Dissecting TCR-MHC/peptide complex interactions with A2/peptide multimers incorporating tumor antigen peptide variants: crucial role of interaction kinetics on functional outcomes.

Soluble peptide/MHC-class-I (pMHC) multimers have recently emerged as unique reagents for the study of specific interactions between the pMHC complex and the TCR. Here, we assessed the relative binding efficiency of a panel of multimers incorporating single-alanine-substituted variants of the tumor-antigen-derived peptide MAGE-A10(254-262) to specific CTL clones displaying different functional avidity. For each individual clone, the efficiency of binding of multimers incorporating MAGE-A10 peptide variants was, in most cases, in good although not linear correlation with the avidity of recognition of the corresponding variant. In addition, we observed two types of discrepancies between efficiency of recognition and multimer binding. First, for some peptide variants, efficient multimer binding was detected in the absence of measurable effector functions. Some of these peptide variants displayed antagonist activity. Second, when comparing different clones we found clear discrepancies between the dose of peptide required to obtain half-maximal lysis in CTL assays and the binding efficiency of the corresponding multimers. These discrepancies, however, were resolved when the differential stability of the TCR/pMHC complexes was determined. For individual clones, decreased recognition correlated with increased TCR/pMHC off-rate. TCR/pMHC complexes formed by antagonist ligands displayed off-rates faster than those of TCR/pMHC complexes formed with weak agonists. In addition, when comparing different clones, the efficiency of multimer staining correlated better with relative multimer off-rates than with half-maximal lysis values. Altogether, the data presented here reconcile and extend our previous results on the impact of the kinetics of interaction of TCR with pMHC complexes on multimer binding and underline the crucial role of TCR/pMHC off-rates for the functional outcome of such interactions.

Luteinizing hormone (LH) and prolactin-releasing pituitary tumor: possible malignant transformation of the LH cell line.

A pituitary tumor was diagnosed in a prepubertal 13-yr-old girl, who had elevated plasma LH (58 mIU/ml) and PRL (93 ng/ml) levels; decreased GH, ACTH, and FSH secretion; and diabetes insipidus. After surgery, plasma LH and PRL declined, but not to normal levels. Conventional external radiotherapy to the pituitary was immediately followed by a decrease in LH to prepubertal values (0.7 mIU/ml), while PRL levels became normal only after a long course of bromocriptine therapy. The pituitary tumor was composed of two distinct cell types: small polygonal cells, which were PRL positive by immunohistochemistry, and clusters of pleomorphic large frequently mitotic polynucleated cells, which were LH positive, some of them also being positive for the alpha-subunit or beta LH but not for beta FSH. Four years after surgery and radiotherapy, the patient deteriorated neurologically. Computed tomographic scan showed widespread frontal and periventricular tumor, which had the histological features of a poorly differentiated carcinoma. No PRL, LH, or alpha- or beta-subunits were detectable on immunocytochemistry. While the PRL-positive cells of the pituitary tumor displayed the histological and clinical features of PRL adenomas, the morphological characteristics of LH cells and the sharp decline of plasma LH levels after radiotherapy were suggestive of malignant transformation. In this context, the later brain tumor could have been the result of subependymal spread of the pituitary tumor after it lost its hormone-secreting capacity.

Legal europeanization as legal transformation : some insights from Swiss 'outer Europe'

The "Europeanization" of non-EU countries' laws is predominantly seen as an "export" of the EU acquis, especially in the case of so-called "quasi-member" states such as Switzerland. Based on an examination of the Swiss experience, this paper highlights the flaws of this conceptualization: the Europeanization of Swiss Law is a highly differentiated phenomenon, encompassing several forms of approximation to EU Law. All of these forms fall short of an "export" of norms, and result in the creation of something new: a "Europeanized law" that is similar to, but qualitatively different from, EU Law. Another drawback of the "export" metaphor is the emphasis it places on the isomorphism of positive legislation. Europeanization goes deeper than that. As shown in this paper, it is a process of transformation involving not only positive law, but also legal thinking. The Swiss case demonstrates how significant such deeper transformations can be: the Europeanization of positive law has induced an alteration of the traditional canon of legal interpretation. It also demonstrates how problematic such transformations can be: the above-mentioned alteration has not given rise to a new and universally accepted canon of interpretation. This reflects the tension between the need for clear "rules of reference" for EU legal materials - which are required in order to restore coherence and predictability to an extensively Europeanized legal system - and the reluctance to give a legal value to foreign legal materials - which is rooted in a traditional understanding of the concept of "law". Such tension, in turn, shows what deep and difficult transformations are required in order to establish a viable model of legal integration outside supranational structures.

