Chemistry, isotope values (δD, δ18O, δ34S(SO4)) and temperatures of the water inflows in two Gotthard tunnels, Swiss Alps

Water inflows in the Gotthard Highway Tunnel and in the Gotthard Exploration Tunnel are meteoric waters infiltrating at different elevations, on both sides of an important orographic divide. Limited interaction of meteoric waters with gneissic rocks produces Ca-HCO3 and Na-Ca-HCO3 waters, whereas prolonged interaction of meteoric waters with the same rocks generates Na-HCO3 to Na-SO4 waters. Waters circulating in Triassic carbonate-evaporite rocks have a Ca-SO4 composition. Calcium-Na-SO4 waters are also present. They can be produced through interaction of either Na-HCO3 waters with anhydrite or Ca-SO4 waters with a local gneissic rock, as suggested by reaction path modeling. An analogous simulation indicates that Na-HCO3 waters are generated through interaction of Ca-HCO3 waters with a local gneissic rock. The two main SO4-sources present in the Alps are leaching of upper Triassic sulfate minerals and oxidative dissolution of sulfide minerals of crystalline rocks. Values of delta S-34(SO4) < <similar to>+ 9 parts per thousand, are due to oxidative dissolution of sulfide minerals, whereas delta S-34(SO4) > similar to+ 9 parts per thousand are controlled either by bacterial SO4 reduction or leaching of upper Triassic sulfate minerals. Most waters have temperatures similar to the expected values for a geothermal gradient of 22 degreesC/km and are close to thermal equilibrium with rocks. However relatively large, descending flows of cold waters and ascending flows of warm waters are present in both tunnels and determine substantial cooling and heating, respectively, of the interacting rocks. The most import upflow zone of warm, Na-rich waters is below Guspisbach, in the Gotthard Highway Tunnel, at 6.2-9.0 km from the southern portal. These warm waters have equilibrium temperatures of 65-75 degreesC and therefore constitute an important low-enthalpy geothermal resource. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Integrated application of geochemical and geophysical methods for hydrogeological impact assessment for tunneling in fractured rock

