P-wave velocities of samples from the Penninic of the western Alps along NFP20-west seismic-reflection profiles

Using the transit pulse method, we have determined compressional wave velocities of rocks from various geological units belonging to the Penninic zone along the NFP20-West profiles of the Swiss western Alps. The velocities have been measured at confining pressures up to 400 MPa, along three orthogonal axes defined by the macrostructure of the rocks. The samples analysed show a degree of metamorphism ranging from greenschist to eclogite facies. This collection includes schists, dolomites, gneisses and ophiolitic rocks. The mean velocities range from 5.9 km/s for a quartzitic calcschist to 7.9 km/s for an eclogitic metagabbro. The velocity anisotropy is as high as 20 %. The range of acoustic impedance is wide, from 15 to 27 10(6) kg/m2s. From these measurements, normal incident reflection coefficients for likely rock assemblages within and between geological units were estimated in order to interpret zone of the strong reflections recorded along the seismic profiles. Reflection coefficients as high as 0.17 could be determined.

Geodynamic reconstructions of the South America-Antarctica plate system

The South America-Antarctica plate system shows many oceanic accretionary systems and subduction zones that initiated and then stopped. To better apprehend the evolution of the system, geodynamic reconstructions (global) have been created from Jurassic (165 Ma) to present, following the techniques used at the University of Lausanne. However, additional synthetic magnetic anomalies were used to refine the geodynamics between 33 Ma and present. The reconstructions show the break up of Gondwana with oceanisation between South America (SAM) and Antarctica (ANT), together with the break off of `Andean' geodynamical units (GDUs). We propose that oceanisation occurs also east and south of the Scotian GDUs. Andean GDUs collide with other GDUs crossing the Pacific. The west coast of SAM and ANT undergo a subsequent collision with all those GDUs between 103 Ma and 84 Ma, and the Antarctic Peninsula also collides with Tierra del Fuego. The SAM-ANT plate boundary experienced a series of extension and shortening with large strike-slip component, culminating with intra-oceanic subduction leading to the presence of the `V-' and anomalies in the Weddell Sea. From 84 Ma, a transpressive collision takes place in the Scotia region, with active margin to the east. As subduction propagates northwards into an old and dense oceanic crust, slab roll-back initiates, giving rise to the western Scotia Sea and the Powell Basin opening. The Drake Passage opens. As the Scotian GDUs migrate eastwards, there is enough space for them to spread and allow a north-south divergence with a spreading axis acting simultaneously with the western Scotia ridge. Discovery Bank stops the migration of South Orkney and `collides with' the SAM-ANT spreading axis, while the northern Scotian GDUs are blocked against the Falkland Plateau and the North-East Georgia Rise. The western and central Scotia and the Powell Basin spreading axes must cease, and the ridge jumps to create the South Sandwich Islands Sea. The Tierra del Fuego-Patagonia region has always experienced mid-oceanic ridge subduction since 84 Ma. Slab window location is also presented (57-0 Ma), because of its important implication for heat flux and magmatism. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Rockfall susceptibility assessment and remote geological mapping with LiDAR point clouds

Characterizing the geological features and structures in three dimensions over inaccessible rock cliffs is needed to assess natural hazards such as rockfalls and rockslides and also to perform investigations aimed at mapping geological contacts and building stratigraphy and fold models. Indeed, the detailed 3D data, such as LiDAR point clouds, allow to study accurately the hazard processes and the structure of geologic features, in particular in vertical and overhanging rock slopes. Thus, 3D geological models have a great potential of being applied to a wide range of geological investigations both in research and applied geology projects, such as mines, tunnels and reservoirs. Recent development of ground-based remote sensing techniques (LiDAR, photogrammetry and multispectral / hyperspectral images) are revolutionizing the acquisition of morphological and geological information. As a consequence, there is a great potential for improving the modeling of geological bodies as well as failure mechanisms and stability conditions by integrating detailed remote data. During the past ten years several large rockfall events occurred along important transportation corridors where millions of people travel every year (Switzerland: Gotthard motorway and railway; Canada: Sea to sky highway between Vancouver and Whistler). These events show that there is still a lack of knowledge concerning the detection of potential rockfalls, making mountain residential settlements and roads highly risky. It is necessary to understand the main factors that destabilize rocky outcrops even if inventories are lacking and if no clear morphological evidences of rockfall activity are observed. In order to increase the possibilities of forecasting potential future landslides, it is crucial to understand the evolution of rock slope stability. Defining