A non-invasive assessment of hepatic glycogen kinetics and post-absorptive gluconeogenesis in man.

A novel approach to the study of hepatic glycogen kinetics and fractional gluconeogenesis in vivo is described. Ten healthy female subjects were fed an iso-caloric diet containing 55% carbohydrate energy with a 13C abundance of 1.083 atom percent for a 3-day baseline period; then, a diet of similar composition, but providing carbohydrate with a 13C abundance of 1.093 atom percent was started and continued for 5 days. Resting respiratory gas exchanges, urinary nitrogen excretion, breath 13CO2 and plasma 13C glucose were measured every morning in the fasting state. The enrichment in 13C of hepatic glycogen was calculated from these measured data. 13C glycogen enrichment increased after switching to a 13C enriched carbohydrate diet, and was identical to the 13C enrichment of dietary carbohydrates after 3 days. The time required to renew 50% of hepatic glycogen, as determined from the kinetics of 13C glycogen enrichment, was 18.9 +/- 3.6 h. Fractional gluconeogenesis, as determined from the difference between the enrichments of glucose oxidized originating from hepatic glycogen and plasma glucose 13C was 50.8 +/- 5.3%. This non-invasive method will allow the study of hepatic glycogen metabolism in insulin-resistant patients.

Establishment of animal models to analyze the kinetics and distribution of human tumor antigen-specific CD8⁺ T cells.

Many patients develop tumor antigen-specific T cell responses detectable in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) following cancer vaccine. However, measurable tumor regression is observed in a limited number of patients receiving cancer vaccines. There is a need to re-evaluate systemically the immune responses induced by cancer vaccines. Here, we established animal models targeting two human cancer/testis antigens, NY-ESO-1 and MAGE-A4. Cytotoxic T lymphocyte (CTL) epitopes of these antigens were investigated by immunizing BALB/c mice with plasmids encoding the entire sequences of NY-ESO-1 or MAGE-A4. CD8(+) T cells specific for NY-ESO-1 or MAGE-A4 were able to be detected by ELISPOT assays using antigen presenting cells pulsed with overlapping peptides covering the whole protein, indicating the high immunogenicity of these antigens in mice. Truncation of these peptides revealed that NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells recognized D(d)-restricted 8mer peptides, NY-ESO-181-88. MAGE-A4-specific CD8(+) T cells recognized D(d)-restricted 9mer peptides, MAGE-A4265-273. MHC/peptide tetramers allowed us to analyze the kinetics and distribution of the antigen-specific immune responses, and we found that stronger antigen-specific CD8(+) T cell responses were required for more effective anti-tumor activity. Taken together, these animal models are valuable for evaluation of immune responses and optimization of the efficacy of cancer vaccines.

Síntesi i propietats de vidres metàl•lics massissos i materials nanocomposites basats en Fe per aplicacions com a materials magnètics tous

Estudi realitzat a partir d’una estada a l’ Institut für Komplexe Materialien, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, entre 2010 i 2011. S'ha explorat l'efecte de les condicions i influència dels elements d'aleació en la capacitat de formació de vidre, l'estructura i les propietats tèrmiques i magnètiques de vidres metàl•lics massissos i materials nanocristal•lins en base Fe. La producció d'aquests materials en forma de cintes de unes 20 micres de gruix ha estat àmpliament estudiada i s'ha vist que presenten unes propietats excel•lents com a materials magnètics tous. El propòsit general d'aquest projecte era l'obtenció de composicions òptimes amb alta capacitat de formar vidre i amb excel•lents propietats magnètiques com a materials magnètics tous combinat amb bones propietats mecàniques. El projecte prenia com a punt de partida l'aliatge [FeCoBSi]96Nb4 ja que és el que presenta millor capacitat de formar vidre i presenta una alta imantació de saturació i baix camp coercitiu. S'ha fet un estudi dels factors fonamentals que intervenen en la formació de l'estat vitri. La composició abans esmentada ha estat variada amb l'addició d'altres elements per estudiar com afecten aquests nous elements a les propietats, la formació de vidre i l'estructura dels aliatges resultants amb l'objectiu de millorar-ne les propietats magnètiques i la capacitat de formació de vidre. Entre altres s'ha usat el Zr, Mo, Y i el Gd per millorar la formació de vidre; i el Co i el Ni per millorar les propietats magnètiques a alta temperatura. S'han estudiat les relacions entre la capacitat de formació de vidre i la seva estabilitat tèrmica, la resistència a la cristal•lització i la estructura de l'aliatge resultant després del procés de solidificació. Per aquest estudi s'han determinat els mecanismes que controlen la transformació i la seva cinètica així com les fases que es formen durant el tractament tèrmic permetent la formulació de models predictius.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Simulation methods with extended stability for stiff biochemical kinetics