The interaction of tunneling with groundwater is a problem both from an environmental and an engineering point of view. In fact, tunnel drilling may cause a drawdown of piezometric levels and water inflows into tunnels that may cause problems during excavation of the tunnel. While the influence of tunneling on the regional groundwater systems may be adequately predicted in porous media using analytical solutions, such an approach is difficult to apply in fractured rocks. Numerical solutions are preferable and various conceptual approaches have been proposed to describe and model groundwater flow through fractured rock masses, ranging from equivalent continuum models to discrete fracture network simulation models. However, their application needs many preliminary investigations on the behavior of the groundwater system based on hydrochemical and structural data. To study large scale flow systems in fractured rocks of mountainous terrains, a comprehensive study was conducted in southern Switzerland, using as case studies two infrastructures actually under construction: (i) the Monte Ceneri base railway tunnel (Ticino), and the (ii) San Fedele highway tunnel (Roveredo, Graubiinden). The chosen approach in this study combines the temporal and spatial variation of geochemical and geophysical measurements. About 60 localities from both surface and underlying tunnels were temporarily and spatially monitored during more than one year. At first, the project was focused on the collection of hydrochemical and structural data. A number of springs, selected in the area surrounding the infrastructures, were monitored for discharge, electric conductivity, pH, and temperature. Water samples (springs, tunnel inflows and rains) were taken for isotopic analysis; in particular the stable isotope composition (δ2Η, δ180 values) can reflect the origin of the water, because of spatial (recharge altitude, topography, etc.) and temporal (seasonal) effects on precipitation which in turn strongly influence the isotopic composition of groundwater. Tunnel inflows in the accessible parts of the tunnels were also sampled and, if possible, monitored with time. Noble-gas concentrations and their isotope ratios were used in selected locations to better understand the origin and the circulation of the groundwater. In addition, electrical resistivity and VLF-type electromagnetic surveys were performed to identify water bearing fractures and/or weathered areas that could be intersected at depth during tunnel construction. The main goal of this work was to demonstrate that these hydrogeological data and geophysical methods, combined with structural and hydrogeological information, can be successfully used in order to develop hydrogeological conceptual models of the groundwater flow in regions to be exploited for tunnels. The main results of the project are: (i) to have successfully tested the application of electrical resistivity and VLF-electromagnetic surveys to asses water-bearing zones during tunnel drilling; (ii) to have verified the usefulness of noble gas, major ion and stable isotope compositions as proxies for the detection of faults and to understand the origin of the groundwater and its flow regimes (direct rain water infiltration or groundwater of long residence time); and (iii) to have convincingly tested the combined application of a geochemical and geophysical approach to assess and predict the vulnerability of springs to tunnel drilling. - L'interférence entre eaux souterraines et des tunnels pose des problèmes environnementaux et de génie civile. En fait, la construction d'un tunnel peut faire abaisser le niveau des nappes piézométriques et faire infiltrer de l'eau dans le tunnel et ainsi créer des problème pendant l'excavation. Alors que l'influence de la construction d'un tunnel sur la circulation régionale de l'eau souterraine dans des milieux poreux peut être prédite relativement facilement par des solution analytiques de modèles, ceci devient difficile dans des milieux fissurés. Dans ce cas-là, des solutions numériques sont préférables et plusieurs approches conceptuelles ont été proposées pour décrire et modéliser la circulation d'eau souterraine à travers les roches fissurées, en allant de modèles d'équivalence continue à des modèles de simulation de réseaux de fissures discrètes. Par contre, leur application demande des investigations importantes concernant le comportement du système d'eau souterraine basées sur des données hydrochimiques et structurales. Dans le but d'étudier des grands systèmes de circulation d'eau souterraine dans une région de montagnes, une étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction: (i) Le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri (Tessin) et (ii) le tunnel routière de San Fedele (Roveredo, Grisons). L'approche choisie dans cette étude est la combinaison de variations temporelles et spatiales des mesures géochimiques et géophysiques. Environs 60 localités situées à la surface ainsi que dans les tunnels soujacents ont été suiviès du point de vue temporel et spatial pendant plus de un an. Dans un premier temps le projet se focalisait sur la collecte de données hydrochimiques et structurales. Un certain nombre de sources, sélectionnées dans les environs des infrastructures étudiées ont été suivies pour le débit, la conductivité électrique, le pH et la température. De l'eau (sources, infiltration d'eau de tunnel et pluie) a été échantillonnés pour des analyses isotopiques; ce sont surtout les isotopes stables (δ2Η, δ180) qui peuvent indiquer l'origine d'une eaux, à cause de la dépendance d'effets spatiaux (altitude de recharge, topographie etc.) ainsi que temporels (saisonaux) sur les précipitations météoriques , qui de suite influencent ainsi la composition isotopique de l'eau souterraine. Les infiltrations d'eau dans les tunnels dans les parties accessibles ont également été échantillonnées et si possible suivies au cours du temps. La concentration de gaz nobles et leurs rapports isotopiques ont également été utilisées pour quelques localités pour mieux comprendre l'origine et la circulation de l'eau souterraine. En plus, des campagnes de mesures de la résistivité électrique et électromagnétique de type VLF ont été menées afin d'identifier des zone de fractures ou d'altération qui pourraient interférer avec les tunnels en profondeur pendant la construction. Le but principal de cette étude était de démontrer que ces données hydrogéologiques et géophysiques peuvent être utilisées avec succès pour développer des modèles hydrogéologiques conceptionels de tunnels. Les résultats principaux de ce travail sont : i) d'avoir testé avec succès l'application de méthodes de la tomographie électrique et des campagnes de mesures électromagnétiques de type VLF afin de trouver des zones riches en eau pendant l'excavation d'un tunnel ; ii) d'avoir prouvé l'utilité des gaz nobles, des analyses ioniques et d'isotopes stables pour déterminer l'origine de l'eau infiltrée (de la pluie par le haut ou ascendant de l'eau remontant des profondeurs) et leur flux et pour déterminer la position de failles ; et iii) d'avoir testé d'une manière convainquant l'application combinée de méthodes géochimiques et géophysiques pour juger et prédire la vulnérabilité de sources lors de la construction de tunnels. - L'interazione dei tunnel con il circuito idrico sotterraneo costituisce un problema sia dal punto di vista ambientale che ingegneristico. Lo scavo di un tunnel puô infatti causare abbassamenti dei livelli piezometrici, inoltre le venute d'acqua in galleria sono un notevole problema sia in fase costruttiva che di esercizio. Nel caso di acquiferi in materiale sciolto, l'influenza dello scavo di un tunnel sul circuito idrico sotterraneo, in genere, puô essere adeguatamente predetta attraverso l'applicazione di soluzioni analitiche; al contrario un approccio di questo tipo appare inadeguato nel caso di scavo in roccia. Per gli ammassi rocciosi fratturati sono