional grids. Axelrod et al. (2002) showed that by randomizing the choice of neighbors, i.e. by actually giving up a strictly local geographical structure, cooperation can still emerge, provided that the interaction patterns remain stable in time. This is a first step towards a social network structure. However, following pioneering work by sociologists in the sixties such as that of Milgram (1967), in the last few years it has become apparent that many social and biological interaction networks, and even some technological networks, have particular, and partly unexpected, properties that set them apart from regular or random graphs. Among other things, they usually display broad degree distributions, and show small-world topological structure. Roughly speaking, a small-world graph is a network where any individual is relatively close, in terms of social ties, to any other individual, a property also found in random graphs but not in regular lattices. However, in contrast with random graphs, small-world networks also have a certain amount of local structure, as measured, for instance, by a quantity called the clustering coefficient. In the same vein, many real conflicting situations in economy and sociology are not well described neither by a fixed geographical position of the individuals in a regular lattice, nor by a random graph. Furthermore, it is a known fact that network structure can highly influence dynamical phenomena such as the way diseases spread across a population and ideas or information get transmitted. Therefore, in the last decade, research attention has naturally shifted from random and regular graphs towards better models of social interaction structures. The primary goal of this work is to discover whether or not the underlying graph structure of real social networks could give explanations as to why one finds higher levels of cooperation in populations of human beings or animals than what is prescribed by classical game theory. To meet this objective, I start by thoroughly studying a real scientific coauthorship network and showing how it differs from biological or technological networks using divers statistical measurements. Furthermore, I extract and describe its community structure taking into account the intensity of a collaboration. Finally, I investigate the temporal evolution of the network, from its inception to its state at the time of the study in 2006, suggesting also an effective view of it as opposed to a historical one. Thereafter, I combine evolutionary game theory with several network models along with the studied coauthorship network in order to highlight which specific network properties foster cooperation and shed some light on the various mechanisms responsible for the maintenance of this same cooperation. I point out the fact that, to resist defection, cooperators take advantage, whenever possible, of the degree-heterogeneity of social networks and their underlying community structure. Finally, I show that cooperation level and stability depend not only on the game played, but also on the evolutionary dynamic rules used and the individual payoff calculations. Synopsis Le but de la théorie des jeux réside dans l'analyse de situations dans lesquelles différents acteurs sociaux, avec des objectifs souvent conflictuels, doivent individuellement prendre des décisions qui influenceront toutes le résultat global. Dans ce cadre, plusieurs jeux ont été inventés afin de saisir l'essence de divers dilemmes rencontrés dans d'importantes situations socio-économiques. Bien que ces jeux nous permettent souvent de comprendre le comportement d'êtres humains ou d'animaux en interactions, des expériences ont montré que les individus ont parfois tendance à coopérer dans des situations pour lesquelles la théorie classique des jeux prescrit de faire le contraire. Plusieurs mécanismes ont été invoqués pour tenter d'expliquer l'émergence de ce comportement coopératif inattendu. Parmi ceux-ci, la répétition des interactions, la réputation ou encore l'appartenance à des groupes reconnaissables ont souvent été mentionnés. Toutefois, les travaux de Nowak et May (1992) ont montré que le simple fait de disposer les joueurs selon une structure spatiale en leur permettant d'interagir uniquement avec leurs voisins directs est suffisant pour maintenir un certain niveau de coopération même si le jeu est joué de manière anonyme et sans répétitions. L'étude de Nowak et May, ainsi qu'un nombre substantiel de travaux qui ont suivi, étaient basés sur des structures régulières telles que des grilles à deux dimensions. Axelrod et al. (2002) ont montré qu'en randomisant le choix des voisins, i.e. en abandonnant une localisation géographique stricte, la coopération peut malgré tout émerger, pour autant que les schémas d'interactions restent stables au cours du temps. Ceci est un premier pas en direction d'une structure de réseau social. Toutefois, suite aux travaux précurseurs de sociologues des années soixante, tels que ceux de Milgram (1967), il est devenu clair ces dernières années qu'une grande partie des réseaux d'interactions sociaux et biologiques, et même quelques réseaux technologiques, possèdent des propriétés particulières, et partiellement inattendues, qui les distinguent de graphes réguliers ou aléatoires. Entre autres, ils affichent en général une distribution du degré relativement large ainsi qu'une structure de "petit-monde". Grossièrement parlant, un graphe "petit-monde" est un réseau où tout individu se trouve relativement près de tout autre individu en termes de distance sociale, une propriété également présente dans les graphes aléatoires mais absente des grilles régulières. Par contre, les réseaux "petit-monde" ont, contrairement aux graphes aléatoires, une certaine structure de localité, mesurée par exemple par une quantité appelée le "coefficient de clustering". Dans le même esprit, plusieurs situations réelles de conflit en économie et sociologie ne sont pas bien décrites ni par des positions géographiquement fixes des individus en grilles régulières, ni par des graphes aléatoires. De plus, il est bien connu que la structure même d'un réseau peut passablement influencer des phénomènes dynamiques tels que la manière qu'a une maladie de se répandre à travers une population, ou encore la façon dont des idées ou une information s'y propagent. Ainsi, durant cette dernière décennie, l'attention de la recherche s'est tout naturellement déplacée des graphes aléatoires et réguliers vers de meilleurs modèles de structure d'interactions sociales. L'objectif principal de ce travail est de découvrir si la structure sous-jacente de graphe de vrais réseaux sociaux peut fournir des explications quant aux raisons pour lesquelles on trouve, chez certains groupes d'êtres humains ou d'animaux, des niveaux de coopération supérieurs à ce qui est prescrit par la théorie classique des jeux. Dans l'optique d'atteindre ce but, je commence par étudier un véritable réseau de collaborations scientifiques et, en utilisant diverses mesures statistiques, je mets en évidence la manière dont il diffère de réseaux biologiques ou technologiques. De plus, j'extrais et je décris sa structure de communautés en tenant compte de l'intensité d'une collaboration. Finalement, j'examine l'évolution temporelle du réseau depuis son origine jusqu'à son état en 2006, date à laquelle l'étude a été effectuée, en suggérant également une vue effective du réseau par opposition à une vue historique. Par la suite, je combine la théorie évolutionnaire des jeux avec des réseaux comprenant plusieurs modèles et le réseau de collaboration susmentionné, afin de déterminer les propriétés structurelles utiles à la promotion de la coopération et les mécanismes responsables du maintien de celle-ci. Je mets en évidence le fait que, pour ne pas succomber à la défection, les coopérateurs exploitent dans la mesure du possible l'hétérogénéité des réseaux sociaux en termes de degré ainsi que la structure de communautés sous-jacente de ces mêmes réseaux. Finalement, je montre que le niveau de coopération et sa stabilité dépendent non seulement du jeu joué, mais aussi des règles de la dynamique évolutionnaire utilisées et du calcul du bénéfice d'un individu.