the areas theoretically most prone to rockfalls can be particularly useful to simulate trajectory profiles and to generate hazard maps, which are the basis for land use planning in mountainous regions. The most important questions to address in order to assess rockfall hazard are: Where are the most probable sources for future rockfalls located? What are the frequencies of occurrence of these rockfalls? I characterized the fracturing patterns in the field and with LiDAR point clouds. Afterwards, I developed a model to compute the failure mechanisms on terrestrial point clouds in order to assess the susceptibility to rockfalls at the cliff scale. Similar procedures were already available to evaluate the susceptibility to rockfalls based on aerial digital elevation models. This new model gives the possibility to detect the most susceptible rockfall sources with unprecented detail in the vertical and overhanging areas. The results of the computation of the most probable rockfall source areas in granitic cliffs of Yosemite Valley and Mont-Blanc massif were then compared to the inventoried rockfall events to validate the calculation methods. Yosemite Valley was chosen as a test area because it has a particularly strong rockfall activity (about one rockfall every week) which leads to a high rockfall hazard. The west face of the Dru was also chosen for the relevant rockfall activity and especially because it was affected by some of the largest rockfalls that occurred in the Alps during the last 10 years. Moreover, both areas were suitable because of their huge vertical and overhanging cliffs that are difficult to study with classical methods. Limit equilibrium models have been applied to several case studies to evaluate the effects of different parameters on the stability of rockslope areas. The impact of the degradation of rockbridges on the stability of large compartments in the west face of the Dru was assessed using finite element modeling. In particular I conducted a back-analysis of the large rockfall event of 2005 (265'000 m3) by integrating field observations of joint conditions, characteristics of fracturing pattern and results of geomechanical tests on the intact rock. These analyses improved our understanding of the factors that influence the stability of rock compartments and were used to define the most probable future rockfall volumes at the Dru. Terrestrial laser scanning point clouds were also successfully employed to perform geological mapping in 3D, using the intensity of the backscattered signal. Another technique to obtain vertical geological maps is combining triangulated TLS mesh with 2D geological maps. At El Capitan (Yosemite Valley) we built a georeferenced vertical map of the main plutonio rocks that was used to investigate the reasons for preferential rockwall retreat rate. Additional efforts to characterize the erosion rate were made at Monte Generoso (Ticino, southern Switzerland) where I attempted to improve the estimation of long term erosion by taking into account also the volumes of the unstable rock compartments. Eventually, the following points summarize the main out puts of my research: The new model to compute the failure mechanisms and the rockfall susceptibility with 3D point clouds allows to define accurately the most probable rockfall source areas at the cliff scale. The analysis of the rockbridges at the Dru shows the potential of integrating detailed measurements of the fractures in geomechanical models of rockmass stability. The correction of the LiDAR intensity signal gives the possibility to classify a point cloud according to the rock type and then use this information to model complex geologic structures. The integration of these results, on rockmass fracturing and composition, with existing methods can improve rockfall hazard assessments and enhance the interpretation of the evolution of steep rockslopes. -- La caractérisation de la géologie en 3D pour des parois rocheuses inaccessibles est une étape nécessaire pour évaluer les dangers naturels tels que chutes de blocs et glissements rocheux, mais aussi pour réaliser des modèles stratigraphiques ou de structures plissées. Les modèles géologiques 3D ont un grand potentiel pour être appliqués dans une vaste gamme de travaux géologiques dans le domaine de la recherche, mais aussi dans des projets appliqués comme les mines, les tunnels ou les réservoirs. Les développements récents des outils de télédétection terrestre (LiDAR, photogrammétrie et imagerie multispectrale / hyperspectrale) sont en train de révolutionner l'acquisition d'informations géomorphologiques et géologiques. Par conséquence, il y a un grand potentiel d'amélioration pour la modélisation d'objets géologiques, ainsi que des mécanismes de rupture et des conditions de stabilité, en intégrant des données détaillées acquises à distance. Pour augmenter les possibilités de prévoir les éboulements futurs, il est fondamental de comprendre l'évolution actuelle de la stabilité des parois rocheuses. Définir les zones qui sont théoriquement plus propices aux chutes de blocs peut être très utile pour simuler les trajectoires de propagation des blocs et pour réaliser des cartes de danger, qui constituent la base de l'aménagement du territoire dans les régions de montagne. Les questions plus importantes à résoudre pour estimer le danger de chutes de blocs sont : Où se situent