Influence of bedrock structures on the spatial pattern of erosional landforms in small alpine catchments

Structural settings and lithological characteristics are traditionally assumed to influence the development of erosional landforms, such as gully networks and rock couloirs, in steep mountain rock basins. The structural control of erosion of two small alpine catchments of distinctive rock types is evaluated by comparing the correspondences between the orientations of their gullies and rock couloirs with (1) the sliding orientations of potential slope failures mechanisms, and (2) the orientation of the maximum joint frequency, this latter being considered as the direction exploited primarily by erosion and mass wasting processes. These characteristic orientations can be interpreted as structural weaknesses contributing to the initiation and propagation of erosion. The morphostructural analysis was performed using digital elevation models and field observations. The catchment comprised of magmatic intrusive rocks shows a clear structural control, mostly expressed through potential wedges failure. Such joint configurations have a particular geometry that encourages the development of gullies in hard rock, e.g. through enhanced gravitational and hydrological erosional processes. In the catchment underlain by sedimentary rocks, penetrative joints that act as structural weaknesses seem to be exploited by gullies and rock couloirs. However, the lithological setting and bedding configuration prominently control the development of erosional landforms, and influence not only the local pattern of geomorphic features, but the general morphology of the catchment. The orientations of the maximum joint frequency are clearly associated with the gully network, suggesting that its development is governed by anisotropy in rock strength. These two catchments are typical of bedrock-dominated basins prone to intense processes of debris supply. This study suggests a quantitative approach for describing the relationship between bedrock jointing and geomorphic features geometry. Incorporation of bedrock structure can be relevant when studying processes governing the transfer of clastic material, for the assessment of sediment yields and in landforms evolution models.

Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Restricted gene flow at specific parts of the shrew genome in chromosomal hybrid zones.

The species and races of the shrews of the Sorex araneus group exhibit a broad range of chromosomal polymorphisms. European taxa of this group are parapatric and form contact or hybrid zones that span an extraordinary variety of situations, ranging from absolute genetic isolation to almost free gene flow. This variety seems to depend for a large part on the chromosome composition of populations, which are primarily differentiated by various Robertsonian fusions of a subset of acrocentric chromosomes. Previous studies suggested that chromosomal rearrangements play a causative role in the speciation process. In such models, gene flow should be more restricted for markers on chromosomes involved in rearrangements than on chromosomes common in both parent species. In the present study, we address the possibility of such differential gene flow in the context of two genetically very similar but karyotypically different hybrid zones between species of the S. araneus group using microsatellite loci mapped to the chromosome arm level. Interspecific genetic structure across rearranged chromosomes was in general larger than across common chromosomes. However, the difference between the two classes of chromosomes was only significant in the hybrid zone where the complexity of hybrids is expected to be larger. These differences did not distinguish populations within species. Therefore, the rearranged chromosomes appear to affect the reproductive barrier between karyotypic species, although the strength of this effect depends on the complexity of the hybrids produced.

Y chromosome microsatellite isolation from BAC clones in the greater white-toothed shrew (Crocidura russula)

We constructed a microsatellite library from four Crocidura russula Y chromosome-specific bacterial artificial chromosome (BAC) clones. Only one of eight microsatellites was male-specific, despite genome walking to obtain more flanking sequence and testing of 93 primer combinations. Potential reasons for this low success are discussed. The male-specific locus, CRY3, was genotyped in 90 males, including C. russula from across the species range and two related species. The large difference in CRY3 allele size between eastern and western lineages supports earlier reports of high divergence between them. Despite polymorphism of CRY3 in Morocco, only one allele was found throughout the whole of Europe, consistent with previous studies that suggest recent colonization of Europe from a small number of Moroccan founders.

Scale-specific sex-biased dispersal in the Valais shrew unveiled by genetic variation on the Y chromosome, autosomes, and mitochondrial DNA.