Relative and absolute reliability of the clinical version of the Narrow Path Walking Test (NPWT) under single and dual task conditions.

Decline in gait stability has been associated with increased fall risk in older adults. Reliable and clinically feasible methods of gait instability assessment are needed. This study evaluated the relative and absolute reliability and concurrent validity of the testing procedure of the clinical version of the Narrow Path Walking Test (NPWT) under single task (ST) and dual task (DT) conditions. Thirty independent community-dwelling older adults (65-87 years) were tested twice. Participants were instructed to walk within the 6-m narrow path without stepping out. Trial time, number of steps, trial velocity, number of step errors, and number of cognitive task errors were determined. Intraclass correlation coefficients (ICCs) were calculated as indices of agreement, and a graphic approach called "mountain plot" was applied to help interpret the direction and magnitude of disagreements between testing procedures. Smallest detectable change and smallest real difference (SRD) were computed to determine clinically relevant improvement at group and individual levels, respectively. Concurrent validity was assessed using Performance Oriented Mobility Assessment Tool (POMA) and the Short Physical Performance Battery (SPPB). Test-retest agreement (ICC1,2) varied from 0.77 to 0.92 in ST and from 0.78 to 0.92 in DT conditions, with no apparent systematic differences between testing procedures demonstrated by the mountain plot graphs. Smallest detectable change and smallest real change were small for motor task performance and larger for cognitive errors. Significant correlations were observed for trial velocity and trial time with POMA and SPPB. The present results indicate that the NPWT testing procedure is highly reliable and reproducible.

Structural covariance of superficial white matter in mild Alzheimer's disease compared to normal aging.

INTRODUCTION: Interindividual variations in regional structural properties covary across the brain, thus forming networks that change as a result of aging and accompanying neurological conditions. The alterations of superficial white matter (SWM) in Alzheimer's disease (AD) are of special interest, since they follow the AD-specific pattern characterized by the strongest neurodegeneration of the medial temporal lobe and association cortices. METHODS: Here, we present an SWM network analysis in comparison with SWM topography based on the myelin content quantified with magnetization transfer ratio (MTR) for 39 areas in each hemisphere in 15 AD patients and 15 controls. The networks are represented by graphs, in which nodes correspond to the areas, and edges denote statistical associations between them. RESULTS: In both groups, the networks were characterized by asymmetrically distributed edges (predominantly in the left hemisphere). The AD-related differences were also leftward. The edges lost due to AD tended to connect nodes in the temporal lobe to other lobes or nodes within or between the latter lobes. The newly gained edges were mostly confined to the temporal and paralimbic regions, which manifest demyelination of SWM already in mild AD. CONCLUSION: This pattern suggests that the AD pathological process coordinates SWM demyelination in the temporal and paralimbic regions, but not elsewhere. A comparison of the MTR maps with MTR-based networks shows that although, in general, the changes in network architecture in AD recapitulate the topography of (de)myelination, some aspects of structural covariance (including the interhemispheric asymmetry of networks) have no immediate reflection in the myelination pattern.