piuttosto preferibili soluzioni numeriche e, a tal proposito, sono stati proposti diversi approcci concettuali; nella fattispecie l'ammasso roccioso puô essere modellato come un mezzo discreto ο continuo équivalente. Tuttavia, una corretta applicazione di qualsiasi modello numerico richiede necessariamente indagini preliminari sul comportamento del sistema idrico sotterraneo basate su dati idrogeochimici e geologico strutturali. Per approfondire il tema dell'idrogeologia in ammassi rocciosi fratturati tipici di ambienti montani, è stato condotto uno studio multidisciplinare nel sud della Svizzera sfruttando come casi studio due infrastrutture attualmente in costruzione: (i) il tunnel di base del Monte Ceneri (canton Ticino) e (ii) il tunnel autostradale di San Fedele (Roveredo, canton Grigioni). L'approccio di studio scelto ha cercato di integrare misure idrogeochimiche sulla qualité e quantité delle acque e indagini geofisiche. Nella fattispecie sono state campionate le acque in circa 60 punti spazialmente distribuiti sia in superficie che in sotterraneo; laddove possibile il monitoraggio si è temporalmente prolungato per più di un anno. In una prima fase, il progetto di ricerca si è concentrato sull'acquisizione dati. Diverse sorgenti, selezionate nelle aree di possibile influenza attorno allé infrastrutture esaminate, sono state monitorate per quel che concerne i parametri fisico-chimici: portata, conduttività elettrica, pH e temperatura. Campioni d'acqua sono stati prelevati mensilmente su sorgenti, venute d'acqua e precipitazioni, per analisi isotopiche; nella fattispecie, la composizione in isotopi stabili (δ2Η, δ180) tende a riflettere l'origine delle acque, in quanto, variazioni sia spaziali (altitudine di ricarica, topografia, etc.) che temporali (variazioni stagionali) della composizione isotopica delle precipitazioni influenzano anche le acque sotterranee. Laddove possibile, sono state campionate le venute d'acqua in galleria sia puntualmente che al variare del tempo. Le concentrazioni dei gas nobili disciolti nell'acqua e i loro rapporti isotopici sono stati altresi utilizzati in alcuni casi specifici per meglio spiegare l'origine delle acque e le tipologie di circuiti idrici sotterranei. Inoltre, diverse indagini geofisiche di resistività elettrica ed elettromagnetiche a bassissima frequenza (VLF) sono state condotte al fine di individuare le acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso. Principale obiettivo di questo lavoro è stato dimostrare come misure idrogeochimiche ed indagini geofisiche possano essere integrate alio scopo di sviluppare opportuni modelli idrogeologici concettuali utili per lo scavo di opere sotterranee. I principali risultati ottenuti al termine di questa ricerca sono stati: (i) aver testato con successo indagini geofisiche (ERT e VLF-EM) per l'individuazione di acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso e che possano essere causa di venute d'acqua in galleria durante lo scavo di tunnel; (ii) aver provato l'utilità di analisi su gas nobili, ioni maggiori e isotopi stabili per l'individuazione di faglie e per comprendere l'origine delle acque sotterranee (acque di recente infiltrazione ο provenienti da circolazioni profonde); (iii) aver testato in maniera convincente l'integrazione delle indagini geofisiche e di misure geochimiche per la valutazione della vulnérabilité delle sorgenti durante lo scavo di nuovi tunnel. - "La NLFA (Nouvelle Ligne Ferroviaire à travers les Alpes) axe du Saint-Gothard est le plus important projet de construction de Suisse. En bâtissant la nouvelle ligne du Saint-Gothard, la Suisse réalise un des plus grands projets de protection de l'environnement d'Europe". Cette phrase, qu'on lit comme présentation du projet Alptransit est particulièrement éloquente pour expliquer l'utilité des nouvelles lignes ferroviaires transeuropéens pour le développement durable. Toutefois, comme toutes grandes infrastructures, la construction de nouveaux tunnels ont des impacts inévitables sur l'environnement. En particulier, le possible drainage des eaux souterraines réalisées par le tunnel peut provoquer un abaissement du niveau des nappes piézométriques. De plus, l'écoulement de l'eau à l'intérieur du tunnel, conduit souvent à des problèmes d'ingénierie. Par exemple, d'importantes infiltrations d'eau dans le tunnel peuvent compliquer les phases d'excavation, provoquant un retard dans l'avancement et dans le pire des cas, peuvent mettre en danger la sécurité des travailleurs. Enfin, l'infiltration d'eau peut être un gros problème pendant le fonctionnement du tunnel. Du point de vue de la science, avoir accès à des infrastructures souterraines représente une occasion unique d'obtenir des informations géologiques en profondeur et pour échantillonner des eaux autrement inaccessibles. Dans ce travail, nous avons utilisé une approche pluridisciplinaire qui intègre des mesures d'étude hydrogéochimiques effectués sur les eaux de surface et des investigations géophysiques indirects, tels que la tomographic de résistivité électrique (TRE) et les mesures électromagnétiques de type VLF. L'étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction, qui sont le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri, une partie du susmentionné projet Alptransit, situé entièrement dans le canton Tessin, et le tunnel routière de San Fedele, situé a Roveredo dans le canton des Grisons. Le principal objectif était de montrer comment il était possible d'intégrer les deux approches, géophysiques et géochimiques, afin de répondre à la question de ce que pourraient être les effets possibles dû au drainage causés par les travaux souterrains. L'accès aux galeries ci-dessus a permis une validation adéquate des enquêtes menées confirmant, dans chaque cas, les hypothèses proposées. A cette fin, nous avons fait environ 50 profils géophysiques (28 imageries électrique bidimensionnels et 23 électromagnétiques) dans les zones de possible influence par le tunnel, dans le but d'identifier les fractures et les discontinuités dans lesquelles l'eau souterraine peut circuler. De plus, des eaux ont été échantillonnés dans 60 localités situées la surface ainsi que dans les tunnels subjacents, le suivi mensuelle a duré plus d'un an. Nous avons mesurés tous les principaux paramètres physiques et chimiques: débit, conductivité électrique, pH et température. De plus, des échantillons d'eaux ont été prélevés pour l'analyse mensuelle des isotopes stables de l'hydrogène et de l'oxygène (δ2Η, δ180). Avec ces analyses, ainsi que par la mesure des concentrations des gaz rares dissous dans les eaux et de leurs rapports isotopiques que nous avons effectués dans certains cas spécifiques, il était possible d'expliquer l'origine des différents eaux souterraines, les divers modes de recharge des nappes souterraines, la présence de possible phénomènes de mélange et, en général, de mieux expliquer les circulations d'eaux dans le sous-sol. Le travail, même en constituant qu'une réponse partielle à une question très complexe, a permis d'atteindre certains importants objectifs. D'abord, nous avons testé avec succès l'applicabilité des méthodes géophysiques indirectes (TRE et électromagnétiques de type VLF) pour prédire la présence d'eaux souterraines dans le sous-sol des massifs rocheux. De plus, nous avons démontré l'utilité de l'analyse des gaz rares, des isotopes stables et de l'analyses des ions majeurs pour la détection de failles et pour comprendre l'origine des eaux souterraines (eau de pluie par le haut ou eau remontant des profondeurs). En conclusion, avec cette recherche, on a montré que l'intégration des ces informations (géophysiques et géochimiques) permet le développement de modèles conceptuels appropriés, qui permettant d'expliquer comment l'eau souterraine circule. Ces modèles permettent de prévoir les infiltrations d'eau dans les tunnels et de prédire la vulnérabilité de sources et des autres ressources en eau lors de construction de tunnels.