We investigated sex specificities in the evolutionary processes shaping Y chromosome, autosomes, and mitochondrial DNA patterns of genetic structure in the Valais shrew (Sorex antinorii), a mountain dwelling species with a hierarchical distribution. Both hierarchical analyses of variance and isolation-by-distance analyses revealed patterns of population structure that were not consistent across maternal, paternal, and biparentally inherited markers. Differentiation on a Y microsatellite was lower than expected from the comparison with autosomal microsatellites and mtDNA, and it was mostly due to genetic variance among populations within valleys, whereas the opposite was observed on other markers. In addition, there was no pattern of isolation by distance for the Y, whereas there was strong isolation by distance on mtDNA and autosomes. We use a hierarchical island model of coancestry dynamics to discuss the relative roles of the microevolutionary forces that may induce such patterns. We conclude that sex-biased dispersal is the most important driver of the observed genetic structure, but with an intriguing twist: it seems that dispersal is strongly male biased at large spatial scale, whereas it is mildly biased in favor of females at local scale. These results add to recent reports of scale-specific sex-biased dispersal patterns, and emphasize the usefulness of the Y chromosome in conjunction with mtDNA and autosomes to infer sex specificities.

Speciation of naturally-accumulated uranium in an organic-rich soil of an alpine region (Switzerland)

Very high concentrations of uranium (up to 4000 ppm) were found in a natural soil in the Dischma valley, an alpine region in the Grisons canton in Switzerland. The goal of this study was to examine the redox state and the nature of uranium binding in the soil matrix in order to understand the accumulation mechanism. Pore water profiles collected from Dischma soil revealed the establishment of anoxic conditions with increasing soil depth. A combination of chemical extraction methods and spectroscopy was applied to characterize the redox state and binding environment of uranium in the soil. Bicarbonate extraction under anoxic conditions released most of the uranium indicating that uranium occurs predominantly in the hexavalent form. Surprisingly, the uranium redox state did not vary greatly as a function of depth. X-ray absorption near edge spectroscopy (XANES), confirmed that uranium was present as a mixture of U(VI) and U(IV) with U(VI) dominating. Sequential extractions of soil samples showed that the dissolution of solid organic matter resulted in the simultaneous release of the majority of the soil uranium content (>95%). Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy also revealed that soil-associated uranium in the soil matrix was mainly octahedrally coordinated, with an average of 1.7 axial (at about 1.76 Å) and 4.6 to 5.3 equatorial oxygen atoms (at about 2.36 Å) indicating the dominance of a uranyl-like (UO22+) structure presumably mixed with some U(IV). An additional EXAFS signal (at about 3.2 Å) identified in some spectra suggested that uranium was also bound (via an oxygen atom) to a light element such as carbon, phosphorus or silicon. Gamma spectrometric measurements of soil profiles failed to identify uranium long-life daughter products in the soil which is an indication that uranium originates elsewhere and was transported to its current location by water. Finally, it was found that the release of uranium from the soil was significantly promoted at very low pH values (pH 2) and increased with increasing pH values (between pH 5 and 9).

mtDNA comparison of the Alpine chromosomal races and species of the Sorex araneus group: preliminary results

279 paires de bases du gène du Cytochrome b ont été séquencés pour 16 individus appartenant aux différentes formes chromosomiques de S. araneaus des Alpes occidentales, à S. coronatus et à S. granarius, laquelle a conservé un caryotype primitif. Trois clones principaux ont été identifiés: CC correspond à S. coronatus, CV caractérise la rae chromosomique Valais de S. araneaus, à l'exception des individus capturés aux Houches près de Chamonix, et CA est commun à tous les autres A. araneaus analysés. S. granarius ne montre que de très faibles différences avec le groupe CA, ce qui est en contradiction avec les données de la caryologie. Le fait que le clone CA soit caractéristique d'individus de la race Valais aux Houches, alors qu'une correspondance claire entre race chromosomique et clone de mtDNA est relevée dans les zones de contact entre la race Vaud (clone CA) et la race Valais (clone CB), suggère que les contact entre la race Vaud (clone CA et la race Valais (clone CB); suggère que les chromosomes Valais ont pénétré les populations Acrocentriques par introgression, tandis qu'au Haslital, la race Valais a progressé en repoussant la race Vaud sans qu'il y ait eu échange génétique