Background: With increasing computer power, simulating the dynamics of complex systems in chemistry and biology is becoming increasingly routine. The modelling of individual reactions in (bio)chemical systems involves a large number of random events that can be simulated by the stochastic simulation algorithm (SSA). The key quantity is the step size, or waiting time, τ, whose value inversely depends on the size of the propensities of the different channel reactions and which needs to be re-evaluated after every firing event. Such a discrete event simulation may be extremely expensive, in particular for stiff systems where τ can be very short due to the fast kinetics of some of the channel reactions. Several alternative methods have been put forward to increase the integration step size. The so-called τ-leap approach takes a larger step size by allowing all the reactions to fire, from a Poisson or Binomial distribution, within that step. Although the expected value for the different species in the reactive system is maintained with respect to more precise methods, the variance at steady state can suffer from large errors as τ grows. Results: In this paper we extend Poisson τ-leap methods to a general class of Runge-Kutta (RK) τ-leap methods. We show that with the proper selection of the coefficients, the variance of the extended τ-leap can be well-behaved, leading to significantly larger step sizes.Conclusions: The benefit of adapting the extended method to the use of RK frameworks is clear in terms of speed of calculation, as the number of evaluations of the Poisson distribution is still one set per time step, as in the original τ-leap method. The approach paves the way to explore new multiscale methods to simulate (bio)chemical systems.

Propagation velocity kinetics and repolarization alternans in a free-behaving sheep model of pacing-induced atrial fibrillation.

AIMS: Experimental models have reported conflicting results regarding the role of dispersion of repolarization in promoting atrial fibrillation (AF). Repolarization alternans, a beat-to-beat alternation in action potential duration, enhances dispersion of repolarization when propagation velocity is involved. METHODS AND RESULTS: In this work, original electrophysiological parameters were analysed to study AF susceptibility in a chronic sheep model of pacing-induced AF. Two pacemakers were implanted, each with a single right atrial lead. Right atrial depolarization and repolarization waves were documented at 2-week intervals. A significant and gradual decrease in the propagation velocity at all pacing rates and in the right atrial effective refractory period (ERP) was observed during the weeks of burst pacing before sustained AF developed when compared with baseline conditions. Right atrial repolarization alternans was observed, but because of the development of 2/1 atrioventricular block with far-field ventricular interference, its threshold could not be precisely measured. Non-sustained AF was not observed at baseline, but appeared during the electrical remodelling in association with a decrease in both ERP and propagation velocity. CONCLUSION: We report here on the feasibility of measuring ERP, atrial repolarization alternans, and propagation velocity kinetics and their potential in predicting susceptibility to AF in a free-behaving model of pacing-induced AF using the standard pacemaker technology.

The impact of fibrosis and steatosis on early viral kinetics in HCV genotype 1-infected patients treated with Peg-IFN-alfa-2a and ribavirin.

Summary.  Hepatitis C viral (HCV) kinetics after initiation of interferon-based therapy provide valuable insights for understanding virus pathogenesis, evaluating treatment antiviral effectiveness and predicting treatment outcome. Adverse effects of liver fibrosis and steatosis on sustained virological response have been frequently reported, yet their impacts on the early viral kinetics remain unclear. In this study, associations between histology status and early viral kinetics were assessed in 149 HCV genotype 1-infected patients treated with pegylated interferon alfa-2a and ribavirin (DITTO trial). In multivariate analyses adjusted for critical factors such as IL28B genotype and baseline viral load, presence of significant fibrosis (Ishak stage > 2) was found to independently reduce the odds of achieving an initial reduction (calculated from day 0 to day 4) in HCV RNA of ≥2 logIU/mL (adjusted OR 0.03, P = 0.004) but was not associated with the second-phase slope of viral decline (calculated from day 8 to day 29). On the contrary, presence of liver steatosis was an independent risk factor for not having a rapid second-phase slope, that is, ≥0.3 logIU/mL/week (adjusted OR 0.22, P = 0.012) but was not associated with the first-phase decline. Viral kinetic modelling theory suggests that significant fibrosis primarily impairs the treatment antiviral effectiveness in blocking viral production by infected cells, whereas the presence of steatosis is associated with a lower net loss of infected cells. Further studies will be necessary to identify the biological mechanisms underlain by these findings.