Pollution and pollutant transport in the geosphere - An introduction to the symposium

Environmental research in earth sciences is focused on the geosphere, i.e. (1) waters and sediments of rivers, lakes and oceans, and (2) soils and underlying shallow rock formations,both water-unsaturated and -saturated. The subsurface is studied down to greater depths at sites where waste repositories or tunnels are planned and mining activities exist. In recent years, earth scientists have become more and more involved in pollution problems related to their classical field of interest, e.g. groundwater, ore deposits, or petroleum and non-metal natural deposits (gravel, clay, cement precursors). Major pollutants include chemical substances, radioactive isotopes and microorganisms. Mechanisms which govern the transport of pollutants are of physical, chemical (dissolution, precipitation, adsorption), or microbiological (transformation) nature. Land-use planning must reflect a sustainable development and sound scientific criteria. Today's environmental pollution requires working teams with an interdisciplinary background in earth sciences, hydrology, chemistry, biology, physics as well as engineering. This symposium brought together for the first time in Switzerland earth and soil scientists, physicists and chemists, to present and discuss environmental issues concerning the geosphere.

Mise en oeuvre de protocoles spatiaux pour analyser la modulation de processus cognitifs en fonction de la dimension émotionnelle chez le rongeur

Résumé : Emotion et cognition sont deux termes généralement employés pour désigner des processus psychiques de nature opposée. C'est ainsi que les sciences cognitives se sont longtemps efforcées d'écarter la composante «chaude »des processus «froids »qu'elles visaient, si ce n'est pour montrer l'effet dévastateur de la première sur les seconds. Pourtant, les processus cognitifs (de collecte, maintien et utilisation d'information) et émotioAnels (d'activation subjective, physiologique et comportementale face à ce qui est attractif ou aversif) sont indissociables. Par l'approche neuro-éthologique, à l'interface entre le substrat biologique et les manifestations comportementales, nous nous sommes intéressés à une fonction cognitive essentielle, la fonction mnésique, classiquement exprimée chez le rongeur par l'orientation spatiale. Au niveau du substrat, McDonald et White (1993) ont montré la dissociation de trois systèmes de mémoire, avec les rôles de l'hippocampe, du néostriatum et de l'amygdale dans l'encodage des informations respectivement épisodiques, procédurales et émotionnelles. Nous nous sommes penchés sur l'interaction entre ces systèmes en fonction de la dimension émotionnelle par l'éclairage du comportement. L'état émotionnel de l'animal dépend de plusieurs facteurs, que nous avons tenté de contrôler indirectement en comparant leurs effets sur l'acquisition, dans diverses conditions, de la tâche de Morris (qui nécessite la localisation dans un bassin de la position d'une plate-forme submergée), ainsi que sur le style d'exploration de diverses arènes, ouvertes ou fermées, plus ou moins structurées par la présence de tunnels en plexiglas transparent. Nous avons d'abord exploré le rôle d'un composant du système adrénergique dans le rapport à la difficulté et au stress, à l'aide de souris knock-out pour le récepteur à la noradrénaline a-1 B dans un protocole avec 1 ou 4 points de départ dans un bassin partitionné. Ensuite, nous nous sommes penchés, chez le rat, sur les effets de renforcement intermittent dans différentes conditions expérimentales. Dans ces conditions, nous avons également tenté d'analyser en quoi la situation du but dans un paysage donné pouvait interférer avec les effets de certaines formes de stress. Finalement, nous avons interrogé les conséquences de perturbations passées, y compris le renforcement partiel, sur l'organisation des déplacements sur sol sec. Nos résultats montrent la nécessité, pour les souris cont~ô/es dont l'orientation repose sur l'hippocampe, de pouvoir varier les trajectoires, ce qui favoriserait la constitution d'une carte cognitive. Les souris a->B KO s'avèrent plus sensibles au stress et capables de bénéficier de la condition de route qui permet des réponses simples et automatisées, sous-tendues par l'activité du striatum. Chez les rats en bassin 100% renforcé, l'orientation apparaît basée sur l'hippocampe, relayée par le striatum pour le développement d'approches systématiques et rapides, avec réorientation efficace en nouvelle position par réactivation dépendant de l'hippocampe. A 50% de renforcement, on observe un effet du type de déroulement des sessions, transitoirement atténué par la motivation Lorsque les essais s'enchaînent sans pause intrasession, les latences diminuent régulièrement, ce qui suggère une prise en charge possible par des routines S-R dépendant du striatum. L'organisation des mouvements exploratoires apparaît dépendante du niveau d'insécurité, avec différents profils intermédiaires entre la différentiation maximale et la thigmotaxie, qui peuvent être mis en relation avec différents niveaux d'efficacité de l'hippocampe. Ainsi, notre travail encourage à la prise en compte de la dimension émotionnelle comme modulatrice du traitement d'information, tant en phase d'exploration de l'environnement que d'exploitation des connaissances spatiales. Abstract : Emotion and cognition are terms widely used to refer to opposite mental processes. Hence, cognitive science research has for a long time pushed "hot" components away from "cool" targeted processes, except for assessing devastating effects of the former upon the latter. However, cognitive processes (of information collection, preservation, and utilization) and emotional processes (of subjective, physiological, and behavioral activation roue to attraction or aversion) are inseparable. At the crossing between biological substrate and behavioral expression, we studied a chief cognitive function, memory, classically shown in animals through spatial orientation. At the substrate level, McDonald et White (1993) have shown a dissociation between three memory systems, with the hippocampus, neostriatum, and amygdala, encoding respectively episodic, habit, and emotional information. Through the behavior of laboratory rodents, we targeted the interaction between those systems and the emotional axis. The emotional state of an animal depends on different factors, that we tried to check in a roundabout way by the comparison of their effects on acquisition, in a variety of conditions, of the Morris task (in which the location of a hidden platform in a pool is required), as well as on the exploration profile in different apparatus, open-field and closed mazes, more or less organized by clear Plexiglas tunnels. We first tracked the role, under more or less difficult and stressful conditions, of an adrenergic component, with knock-out mice for the a-1 B receptor in a partitioned water maze with 1 or 4 start positions. With rats, we looked for the consequences of partial reinforcement in the water maze in different experimental conditions. In those conditions, we further analyzed how the situation of the goal in the landscape could interfere with the effect of a given stress. At last, we conducted experiments on solid ground, in an open-field and in radial mazes, in order to analyze the organization of spatial behavior following an aversive life event, such as partial reinforcement training in the water maze. Our results emphasize the reliance of normal mice to be able to vary approach trajectories. One of our leading hypotheses is that such strategies are hippocampus-dependent and are best developed for of a "cognitive map like" representation. Alpha-1 B KO mice appear more sensitive to stress and able to take advantage of the route condition allowing simple and automated responses, most likely striatum based. With rats in 100% reinforced water maze, the orientation strategy is predominantly hippocampus dependent (as illustrated by the impairment induced by lesions of this structure) and becomes progressively striatum dependent for the development of systematic and fast successful approaches. Training towards a new platform position requires a hippocampus based strategy. With a 50% reinforcement rate, we found a clear impairment related to intersession disruption, an effect transitorily minimized by motivation enhancement (cold water). When trials are given without intrasession interruption, latencies consistently diminish, suggesting a possibility for striatum dependent stimulus-response routine to occur. The organization of exploratory movements is shown to depend on the level of subjective security, with different intermediary profiles between maximum differentiation and thigmotaxy, which can be considered in parallel with different efficiency levels of the hippocampus dependent strategies. Thus, our work fosters the consideration of emotion as a cognitive treatment modulator, during spatial exploration as well as spatial learning. It leads to a model in which the predominance of hippocampus based exploration is challenged by training conditions of various nature.