Additive effects of ectoparasites over reproductive attempts in the long-lived Alpine swift

1. Parasitism is a non-negligible cost of reproduction in wild organisms, and hosts are selected to partition resources optimally between current and future reproduction. While parents can compensate for the cost of parasitism by increasing their current reproductive investment, such change in resource allocation is expected to carry-over costs on future reproduction. 2. Life history theory predicts that because long-lived organisms have a high residual reproductive value, they should be more reluctant to increase parental effort in response to parasites. Also, when rearing successive infested broods, the cost of parasitism can cumulate over the years and hence be exacerbated by past infestations. 3. We tested these two predictions in the alpine swift Apus melba, a long-lived colonial bird that is infested intensely by the nest-based blood sucking louse-fly Crataerina melbae. For this purpose, we manipulated ectoparasite load over 3 consecutive years and measured reproductive parameters in successive breeding attempts of adults assigned randomly to 'parasitized' and 'deparasitized' treatments. 4. In current reproduction, fathers of experimentally parasitized broods produced a similar number of offspring as fathers from the deparasitized treatment, but the rearing period was prolonged by 4 days. Fathers that were assigned to the parasitized treatment in year x produced significantly fewer fledglings the following year x + 1 than those of the deparasitized treatment. The number of young produced by fathers in year x + 1 was correlated negatively with the number of days they cared for their brood in the previous year x. We also found a significant interaction between treatments performed over 2 successive years, with fathers of parasitized broods suffering a larger fitness loss if in the past they had already cared for a parasitized brood rather than for a deparasitized one. Similar effects of parasitism, although partly non-significant (0.05 < P-values > 0.10), were found in mothers. 5. Altogether, our results show that parasites can modify resource allocation between current and future reproduction in long-lived hosts, and that the cost of parasitism can cumulate over the years. It emphasizes the fact that effects of parasites can depend on past infestations and become apparent in future reproduction only.

Des systèmes d'irrigation alpins entre gouvernance communautaire et étatique = Alpine Bewässerungssysteme zwischen Genossenschaft und Staat

La gouvernance communautaire liée à l'exploitation des bisses valaisans représente-t-elle (vraiment) un modèle de gestion durable des ressources en eau ? C'est à cette question - qui fait écho au vaste ensemble de littérature regroupée sous le label des CPR (common-pool resources) Theories - que le présent ouvrage entend répondre. A travers une approche diachronique centrée sur le long terme, cinq études de cas éclairent de manière originale et critique non seulement l'évolution de cette gouvernance communautaire (vers un degré d'hybridation accru) et, surtout, son caractère durable. La perspective ressourcielle et la conception forte de la durabilité adoptées mettent, sur ce point, en évidence les limites de ces modèles de gouvernance. Sous un angle social en particulier, ils se caractérisent historiquement par un degré d'exclusivité marqué qui tend à en faire des biens de club auxquels seuls les usagers admis ont accès. Les interventions d'acteurs étatiques ont à cet égard joué un grand rôle pour ouvrir les bisses à de nouveaux usagers et assurer le maintien de la ressource dans un environnement socio-économique en mutation.

Evolutionary history of the greater white-toothed shrew (Crocidura russula) inferred from analysis of mtDNA, Y, and X chromosome markers.

We investigate the evolutionary history of the greater white-toothed shrew across its distribution in northern Africa and mainland Europe using sex-specific (mtDNA and Y chromosome) and biparental (X chromosome) markers. All three loci confirm a large divergence between eastern (Tunisia and Sardinia) and western (Morocco and mainland Europe) lineages, and application of a molecular clock to mtDNA divergence estimates indicates a more ancient separation (2.25 M yr ago) than described by some previous studies, supporting claims for taxonomic revision. Moroccan ancestry for the mainland European population is inconclusive from phylogenetic trees, but is supported by greater nucleotide diversity and a more ancient population expansion in Morocco than in Europe. Signatures of rapid population expansion in mtDNA, combined with low X and Y chromosome diversity, suggest a single colonization of mainland Europe by a small number of Moroccan shrews >38 K yr ago. This study illustrates that multilocus genetic analyses can facilitate the interpretation of species' evolutionary history but that phylogeographic inference using X and Y chromosomes is restricted by low levels of observed polymorphism.