les sources plus probables pour les chutes de blocs et éboulement futurs ? Avec quelle fréquence vont se produire ces événements ? Donc, j'ai caractérisé les réseaux de fractures sur le terrain et avec des nuages de points LiDAR. Ensuite, j'ai développé un modèle pour calculer les mécanismes de rupture directement sur les nuages de points pour pouvoir évaluer la susceptibilité au déclenchement de chutes de blocs à l'échelle de la paroi. Les zones sources de chutes de blocs les plus probables dans les parois granitiques de la vallée de Yosemite et du massif du Mont-Blanc ont été calculées et ensuite comparés aux inventaires des événements pour vérifier les méthodes. Des modèles d'équilibre limite ont été appliqués à plusieurs cas d'études pour évaluer les effets de différents paramètres sur la stabilité des parois. L'impact de la dégradation des ponts rocheux sur la stabilité de grands compartiments de roche dans la paroi ouest du Petit Dru a été évalué en utilisant la modélisation par éléments finis. En particulier j'ai analysé le grand éboulement de 2005 (265'000 m3), qui a emporté l'entier du pilier sud-ouest. Dans le modèle j'ai intégré des observations des conditions des joints, les caractéristiques du réseau de fractures et les résultats de tests géoméchaniques sur la roche intacte. Ces analyses ont amélioré l'estimation des paramètres qui influencent la stabilité des compartiments rocheux et ont servi pour définir des volumes probables pour des éboulements futurs. Les nuages de points obtenus avec le scanner laser terrestre ont été utilisés avec succès aussi pour produire des cartes géologiques en 3D, en utilisant l'intensité du signal réfléchi. Une autre technique pour obtenir des cartes géologiques des zones verticales consiste à combiner un maillage LiDAR avec une carte géologique en 2D. A El Capitan (Yosemite Valley) nous avons pu géoréferencer une carte verticale des principales roches plutoniques que j'ai utilisé ensuite pour étudier les raisons d'une érosion préférentielle de certaines zones de la paroi. D'autres efforts pour quantifier le taux d'érosion ont été effectués au Monte Generoso (Ticino, Suisse) où j'ai essayé d'améliorer l'estimation de l'érosion au long terme en prenant en compte les volumes des compartiments rocheux instables. L'intégration de ces résultats, sur la fracturation et la composition de l'amas rocheux, avec les méthodes existantes permet d'améliorer la prise en compte de l'aléa chute de pierres et éboulements et augmente les possibilités d'interprétation de l'évolution des parois rocheuses.

Développement de l'irrigation et évolution des régimes fonciers dans la région de Gaya (Niger)

Since the mid 90's, international actors as well as governmental actors have raised their interest into the development of irrigation's potential that is still largely unexploited in Niger. It seems all the more interesting as it could answer the needs of a fast growing population (3.3% per year). However, if everyone agrees on the need to development this system, the current implementation triggers questions on the process itself and its side effects. National and international policies on this matter were build upon an historical process through colonial, post-colonial and then the late 1980's neoliberal structures, leading to a business model that reveals a discrepancy between the state logic and the farming one. This business model asks for a high capacity of mobilization of resources unachievable for many, especially when they want to address small-scale irrigation (area of land tenure systems. The empirical analysis raise three main questions that concern the issue of secure land rights through the modern law, the commoditization of land and land access for the producers. The department of Gaya has a large potential of accessible water resources that allowed an extensive production of fruits and vegetables since the 1980's. These productions were developed at first by the local farmers, but the high value added engendered then attracted external players as well, such as civil servants and merchants. The World Bank supported this momentum through the development of a business type project. Unfortunately, it reached mostly the new external players and local elites rather than the small farmers, notably due to the high illiteracy rate among farmers. In terms of land tenure analysis, the project excluded all farmers cultivating land on a loan or lease agreement and all those for whom it was difficult to obtain a title of ownership. However, this new interest for small-scale irrigation exerted by the project and the new players triggered the commoditization of land. As a matter of fact, the demographic constraints and the fragmentation of the familial land ownership led to a more individual production system, where the customary relation to land tenure is weakened or even overcome. This makes it easier for the new players who need to settle their small-scale irrigation projects to purchase land. When there are only few areas available for selling, the. purchasing processes are undermining the farmers with insecure rights. If the withdrawal of lands is supposed to be smoothened by social measures, such as replacement of the land and primary offers to purchase the land, those measures are often not attractive. The proposed land of replacement is frequently too far away located or lesser fertile to be of