Oxygen uptake kinetics and middle distance swimming performance.

OBJECTIVE: The aim of this study was to determine whether V˙O(2) kinetics and specifically, the time constant of transitions from rest to heavy (τ(p)H) and severe (τ(p)S) exercise intensities, are related to middle distance swimming performance. DESIGN: Fourteen highly trained male swimmers (mean ± SD: 20.5 ± 3.0 yr; 75.4 ± 12.4 kg; 1.80 ± 0.07 m) performed an discontinuous incremental test, as well as square wave transitions for heavy and severe swimming intensities, to determine V˙O(2) kinetics parameters using two exponential functions. METHODS: All the tests involved front-crawl swimming with breath-by-breath analysis using the Aquatrainer swimming snorkel. Endurance performance was recorded as the time taken to complete a 400 m freestyle swim within an official competition (T400), one month from the date of the other tests. RESULTS: T400 (Mean ± SD) (251.4 ± 12.4 s) was significantly correlated with τ(p)H (15.8 ± 4.8s; r=0.62; p=0.02) and τ(p)S (15.8 ± 4.7s; r=0.61; p=0.02). The best single predictor of 400 m freestyle time, out of the variables that were assessed, was the velocity at V˙O(2max)vV˙O(2max), which accounted for 80% of the variation in performance between swimmers. However, τ(p)H and V˙O(2max) were also found to influence the prediction of T400 when they were included in a regression model that involved respiratory parameters only. CONCLUSIONS: Faster kinetics during the primary phase of the V˙O(2) response is associated with better performance during middle-distance swimming. However, vV˙O(2max) appears to be a better predictor of T400.