Catch-up growth strategies differ between body structures: interactions between age and structure-specific growth in wild nestling Alpine swifts

1. Little is known on the occurrence and magnitude of faster than normal (catch-up) growth in response to periods of undernutrition in the wild, and the extent to which different body structures compensate and over what timescales is poorly understood. 2. We investigated catch-up growth in nestling Alpine Swifts, Apus melba, by comparing nestling growth trajectories in response to a naturally occurring 1-week period of inclement weather and undernutrition with growth of nestlings reared in a good year. 3. In response to undernutrition, nestlings exhibited a hierarchy of tissues preservation and compensation, with body mass being restored quickly after the end of the period of undernutrition, acceleration of skeletal growth occurring later in development, and compensation in wing length occurring mostly due to a prolongation of growth and delayed fledging. 4. The effect of undernutrition and subsequent catch-up growth was age-dependent, with older nestlings being more resilient to undernutrition, and in turn having less need to compensate later in the development. 5. This shows that young in a free-living bird population can compensate in body mass and body size for a naturally occurring period of undernutrition, and that the timing and extent of compensation varies with age and between body structures.

Fluid-rock interaction during late stages of the Alpine exhumation

Résumé de la thèseLa fracturation des roches au cours de phases compressives ou extensives est un souvent évoquée pour expliquer la circulation de fluide au sein des roches cristallines. Dans le cadre de cette thèse, la circulation des fluides lors de l'exhumation tardive des Alpes a été étudiée en utilisant deux approches différentes: analyses structurales de la déformation fragile d'une part et analyses géochimiques des roches et des minéraux (isotopes stables, datations U/Pb, thermochronologie (U-Th)/He) d'autre part. Cette approche combinée a permis de mieux comprendre l'interaction existante entre les fluides métamorphiques et les fluides météoriques, ainsi que leur interaction avec les roches encaissantes. Le travail a été effectué dans la zone Pennique du Valais suisse.La première partie était focalisée sur la déformation fragile, le but étant de définir les différents types de déformations existantes et de déterminer l'âge relatif des différentes familles de failles. Dans la région d'étude, quatre domaines ont été distingués. Chacun d'eux comportent deux types de structures fragiles, certaines sont minéralisées alors que d'autre non. Au sein de chaque domaine, la direction principale des structures minéralisées correspond à l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région (Aosta- Ranzola Line au Sud, Rhône Line au Nord et Simplon Fault Zone à l'Est), alors que les structures non- minéralisées montrent des orientations plus variables. Ainsi, le premier type de structure est interprété comme résultant d'une dislocation tectonique alors que le deuxième type de structure résulterait d'une dislocation gravitaire locale. Il n'est néanmoins pas possible de classer chronologiquement la formation de ces deux types de structure ni d'attribuer un âge relatif aux changements d'orientation des contraintes majeures.La deuxième étude a été effectuée dans la région de la zone de faille du Simplon. Dans cette zone, la composition isotopique des minéraux ayant cristallisé à l'intérieur des fractures tardives permet de distinguer différents types de circulation de fluide. Les valeurs δ180 du quartz de la roche encaissante ainsi que ceux des veines tardives du bloque inférieur de la faille sont comparables. Ces valeurs indiquent un rééquilibrage et un tamponnage isotopique des fluides tardifs au contact de la roche encaissante lors de la fracturation de cette dernière et de la cristallisation des veines tardives. La même situation est observée dans la partie nord du bloque supérieur ainsi que dans sa partie sud. Ceci n'est néanmoins pas le cas pour la partie centrale du bloque supérieur où les valeurs isotopiques des minéraux dans les veines tardives sont approximativement 3 %o plus basses (avec des valeurs extrêmes négatifs), indiquant une contribution d'eau météorique aux fluides circulant dans les veines. Ces données suggèrent qu'une infiltration d'eau météorique a pu avoir lieu dans le bloque supérieur, où la fracturation des roches est plus intensive car le déplacement relatif le long de la faille y fut plus important, et la température maximale du métamorphisme plus basse. La troisième contribution traite de la géo-thermochronologie de la zone de contact entre la klippe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. De petits zircons euhédraux ont été trouvés dans un plan de faille minéralisé (parallèle à la Faille du Rhône, voir première partie de l'étude), riche en hématite et quartz, de la zone d'étude. Les analyses U/Pb