Organisation structurale du noyau et de microtubules de cellules de mammifères observés par cryo-microscopie électronique de sections hydratées

RESUME L'architecture nucléaire ainsi que l'ultrastructure des microtubules ont été abondamment étudiées par des méthodes cytochimiques utilisant des échantillons fixés chimiquement, enrobés dans des résines ou fixés à basse température. Les échantillons fixés à basse température pouvant aussi avoir été substitués, déshydratés et enrobés dans des résines pour la plupart hydrophiles. Ici, nous avons étendu ces études en utilisant la microscopie électronique effectuée sur des sections hydratées (CEMOVIS) permettant d'observer les échantillons dans un état le plus proche de leur état natif. De plus, nous avons effectué de la tomographie électronique sur des sections hydratées (TOVIS) afin d'obtenir une vision tridimensionnelle de : 1) la périphérie du noyau et de la région périchromatinienne et 2) de la lumière des microtubules. Concernant l'architecture nucléaire Nos observations montrent que le nucléole et la chromatine condensée sont facilement visualisés grâce à la texture spécifique qu'ils arborent. Au contraire, la visualisation de domaines nucléaires importants et spécialement ceux qui contiennent des ribonucléoprotéines, est rendue difficile, à cause du faible contraste qui caractérise l'espace interchromatinien. Ceci est essentiellement dû à la quantité d'information présente dans le volume de la section qui semble être superposée, lorsque observée sur des micrographies en deux dimensions. La tomographie nous a permis de mieux visualiser les différentes régions du noyau. Les mottes de chromatine condensée sont décorées à leur périphérie (région périchromatinienne), par nombre de fibrilles et granules. Des tunnels d'espace interchromatinien sont occasionnellement observés en train de traverser des régions de chromatine condensée favorisant l'accès aux pores nucléaires. Enfin, nous avons pu, au niveau d'un pore unique, observer la plupart des structures caractéristiques du complexe de pore nucléaire. Concernant l'ultrastructure des microtubules: Nous avons démontré que la polarité d'un microtubule observé in situ en section transversale, par CEMOVIS, est directement déduite de l'observation de la chiralité de ses protofilaments. Cette chiralité, a été établie précédemment comme étant liée à la morphologie des sous unités de tubuline. La tomographie électronique effectuée sur des sections hydratées, nous a permis d'observer les microtubules dans leur contexte cellulaire avec une résolution suffisante pour visualiser des détails moléculaires, comme les monomères de tubuline. Ainsi, des molécules n'ayant pas encore été caractérisées, ont été observées dans la lumière des microtubules. Ces observations ont été effectuées autant sur des cellules observées en coupe par CEMOVIS que sur des cellules congelées dans leur totalité par immersion dans un bain d'éthane liquide. Enfin, nous avons montré que les microtubules étaient aussi de formidables objets, permettant une meilleure compréhension des artéfacts de coupe occasionnés lors de la préparation des échantillons par CEMOVIS. Les buts des études qui seront menées â la suite de ce travail seront de 1) essayer de localiser des domaines nucléaires spécifiques par des approches cytochimiques avant la congélation des cellules. 2) Appliquer des méthodes de moyennage afin d'obtenir un modèle tridimensionnel de la structure du complexe de pore nucléaire dans son contexte cellulaire. 3) Utiliser des approches biochimiques afin de déterminer la nature exacte des particules qui se trouvent dans la lumière des microtubules. ABSTRACT Nuclear architecture as well as microtubule ultrastructure have been extensively investigated by means of different methods of ultrastructural cytochemistry using chemically fixed and resin embedded samples or following cryofixation, cryosubstitution and embedding into various, especially partially hydrophilic resins. Here, we extend these studies using cryoelectron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS) which allows one to observe the specimen as close as possible to its native state. Furthermore, we applied cryoelectron tomography of vitreous sections (TOVIS) in order to obtain athree-dimensional view of: 1) the nuclear periphery, and of the perichromatin region, and 2) the microtubule lumen. Concerning the nuclear architecture: Our observations show that nucleoli and condensed chromatin are well recognisable due to their specific texture. Conversely, the visualisation of other important nuclear domains, especially those containing ribonucleoproteins, is seriously hampered by a generally low contrast of the interchromatin region. This is mainly due to the plethora of information superposed in the volume of the section observed on two-dimensional micrographs. Cryoelectron tomography allowed us to better visualise nuclear regions. Condensed chromatin clumps are decorated on their periphery, the perichromatin region, by numerous fibrils and granules. Tunnels of interchromatin space can occasionally be found as crossing condensed chromatin regions, thus, allowing the access to nuclear pores. Finally, we were able to use TOVIS to directly distinguish most of the nuclear pore complex structures, at the level of a single pore. Concerning the microtubule ultrastructure: We have demonstrated that the polarity of across-sectioned microtubule observed in situ by CEMOVIS wás directly deducible from the visualisation of the tubulin protofiíaments' chirality. This chirality has been established before as related to the shape. of the tubulin subunits. Cryoelectron tomography allowed us to observe microtubules in their cellular context at a resolution sufficient to resolve molecular details such as their tubulin monomers. In this way, uncharacterized molecules were visualised in the microtubule lumen. These observations were made either on samples prepared by CEMOVIS or plunge freezing of whole cells. Finally, we have shown that microtubules are also relevant objects for the understanding of cutting artefacts, when performing CEMOVIS. The goals of our further studies will be to: 1) try to speciifically target different nuclear domains by cytochemical approaches in situ, prior to cryofixation. 2) Apply averaging methods in order to obtain a three-dimensional model of the nuclear pore complex at work, in its cellular context. 3) Use biochemical analysis combined in a second time to immunocytochemical approaches, to determine the exact nature of the microtubule's luminal particles.