Metamorphism and kinetics in the Torres del Paine contact aureole

Contact aureoles provide an excellent geologic environment to study the mechanisms of metamorphic reactions in a natural system. The Torres del Paine (TP) intrusion is one of the most spectacular natural laboratories because of its excellent outcrop conditions. It formed in a period from 12.59 to 12.43 Ma and consists of three large granite and four smaller mafic batches. The oldest granite is on top, the youngest at the bottom of the granitic complex, and the granites overly the mafic laccolith. The TP intruded at a depth of 2-3 km into regional metamorphic anchizone to greenschist facies pelites, sandstones, and conglomerates of the Cerro Toro and Punta Barrosa formations. It formed a thin contact aureole of 150-400 m width. This thesis focuses on the reaction kinetics of the mineral cordierite in the contact aureole using quantitative textural analysis methods. First cordierite was formed from chlorite break¬down (zone I, ca. 480 °C, 750 bar). The second cordierite forming reaction was the muscovite break-down, which is accompanied by a modal decrease in biotite and the appearance of k- feldspar (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Crystal sizes of the roundish, poikiloblastic cordierites were determined from microscope thin section images by manually marking each crystal. Images were then automatically processed with Matlab. The correction for the intersection probability of each crystal radius yields the crystal size distribution in the rock. Samples from zone I below the laccolith have the largest crystals (0.09 mm). Cordierites from zone II are smaller, with a maximum crystal radius of 0.057 mm. Rocks from zone II have a larger number of small cordierite crystals than rocks from zone I. A combination of these quantitative analysis with numerical modeling of nucleation and growth, is used to infer nucleation and growth parameters which are responsible for the observed mineral textures. For this, the temperature-time paths of the samples need to be known. The thermal history is complex because the main body of the intrusion was formed by several intrusive batches. The emplacement mechanism and duration of each batch can influence the thermal structure in the aureole. A possible subdivision of batches in smaller increments, so called pulses, will focus heat at the side of the intrusion. Focusing all pulses on one side increases the contact aureole size on that side, but decreases it on the other side. It forms a strongly asymmetric contact aureole. Detailed modeling shows that the relative thicknesses of the TP contact aureole above and below the intrusion (150 and 400 m) are best explained by a rapid emplacement of at least the oldest granite batch. Nevertheless, temperatures are significantly too low in all models, compared to observed mineral assemblages in the hornfelses. Hence, an other important thermal mechanisms needs to take place in the host rock. Clastic minerals in the immature sediments outside the contact aureole are hydrated due to small amounts of expelled fluids during contact metamorphism. This leads to a temperature increase of up to 50 °C. The origin of fluids can be traced by stable isotopes. Whole rock stable isotope data (6D and δ180) and chlorine concentrations in biotite document that the TP intrusion induced only very small amounts of fluid flow. Oxygen whole rock data show δ180 values between 9.0 and 10.0 %o within the first 5 m of the contact. Values increase to 13.0 - 15.0 %o further away from the intrusion. Whole rock 6D values display a more complex zoning. First, host rock values (-90 to -70 %o) smoothly decrease towards the contact by ca. 20 %o, up to a distance of ca. 150 m. This is followed by an increase of ca. 20 %o within the innermost 150 m of the aureole (-97.0 to -78 %o at the contact). The initial decrease in 6D values is interpreted to be due to Rayleigh fractionation accompanying the dehydration reactions forming cordierite, while the final increase reflects infiltration of water-rich fluids from the intrusion. An over-estimate on the quantity and the corresponding thermal effect yields a temperature increase of less than 30 °C. This suggests that fluid flow might have contributed only for a small amount to the thermal evolution of the system. A combination of the numerical growth model with the thermal model, including the hydration reaction enthalpies but neglecting fluid flow and incremental growth, can be used to numerically reproduce the observed cordierite textures in the contact aureole. This yields kinetic parameters which indicate fast cordierite crystallization before the thermal peak in the inner aureole, and continued reaction after the thermal peak in the outermost aureole. Only small temperature dependencies of the kinetic parameters seem to be needed to explain the obtained crystal size data. - Les auréoles de contact offrent un cadre géologique privilégié pour l'étude des mécanismes de réactions métamorphiques associés à la mise en place de magmas dans la croûte terrestre. Par ses conditions d'affleurements excellentes, l'intrusion de Torres del Paine représente un site exceptionnel pour améliorer nos connaissances de ces processus. La formation de cette intrusion composée de trois injections granitiques principales et de quatre injections mafiques de volume inférieur couvre une période allant de 12.50 à 12.43 Ma. Le plus vieux granite forme la partie sommitale de l'intrusion alors que l'injection la plus jeune s'observe à la base du complexe granitique; les granites recouvrent la partie mafique du laccolite. L'intrusion du Torres del Paine s'est mise en place a 2-3 km de profondeur dans un encaissant métamorphique. Cet encaissant est caractérisé par un métamorphisme régional de faciès anchizonal à schiste vert et est composé de pélites, de grès, et des conglomérats des formations du Cerro Toro et Punta Barrosa. La mise en place des différentes injections granitiques