donnent des âges radiométriques autour de 270 - 280 Ma aux zircons extraits de la minéralisation ainsi que ceux extraits de la roche encaissante, ce qui correspond à l'âge de la nappe de la Dent Blanche et non celui de la nappe du Tsaté qui est elle-même classiquement interprétée comme une ophiolite Jurassique de l'Océan Liguro-Piémontais. Ces données suggèrent que les zircons contenus dans la veine ont été hérités de la roche encaissante. Les résultats (U-Th)/He indiquent un âge de refroidissement différent pour la roche encaissante (25.5 ± 2.0 Ma) que celui de la minéralisation (17.7 ±1.4 Ma). Le thermomètre isotopique quartz-hématite indique une température d'équilibre, et donc de mise en place de la minéralisation, d'environ 170 °C, température très proche de la température de -180 °C de fermeture du zircon pour le système (U-Th)/He. Ceci suggère que l'âge de refroidissement des zircons de la minéralisation correspond aussi à l'âge de formation de la faille.Thesis abstractFluid circulation in fractured rocks is a common process in geology, and it is generally the consequence of faulting and fracturing during both tectonic compression and extension. This thesis is focused on fluid circulation during late stages of the Alpine exhumation. After a structural analysis of the late brittle deformation of the studied samples, several analytical methods (stable isotope investigations, U/Pb radiometric dating, (U-Th)/He thermochronology) have been applied to understand the interaction of metamorphic and meteoric fluids with one another as well as with the host rock. This thesis is articulated around three study directions. All studies were conducted in the Penninic Zone of the Valais, Switzerland. The first study deals with late, brittle deformation and focuses on the different deformation styles and on the relative age of the different families of fractures. In order to do this, late brittle structures observed in four different domains have been subdivided as a function of the existence (or not) and type of mineralization. Comparisons between mineralized and non-mineralized strike directions for all four domains show that mineralized structures follow the strike orientation of major tectonic movements indicated in the Penninic Zone of the Valais (Aosta-Ranzola Line to the S, Rhône Line to the Ν and Simplon Fault Zone to the E), whereas non-mineralized fractures have a more variable strike orientation. This difference could be interpreted as indicative of tectonic-related faulting (mineralized structures) vs. local, collapse-related faulting (non-mineralized fractures), but it is not strong enough to indicate a relative age of the late brittle structures, and/or a change in the orientation of the strain field in post-Miocene times. The second studied area is focused on the Simplon Fault Zone (SFZ). Stable isotope analyses of minerals filling these late fractures indicate that there are two different fluid circulation systems in the footwall and hanging wall of the SFZ. In the footwall, δ180 values of quartz from both the host rock and the late veins range from +10 %o to +12 %o. This is consistent with buffering of circulating fluids by the host rock during fracturing and vein precipitation. In the hanging wall, δΙ80 values for quartz crystals from the host rock and the late veins are similar in both the northern and southern parts of the detachment that are both affected by the same degree of metamorphism (greenschist to the Ν and amphibolite to the S). This is not the case in the central part of the SFZ, where there is a jump from amphibolite facies in the footwall to greenschist facies in the hanging wall. δ,80 values for quartz from the hanging wall late veins are approximately 3.0 %o lower (down to negative values in some cases) than the values observed in the footwall These data suggest that infiltration of meteoric water may have occurred in the most fractured parts of the hanging wall, where relative displacement on the SFZ was the greatest and the peak temperature lower. In the less fractured footwall the δ180 values reflect a host rock-buffered system.The third study is focused on geo-thermochronology at the contact between the Dent Blanche nappe and the Tsaté nappe where small, euhedral zircons were found in a hematite- and quartz-rich mineralization on a late normal fault plane parallel to the Rhône Line (see first part of the study). U/Pb analysis indicates that the zircons - both in the late mineralization and in the host rock - have absolute radiometric ages clustering around 270 - 280 Ma, which is the accepted age for intrusive rocks from the Austroalpine Dent Blanche units but not for the Tsaté nappe. The latter is classically interpreted as an ophiolitic remnant of the Jurassic Liguro-Piemontais Ocean. U/Pb analyses suggest that zircons in late mineralization are all inherited from the host rock; however, results of (U-Th)/He analyses indicate that cooling ages for the host rocks are different to the cooling ages for the zircons in late