The Ladinian flora from the Cassina beds (Meride Limestone, Monte San Giorgio, Switzerland): Preliminary results

A newly opened excavation in the Cassina beds of the Lower Meride Limestone (Monte San Giorgio UNESCO WHL, Canton Ticino, Southern Alps) has yielded a small collection of Ladinian plant fossils, together with vertebrate (mostly fish) and invertebrate remains The flora contains at least five species, conifer remains assignable to the genera Elatocladus, Voltzia and Pelourdea are the most common elements A new species, Elatocladus cassinae n Sp, is formally, described Co-occurring with the conifers arc seed ferns (Ptilozamites) and a few putative cycadalean remains (Taemopteris) Among the identified genera, only Volizia has previously been reported from Monte San Giorgio The fossils presented in this paper indicate that a diversified flora thrived in the region during the Ladman Floral composition and preservation patterns are suggestive of a taphonomically-biased record and a relatively far-away source area

Intrahippocampal cholinergic grafts in aged rats compensate impairments in a radial maze and in a place learning task

Age-related cognitive impairments were studied in rats kept in semi-enriched conditions during their whole life, and tested during ontogeny and adult life in various classical spatial tasks. In addition, the effect of intrahippocampal grafts of fetal septal-diagonal band tissue, rich in cholinergic neurons, was studied in some of these subjects. The rats received bilateral cell suspensions when aged 23-24 months. Starting 4 weeks after grafting, they were trained during 5 weeks in an 8-arm maze made of connected plexiglass tunnels. No age-related impairment was detected during the first eight trials, when the maze shape was that of a classical radial maze in which the rats had already been trained when young. The older rats were impaired when the task was made more difficult by rendering two arms parallel to each other. They developed an important neglect of one of the parallel tunnels resulting in a high amount of errors before completion of the task. In addition, the old rats developed a systematic response pattern of visits to adjacent arms in a sequence, which was not observed in the younger subjects. None of these behaviours were observed in the old rats with a septal transplant. Sixteen weeks after grafting, another experiment was conducted in a homing hole board task. Rats were allowed to escape from a large circular arena through one hole out of many, and to reach home via a flexible tube under the table. The escape hole was at a fixed position according to distant room cues, and olfactory cues were made irrelevant by rotating the table between the trials. An additional cue was placed on the escape position. No age-related difference in escape was observed during training. During a probe trial with no hole connected and no proximal cue present, the old untreated rats were less clearly focussed on the training sector than were either the younger or the grafted old subjects. Taken together, these experiments indicate that enriched housing conditions and spatial training during adult life do not protect against all age-related deterioration in spatial ability. However, it might be that the considerable improvement observed in the grafted subjects results from an interaction between the graft treatment and the housing conditions.

Das römische Theater von Avenches/Aventicum : Architektur, Baugeschichte, kulturhistorische Aspekte

Résumée Le théâtre romain d'Aventicum s'inscrit entre la petite ville moderne d'Avenches et le village de Donatyre, au pied d'une colline en pente douce délimitant au sud-est la plaine de la Broye. Il se situe à l'ouest des quartiers urbains antiques, construits selon un plan orthogonal, et s'intègre à une zone comptant divers temples et édifices publics. Dès l'hiver 1889/1890, l'Association Pro Aventico nouvellement fondée lança les premières fouilles archéologiques. Jusqu'en 1914, on dégagea les parties originales de la maçonnerie tout en assurant la restauration de l'édifice. En 1926/1927 et de 1939 à 1942 auront lieu d'autres fouilles de grande envergure, accompagnées de mesures de conservation. En 2001, la Fondation Pro Aventico lança un projet visant à étudier l'histoire de la construction ainsi que l'architecture du monument, alors connues en partie seulement. Sur la base de vestiges attestant la présence d'édifices antérieurs au théâtre, on définira pour la construction de ce dernier un terminus post quem entre 100 et 120 ap. J.-C. Comme l'indique l'étude du plan au sol, ce projet nécessita une importante planification. L'édifice lui-même se constitue d'une zone en demi-cercle réservée au public, dont les substructions indiquent qu'elle était partiellement isolée des autres. La cavea, subdivisée en trois secteurs concentriques, se termine par le bâtiment des halles et par les aditus; on relèvera que les rangées supérieures réservées aux spectateurs s'étendaient sans doute au-delà des halles et jusqu'à la façade. Les aditus permettaient d'accéder à la zone de l'orchestra et de la scène, dominée par une plate-forme de plan rectangulaire et bordée d'une proédrie. On disposait de deux voies d'accès différentes: l'une à l'avant, par les arcades des halles, et l'une à l'arrière, pratiquée dans le mur en demi-cercle; apparemment, on ne pouvait pénétrer que dans la partie centrale de ce dernier. On ne parvient à restituer que partiellement les voies de circulation dans les substructions de la cavea, en raison de leur piètre état de conservation. On a par contre pu repérer le deambulatorium, à la périphérie, ainsi que cinq vomitoria sur la première praecinctio et six vomitoria sur la seconde praecinctio. On peut admettre, sans toutefois disposer d'arguments à toute épreuve, que la troisième rangée, en haut, était accessible par des cages d'escaliers conduisant à la summa cavea. Ces hypothèses, fondées essentiellement sur le plan au sol de l'édifice et touchant aux voies de circulation, sont corroborées par une restitution des gradins des parties en élévation, aujourd'hui disparus. Quelques éléments architecturaux fournissent des arguments décisifs pour cette restitution, comme par exemple un bloc de gradin qui permet de conclure à un pendage de la cavea de 26.5°. On peut par ailleurs démontrer que le module architectural défini sur la base du plan au sol fut également appliqué lors de la planification de l'élévation. Grâce à des fragments de corniche, à deux chapiteaux de pilastre ornés de feuilles d'acanthe, à une base de pilastre engagée in situ dans la maçonnerie restaurée, et en tenant compte du module architectural, on peut proposer une reconstitution approximative de la composition de la façade de l'enceinte en demi-cercle. Si les structures architecturales révèlent que le théâtre fut planifié et édifié selon un seul et unique concept, on observe cependant quelques transformations et modifications au cours du temps. D'une part, on décèle en divers endroits des traces de réparation et de consolidation, visant sans doute à stabiliser un bâtiment ayant visiblement subi des dégâts. Par ailleurs, on a également entrepris des modifications structurelles ou fonctionnelles, comme l'édification ultérieure du postscaenium le long du mur de scène extérieur. Dans un contexte identique, on relèvera également deux murs flanquant les basiliques, qu'on suppose être en relation avec l'agrandissement du complexe architectural du temple du Cigognier et du théâtre, augmenté des deux temples édifiés au milieu du 2e s. ap. J.-C. au lieu-dit Au Lavoëx. L'excavation, au cours du dernier tiers du IIIe siècle ap. J.-C., d'un fossé de près de 6 m de large pour 1.5 m de profondeur tout autour de l'édifice fit du théâtre un véritable lieu fortifié. Au-dessus du fossé, on a pu relever une séquence stratigraphique témoignant d'une activité d'habitation à proximité du théâtre pour la période allant du IVe au VIIe siècle ap. J.-C. Il s'agit de l'un des rares cas où l'on peut, à Avenches, évoquer la présence d'un habitat de la période du Haut Moyen Age.