a généré une auréole de contact de 150-400 m d'épaisseur autour de l'intrusion. Cette thèse se concentre sur la cinétique de réaction associée à la formation de la cordiérite dans les auréoles de contact en utilisant des méthodes quantitatives d'analyses de texture. On observe plusieurs générations de cordiérite dans l'auréole de contact. La première cordiérite est formée par la décomposition de la chlorite (zone I, environ 480 °C, 750 bar), alors qu'une seconde génération de cordiérite est associée à la décomposition de la muscovite, laquelle est accompagnée par une diminution modale de la teneur en biotite et l'apparition de feldspath potassique (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Les tailles des cristaux de cordiérites arrondies et blastic ont été déterminées en utilisant des images digitalisées des lames minces et en marquant individuellement chaque cristal. Les images sont ensuite traitées automatiquement à l'aide du programme Matlab. La correction de la probabilité d'intersection en fonction du rayon des cristaux permet de déterminer la distribution de la taille des cristaux dans la roche. Les échantillons de la zone I, en dessous du lacolite, sont caractérisés par de relativement grands cristaux (0.09 mm). Les cristaux de cordiérite de la zone II sont plus petits, avec un rayon maximal de 0.057 mm. Les roches de la zone II présentent un plus grand nombre de petits cristaux de cordiérite que les roches de la zone I. Une combinaison de ces analyses quantitatives avec un modèle numérique de nucléation et croissance a été utilisée pour déduire les paramètres de nucléation et croissance contrôlant les différentes textures minérales observées. Pour développer le modèle de nucléation et de croissance, il est nécessaire de connaître le chemin température - temps des échantillons. L'histoire thermique est complexe parce que l'intrusion est produite par plusieurs injections successives. En effet, le mécanisme d'emplace¬ment et la durée de chaque injection peuvent influencer la structure thermique dans l'auréole. Une subdivision des injections en plus petits incréments, appelés puises, permet de concentrer la chaleur dans les bords de l'intrusion. Une mise en place préférentielle de ces puises sur un côté de l'intrusion modifie l'apport thermique et influence la taille de l'auréole de contact produite, auréole qui devient asymétrique. Dans le cas de la première injection de granite, une modélisation détaillée montre que l'épaisseur relative de l'auréole de contact de Torres del Paine au-dessus et en dessous de l'intrusion (150 et 400 m) est mieux expliquée par un emplacement rapide du granite. Néanmoins, les températures calculées dans l'auréole de con¬tact sont trop basses pour que les modèles thermiques soient cohérants par rapport à la taille de cette auréole. Ainsi, un autre mecanisme exothermique est nécessaire pour permettre à la roche encais¬sante de produire les assemblages observés. L'observation des roches encaissantes entourant les granites montre que les minéraux clastiques dans les sédiments immatures au-dehors de l'auréole sont hydratés suite à la petite quantité de fluide expulsée durant le métamorphisme de contact et/ou la mise en place des granites. Les réactions d'hydratation peuvent permettre une augmentation de la température jusqu'à 50 °C. Afin de déterminer l'origine des fluides, une étude isotopique de roches de l'auréole de contact a été entreprise. Les isotopes stables d'oxygène et d'hydrogène sur la roche totale ainsi que la concentration en chlore dans la biotite indiquent que la mise en place des granites du Torres del Paine n'induit qu'une circulation de fluide limitée. Les données d'oxygène sur roche totale montrent des valeurs δ180 entre 9.0 et 10.0%o au sein des cinq premiers mètres du contact. Les valeurs augmentent jusqu'à 13.0 - 15.0 plus on s'éloigne de l'intrusion. Les valeurs 5D sur roche totale montrent une zonation plus complexe. Les valeurs de la roche encaissante (-90 à -70%o) diminuent progressivement d'environ 20%o depuis l'extérieur de l'auréole jusqu'à une distance d'environ 150 m du granite. Cette diminution est suivie par une augmentation d'environ 20%o au sein des 150 mètres les plus proches du contact (-97.0 à -78%o au contact). La diminution initiale des valeurs de 6D est interprétée comme la conséquence du fractionnement de Rayleigh qui accompagne les réactions de déshydratation formant la cordiérite, alors que l'augmentation finale reflète l'infiltration de fluide riche en eau venant de l'intrusion. A partir de ces résultats, le volume du fluide issu du granite ainsi que son effet thermique a pu être estimé. Ces résultats montrent que l'augmentation de température associée à ces fluides est limitée à un maximum de 30 °C. La contribution de ces fluides dans le bilan thermique est donc faible. Ces différents résultats nous ont permis de créer un modèle thermique associé à la for¬mation de l'auréole de contact qui intègre la mise en place rapide du granite et les réactions d'hydratation lors du métamorphisme. L'intégration de ce modèle thermique dans le modèle numérique de croissance minérale nous permet de calculer les textures des cordiérites. Cepen¬dant, ce modèle est dépendant de la vitesse de croissance et de nucléation de ces cordiérites. Nous avons obtenu ces paramètres en comparant les textures prédites par le modèle et les textures observées dans les roches de l'auréole de contact du Torres del Paine. Les paramètres cinétiques extraits du modèle optimisé indiquent une cristallisation rapide de la cordiérite avant le pic thermique dans la partie interne de l'auréole, et une réaction continue après le pic thermique dans la partie la plus externe de l'auréole. Seules de petites dépendances de température des paramètres de cinétique semblent être nécessaires pour expliquer les don¬nées obtenues sur la distribution des tailles de cristaux. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la cinétique qui contrôle les réactions métamorphiques.