mineralization. Indeed, the calculated cooling age for the Arolla gneiss is 25.5 ± 2.0 Ma, whilst the cooling age for the associated mineralized fault plane is 17.7 ±1.4 Ma. Oxygen stable isotope fractionation between quartz and hematite in the same late mineralization corresponds to temperatures of about 170 °C. The proximity of the calculated emplacement temperature for the mineralization and the lower accepted closure temperature for zircon in the (U-Th)/He system (-180 °C) imply that the age of 17.7 ± 1.4 Ma can also be interpreted as the formation age of this late brittle fault.Résumé grand publicLa circulation des fluides dans les roches fracturées est typique de nombreux processus géologiques, et très souvent est la conséquence de la fracturation des roches. Cette thèse aborde la question de la circulation des fluides pendant les dernières phases du soulèvement des Alpes. Après une analyse structurale de la fracturation directement sur le terrain, plusieurs méthodes géochimiques ont été appliquées pour comprendre l'interaction entre les différents fluides circulants, et avec leur propre roche mère. L'étude, concentrée sur trois directions principales, a été conduite dans la zone Pennique du Valais suisse. La première partie traite de la déformation cassante dans le secteur cité. L'analyse détaillée des fractures a permis de les subdiviser en structures minéralisées et non-minéralisées, sur quatre domaines différents. La comparaison entre les directions des structures minéralisées et non-minéralisées a permis de montrer que les premières suivent l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région, alors que les structures non- minéralisées ont une orientation plus variable. Cette différence pourrait être interprétée comme indication d'une dislocation tectonique (structures minéralisées) contre une dislocation gravitaire locale (structures non-minéralisées), mais elle n'est pas assez forte pour indiquer un âge relatif des structures tardives et/ou un changement de l'orientation des contraintes après -20 Ma vers le présent.A partir de ces observations, la deuxième étude est concentrée dans la région de la faille du Simplon. Les analyses géochimiques sur les minéraux remplissant les structures tardives indiquent qu'il y a deux différents systèmes de circulation des fluides dans les deux parties (toit et mur) de la faille. Dans le mur, les valeurs isotopiques des minéraux cristallisés à partir d'un fluide tardif sont les mêmes de ceux de la roche mère, donc il y a eu rééquilibration chimique entre fluide et roche pendant la fracturation de cette dernière et la précipitation des minéraux. Dans le toit, les valeurs isotopiques dans la roche mère et dans les minéraux des veines tardives sont comparables dans les parties Ν et S de la faille, où les roches du toit et du mur ont atteint une température maximale - pendant phase prograde de la formation des Alpes - comparable. Au contraire, dans la partie centrale, où le mur a atteint des températures maximales plus élevées par rapport au toit, les valeurs géochimiques des minéralisations tardives du toit sont parfois plus basses que les valeurs observées dans le mur. Ces données suggèrent que l'infiltration de l'eau de surface aurait pu se produire dans la partie plus fracturée du toit, où le déplacement relatif le long de la faille était majeur et les températures maximales mineures. Au contraire, les données géochimiques du mur de la partie centrale indiquent un système isotopique équilibré par la roche mère.La troisième partie de ce travail se base sur l'étude géochimique intégrée des isotopes stables d'Oxygène et radioactifs du Plomb, Uranium, Thorium et Hélium, auprès d'une faille normale minéralisée et des roches de la région à cheval entre deux nappes, la nappe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. Ici, des petits zircons ont été trouvés dans la minéralisation citée, riche en hématite et quartz. L'analyse radiométrique Uranium/Plomb a montré que les zircons dans la minéralisation et dans les roches autour ont des âges comparables (autour 280 Ma). Cela signifie que les zircons dans la minéralisation tardive ont été hérités de la roche mère pendant la fracturation et la circulation des fluides tardives. De l'autre coté, les résultats des analyses Uranium-Thorium/Hélium indiquent que les âges de refroidissement pour les roches mères sont différents comparés aux âges de refroidissement pour les zircons dans la minéralisation tardive: ces derniers sont plus jeunes d'environ 8 Ma (autour 25 Ma et autour 17 Ma respectivement). Les analyses des isotopes de l'oxygène sur quartz et hématite dans la même minéralisation donnent une température de mise en place de cette dernière d'environ 170° C. La température de fermeture du système chimique des zircons dans le système (Uranium-Thorium)/Hélium est d'environ 180 °C: la proximité de ces deux températures implique que l'âge de refroidissement de la minéralisation tardive peut également être interprété comme âge de formation de la faille.