Revision anterior cruciate ligament reconstruction with quadriceps tendon-patellar bone autograft.

PURPOSE: To evaluate the cause of recurrent pathologic instability after anterior cruciate ligament (ACL) surgery and the effectiveness of revision reconstruction using a quadriceps tendon autograft using a 2-incision technique. TYPE OF STUDY: Retrospective follow-up study. METHODS: Between 1999 and 2001, 31 patients underwent ACL revision reconstruction because of recurrent pathologic instability during sports or daily activities. Twenty-eight patients were reviewed after a mean follow-up of 4.2 years (range, 3.3 to 5.6 years). The mean age at revision surgery was 27 years (range, 18 to 41 years). The average time from primary procedure to revision surgery was 26 months (range, 9 to 45 months). A clinical, functional, and radiographic evaluation was performed. Also magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography (CT) scanning was performed. The International Knee Documentation Committee (IKDC), Lysholm, and Tegner scales were used. A KT-1000 arthrometer measurement (MEDmetric, San Diego, CA) by an experienced physician was made. RESULTS: Of the failures, 79% had radiographic evidence of malposition of their tunnels. In only 6 cases (21%) was the radiologic anatomy of tunnel placement judged to be correct on both the femoral and tibial side. The MRI or CT showed, in 6 cases, a too-centrally placed femoral tunnel. After revision surgery, the position of tunnels was corrected. A significant improvement of Lachman and pivot-shift phenomenon was observed. In particular, 17 patients had a negative Lachman test, and 11 patients had a grade I Lachman with a firm end point. Preoperatively, the pivot-shift test was positive in all cases, and at last follow-up in 7 patients (25%) a grade 1+ was found. Postoperatively, KT-1000 testing showed a mean manual maximum translation of 8.6 mm (SD, 2.34) for the affected knee; 97% of patients had a maximum manual side-to-side translation <5 mm. At the final postoperative evaluation, 26 patients (93%) graded their knees as normal or nearly normal according to the IKDC score. The mean Lysholm score was 93.6 (SD, 8.77) and the mean Tegner activity score was 6.1 (SD, 1.37). No patient required further revision. Five patients (18%) complained of hypersensitive scars from the reconstructive surgery that made kneeling difficult. CONCLUSIONS: There were satisfactory results after ACL revision surgery using quadriceps tendon and a 2-incision technique at a minimum 3 years' follow-up; 93% of patients returned to sports activities. LEVEL OF EVIDENCE: Level IV, case series, no control group.

Early Iron Age Pottery: A Quantitative Approach, Proceedings of the International Round Table organized by the Swiss School of Archaeology in Greece (Athens, November 28-30, 2008)

Quantitative approaches in ceramology are gaining ground in excavation reports, archaeological publications and thematic studies. Hence, a wide variety of methods are being used depending on the researchers' theoretical premise, the type of material which is examined, the context of discovery and the questions that are addressed. The round table that took place in Athens on November 2008 was intended to offer the participants the opportunity to present a selection of case studies on the basis of which methodological approaches were discussed. The aim was to define a set of guidelines for quantification that would prove to be of use to all researchers. Contents: 1) Introduction (Samuel Verdan); 2) Isthmia and beyond. How can quantification help the analysis of EIA sanctuary deposits? (Catherine Morgan); 3) Approaching aspects of cult practice and ethnicity in Early Iron Age Ephesos using quantitative analysis of a Protogeometric deposit from the Artemision (Michael Kerschner); 4) Development of a ceramic cultic assemblage: Analyzing pottery from Late Helladic IIIC through Late Geometric Kalapodi (Ivonne Kaiser, Laura-Concetta Rizzotto, Sara Strack); 5) 'Erfahrungsbericht' of application of different quantitative methods at Kalapodi (Sara Strack); 6) The Early Iron Age sanctuary at Olympia: counting sherds from the Pelopion excavations (1987-1996) (Birgitta Eder); 7) L'aire du pilier des Rhodiens à Delphes: Essai de quantification du mobilier (Jean-Marc Luce); 8) A new approach in ceramic statistical analyses: Pit 13 on Xeropolis at Lefkandi (David A. Mitchell, Irene S. Lemos); 9) Households and workshops at Early Iron Age Oropos: A quantitative approach of the fine, wheel-made pottery (Vicky Vlachou); 10) Counting sherds at Sindos: Pottery consumption and construction of identities in the Iron Age (Stefanos Gimatzidis); 11) Analyse quantitative du mobilier céramique des fouilles de Xombourgo à Ténos et le cas des supports de caisson (Jean-Sébastien Gros); 12) Defining a typology of pottery from Gortyn: The material from a pottery workshop pit, (Emanuela Santaniello); 13) Quantification of ceramics from Early Iron Age tombs (Antonis Kotsonas); 14) Quantitative analysis of the pottery from the Early Iron Age necropolis of Tsikalario on Naxos (Xenia Charalambidou); 15) Finding the Early Iron Age in field survey: Two case studies from Boeotia and Magnesia (Vladimir Stissi); 16) Pottery quantification: Some guidelines (Samuel Verdan)

Les souris (Mus domesticus) du tunnel du Simplon: leur origine et hypothèses sur leur écologie