any use and the economic capacity of purchasing is too little, eventually leading the farmers to leave their terroirs. Those in charge of the application of the Rural Code have succeeding in answering the need of written secured land tenure, but have difficulty to meet the challenge of doing the same to secure rights for farmers with loans or lease agreements. The small-scale irrigation could bring an answer for their financial needs to buy the land, but it would require mobilizing resources to invest or an easier access to supportive projects. The economic benefice from small-scale irrigation is now widely recognized, but we have to take also into account the risks of marginalization of part of the small farmers. For a more widely spread exploitation of small-scale irrigation, the mechanism of land regulation as well as the process to access the financial and technical support of projects must be revised in order to reach more small farmers. Développement de l'irrigation et évolution des régimes fonciers dans la région de Gaya (Niger) - Le secteur de l'irrigation a bénéficié d'un regain d'intérêt de la part des acteurs internationaux du développement et de l'Etat nigérien depuis le milieu des années 1990. Cet intérêt est à la hauteur du potentiel en terres irrigables (300Ό00 ha environ) du pays, largement sous-exploité alors que les besoins alimentaires sont grandissants, la population augmentant de 3.3% par an. Si le diagnostic est correct, les stratégies mises en oeuvre en matière d'irrigation posent question. Les interventions, aussi bien publiques qu'internationales, reposent sur un modèle entrepreneurial qui parachève une longue trajectoire historique. Initiée par l'Etat colonial, poursuivie par l'Etat post-colonial et transformé par les politiques néolibérales des années 1980, elle se caractérise par un hiatus constant entre logiques étatiques et logiques paysannes. En matière de petite irrigation privée (surfaces < 1-2 ha, technologies à faible coût), ce modèle présuppose une mobilisation de ressources (économiques, sociales, éducationnelles et foncières) inégalement réparties au sein de la population rurale. Cette recherche s'est intéressée à expliciter les liens qui existent entre le développement de la petite irrigation privée et l'évolution des régimes fonciers. Les trois questionnements qui ont guidé l'analyse empirique portent sur la sécurisation foncière, les dynamiques de marchandisation de la terre et l'accès à la terre pour tous les producteurs. Le Département de Gaya dispose d'un potentiel très important en ressources hydriques, facilement mobilisables. Les productions maraîchères et fruitières ont connu un essor très important à partir des années 1980. Initialement pratiquées par les cultivateurs, elles ont progressivement attiré l'attention d'acteurs externes au monde rural (fonctionnaires, commerçants), du fait de leur haute valeur ajoutée. La Banque mondiale a fortement soutenu cette dynamique à travers un projet à vocation entrepreneuriale, qui s'est pourtant révélé hors de portée de la majorité des petits paysans et a principalement bénéficié à ces acteurs extra-ruraux ainsi qu'à certaines élites locales. Au plan foncier, il a en particulier exclu tous les emprunteurs des terres, qui ne sont pas à même de produire des documents écrits confirmant leurs droits sur la terre. Ce projet, et plus largement l'intérêt que les acteurs extra-ruraux portent à la petite irrigation, ont contribué à alimenter la marchandisation de la terre. Sans ancrage familial dans les terroirs villageois, ces acteurs sont obligés d'acheter la terre pour faire de l'irrigation. Leur demande vient s'inscrire dans un contexte général où la pression démographique et le morcellement successif des capitaux fonciers familiaux ont progressivement individualisé la relation entre les producteurs et la terre, au point d'affaiblir ou de faire tomber les interdits coutumiers en matière de vente. Dans les espaces disposant de faibles réserves foncières, les ventes se font principalement au détriment des acteurs qui, comme les emprunteurs, disposent de droits fonciers peu stables et sécurisés. Si le retrait de la terre est socialement encadré (terre en remplacement, possibilité d'acheter la terre qui va être vendue), il pose également des contraintes agronomiques (sols de moindre qualité) et économiques (nécessité de disposer des liquidités pour racheter la terre) qui peuvent, en dernier ratio, obligent les acteurs concernés à quitter les terroirs. Les instances du Code rural, qui ont su apporter des réponses satisfaisantes à la demande de sécurisation foncière par l'établissement de documents écrits, rencontrent aujourd'hui de grandes difficultés à en faire de même pour les droits de prêt. Dans ce contexte, l'irrigation peut apporter les sommes nécessaires à l'achat des terres. Encore faut-il que ces emprunteurs disposent des ressources financières propres pour la développer ou qu'ils puissent y avoir accès grâce à l'appui d'un projet. Si l'intérêt économique de la petite irrigation privée est indiscutable, les risques de marginalisation d'une partie de producteurs ruraux qu'elle peut produire sont bien réels. Pour en faire une activité accessible au plus grand nombre, il faut revoir les mécanismes de régulation foncière, ainsi que les montages techniques et financiers qui supportent le développement de ce secteur d'activité très prometteur.