A taxonomical re-evaluation of the Valais chromosome race of the common shrew Sorex araneus (Insectivora: Soricidae)

The common shrew Sorex araneus Linnaeus, 1758 is subject to intense chromosomal polymorphism. About 65 chromosome races are presently known. One of these chromosome races (the Valais race) is karyologically, morphologically, biochemically, and genetically clearly distinct from all other chromosome races of the species. Recent studies of hybrid zones between the Valais race and other chromosome races in the Swiss and French Alps add further strong evidence for the specific taxonomic status of the Valais race. Chromosomes and diagnostic protein markers reveal sharp frequency clines and strong heterozygote deficits. In one hybrid zone, the maintenance of the strong genetic differentiation of the hybridizing taxa was confirmed by a study with autosomal microsatellites indicating minimal gene flow. A microsatellite marker on the Y-chromosome showed complete absence of male mediated gene flow suggesting hybrid male sterility. To clarify the taxonomic status of this taxon, additional analyses were conducted. A morphometric analysis of the mandible indicated the Valais race is morphologically as distinct from neighbouring chromosome races of S. araneus as from other related Sorex species. In a phylogeny based on complete mitochondrial DNA cytochrome b gene sequences, the Valais race clearly appears as the sister taxon to all other races of S. araneus. Therefore, the chromosome race Valais of S. araneus herein is elevated to specific status and the name Sorex antinorii Bonaparte, 1840 is applied.

Contrasting diffusion of Quaternary gene pools across Europe: the case of the arctic-alpine Gentiana nivalis L. (Gentianaceae).

The fate of European arctic-alpine species during Pleistocene climatic oscillations still remains debated. Did these cold-adapted species invade much of the continental steppe or did they remain restricted to warmer slopes of inner mountain massifs? To examine this question, we investigated the phylogeography of Gentiana nivalis, a typical European arctic-alpine plant species. Genome fingerprinting analyses revealed that four genetic pools are actually unevenly distributed across the continent. One cluster covers almost all mountain massifs as well as northern areas, and thus coincides with a scenario of past distribution covering a large part of the European glacial steppe. In contrast, the three other lineages are strongly restricted spatially to western, central, and eastern Alps, respectively, thus arguing towards a scenario of in situ glacial survival. The coexistence of lineages with such contrasting demographic histories in Europe challenges our classical view of refugia and corroborates several hypotheses of biogeographers from the twentieth century.