The Simplon tunnel is a railway connection trough the Alps between Brig (Switzerland) and Iselle (Italy). Constructed at the beginning of the last century, it consists of two parallel, interconnected tunnels of 19.8 km each. Due to geothermal conditions, its temperature of 29°C is seasonally invariable. Stories about blind mice induced us to sample small mammals in the central part of the tunnel. We used 30 Longworth traps, set in 6 groups of 5 traps. After a prebaiting period of 2 weeks, the traps were opened during one night. We captured 10 Mus domesticus Rutty, 1772. A karyological analysis showed that they had the standard diploid number of 2n = 40, as mice from Brig. Mice from the Val d'Ossola (Italian side of the tunnel) had a karyotype of 2n = 24 with two specific Robertsonian fusion, Rb(5.8) and Rb(7.15). This "Domodossola race" belongs to the Lago Maggiore sub-groupe. As a conclusion, the tunnel colonisation took place from the north. With a density of about 5 - 10 mice per km, a rough estimate of the total tunnel population is about 200 - 400 mice. The few pick-nick left-overs from workers active in the tunnel cannot sustain such a population. It is concluded that the mice, as well as the regularly encountered Gryllus domesticus, are living from human faeces, dropped from the water closets of the trains. Low food resources, lack of predators and perhaps lack of accidents imply a density dependent population control, coupled with a low reproduction rate.

A new method to estimate the infilling of alluvial sediment of glacial valleys using a sloping local base level

A new method is used to estimate the volumes of sediments of glacial valleys. This method is based on the concept of sloping local base level and requires only a digital terrain model and the limits of the alluvial valleys as input data. The bedrock surface of the glacial valley is estimated by a progressive excavation of the digital elevation model (DEM) of the filled valley area. This is performed using an iterative routine that replaces the altitude of a point of the DEM by the mean value of its neighbors minus a fixed value. The result is a curved surface, quadratic in 2D. The bedrock surface of the Rhone Valley in Switzerland was estimated by this method using the free digital terrain model Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) (~92 m resolution). The results obtained are in good agreement with the previous estimations based on seismic profiles and gravimetric modeling, with the exceptions of some particular locations. The results from the present method and those from the seismic interpretation are slightly different from the results of the gravimetric data. This discrepancy may result from the presence of large buried landslides in the bottom of the Rhone Valley.

Développement d'une méthode microgravimétrique urbaine : intégration dans un SIG et application au projet du M2 lausannois

Résumé La réalisation d'une seconde ligne de métro (M2) dès 2004, passant dans le centre ville de Lausanne, a été l'opportunité de développer une méthodologie concernant des campagnes microgravimétriques dans un environnement urbain perturbé. Les corrections topographiques prennent une dimension particulière dans un tel milieu, car de nombreux objets non géologiques d'origine anthropogénique comme toutes sortes de sous-sols vides viennent perturber les mesures gravimétriques. Les études de génie civil d'avant projet de ce métro nous ont fournis une quantité importante d'informations cadastrales, notamment sur les contours des bâtiments, sur la position prévue du tube du M2, sur des profondeurs de sous-sol au voisinage du tube, mais aussi sur la géologie rencontré le long du corridor du M2 (issue des données lithologiques de forages géotechniques). La planimétrie des sous-sols a été traitée à l'aide des contours des bâtiments dans un SIG (Système d'Information Géographique), alors qu'une enquête de voisinage fut nécessaire pour mesurer la hauteur des sous-sols. Il a été alors possible, à partir d'un MNT (Modèle Numérique de Terrain) existant sur une grille au mètre, de mettre à jour celui ci avec les vides que représentent ces sous-sols. Les cycles de mesures gravimétriques ont été traités dans des bases de données Ac¬cess, pour permettre un plus grand contrôle des données, une plus grande rapidité de traitement, et une correction de relief rétroactive plus facile, notamment lorsque des mises à jour de la topographie ont lieu durant les travaux. Le quartier Caroline (entre le pont Bessières et la place de l'Ours) a été choisi comme zone d'étude. Le choix s'est porté sur ce quartier du fait que, durant ce travail de thèse, nous avions chronologiquement les phases pré et post creusement du tunnel du M2. Cela nous a permis d'effectuer deux campagnes gravimétriques (avant le creu¬sement durant l'été 2005 et après le creusement durant l'été 2007). Ces réitérations nous ont permis de tester notre modélisation du tunnel. En effet, en comparant les mesures des deux campagnes et la réponse gravifique du modèle du tube discrétisé en prismes rectangulaires, nous avons pu valider notre méthode de modélisation. La modélisation que nous avons développée nous permet de construire avec détail la forme de l'objet considéré avec la possibilité de recouper plusieurs fois des interfaces de terrains géologiques et la surface topographique. Ce type de modélisation peut s'appliquer à toutes constructions anthropogéniques de formes linéaires. Abstract The realization of a second underground (M2) in 2004, in downtown Lausanne, was the opportunity to develop a methodology of microgravity in urban environment. Terrain corrections take on special meaning in such environment. Many non-geologic anthropogenic objects like basements act as perturbation of gravity measurements. Civil engineering provided a large amount of cadastral informations, including out¬lines of buildings, M2 tube position, depths of some basements in the vicinity of the M2 corridor, and also on the geology encountered along the M2 corridor (from the lithological data from boreholes). Geometry of basements was deduced from building outlines in a GIS (Geographic Information System). Field investigation was carried out to measure or estimate heights of basements. A DEM (Digital Elevation Model) of the city of Lausanne is updated from voids of basements. Gravity cycles have been processed in Access database, to enable greater control of data, enhance speed processing, and retroactive terrain correction easier, when update of topographic surface are available. Caroline area (between the bridge Saint-Martin and Place de l'Ours) was chosen as the study area. This area was in particular interest because it was before and after digging in this thesis. This allowed us to conduct two gravity surveys (before excavation during summer 2005 and after excavation during summer 2007). These re-occupations enable us to test our modélisation of the tube. Actually, by comparing the difference of measurements between the both surveys and the gravity response of our model (by rectangular prisms), we were able to validate our modeling. The modeling method we developed allows us to construct detailed shape of an object with possibility to cross land geological interfaces and surface topography. This type of modélisation can be applied to all anthropogenic structures.