Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants torrentiels

Les laves torrentielles sont l'un des vecteurs majeurs de sédiments en milieu montagneux. Leur comportement hydrogéomorphologique est contrôlé par des facteurs géologique, géomorphologique, topographique, hydrologique, climatique et anthropique. Si, en Europe, la recherche s'est plus focalisée sur les aspects hydrologiques que géomorphologiques de ces phénomènes, l'identification des volumes de sédiments potentiellement mobilisables au sein de petits systèmes torrentiels et des processus responsables de leur transfert est d'une importance très grande en termes d'aménagement du territoire et de gestion des dangers naturels. De plus, une corrélation entre des événements pluviométriques et l'occurrence de laves torrentielles n'est pas toujours établie et de nombreux événements torrentiels semblent se déclencher lorsqu'un seuil géomorphologique intrinsèque (degré de remplissage du chenal) au cours d'eau est atteint.Une méthodologie pragmatique a été développée pour cartographier les stocks sédimentaires constituant une source de matériaux pour les laves torrentielles, comme outil préliminaire à la quantification des volumes transportés par ces phénomènes. La méthode s'appuie sur des données dérivées directement d'analyses en environnement SIG réalisées sur des modèles numériques d'altitude de haute précision, de mesures de terrain et d'interprétation de photographies aériennes. La méthode a été conçue pour évaluer la dynamique des transferts sédimentaires, en prenant en compte le rôle des différents réservoirs sédimentaires, par l'application du concept de cascade sédimentaire sous un angle cartographique.Les processus de transferts sédimentaires ont été étudiés dans deux bassins versants des Alpes suisses (torrent du Bruchi, à Blatten beiNaters et torrent du Meretschibach, à Agarn). La cartographie géomorphologique a été couplée avec des mesures complémentaires permettant d'estimer les flux sédimentaires et les taux d'érosion (traçages de peinture, piquets de dénudation et utilisation du LiDAR terrestre). La méthode proposée se révèle innovatrice en comparaison avec la plupart des systèmes de légendes géomorphologiques existants, qui ne sont souvent pas adaptés pour cartographier de manière satisfaisante les systèmes géomorphologiques complexes et actifs que sont les bassins torrentiels. L'intérêt de cette méthode est qu'elle permet l'établissement d'une cascade sédimentaire, mais uniquement pour des systèmes où l'occurrence d'une lave torrentielle est contrôlé par le degré de remplissage en matériaux du chenal. Par ailleurs, le produit cartographique ne peut être directement utilisé pour la création de cartes de dangers - axées sur les zones de dépôt - mais revêt un intérêt pour la mise en place de mesures de correction et pour l'installation de systèmes de monitoring ou d'alerte.La deuxième partie de ce travail de recherche est consacrée à la cartographie géomorphologique. Une analyse a porté sur un échantillon de 146 cartes ou systèmes de légende datant des années 1950 à 2009 et réalisés dans plus de 40 pays. Cette analyse a permis de mettre en évidence la diversité des applications et des techniques d'élaboration des cartes géomorphologiques. - Debris flows are one of the most important vectors of sediment transfer in mountainous areas. Their hydro-geomorphological behaviour is conditioned by geological, geomorphological, topographical, hydrological, climatic and anthropic factors. European research in torrential systems has focused more on hydrological processes than on geomorphological processes acting as debris flow triggers. Nevertheless, the identification of sediment volumes that have the potential to be mobilised in small torrential systems, as well as the recognition of processes responsible for their mobilisation and transfer within the torrential system, are important in terms of land-use planning and natural hazard management. Moreover, a correlation between rainfall and debris flow occurrence is not always established and a number of debris flows seems to occur when a poorly understood geomorphological threshold is reached.A pragmatic methodology has been developed for mapping sediment storages that may constitute source zone of bed load transport and debris flows as a preliminary tool before quantifying their volumes. It is based on data directly derived from GIS analysis using high resolution DEM's, field measurements and aerial photograph interpretations. It has been conceived to estimate sediment transfer dynamics, taking into account the role of different sediment stores in the torrential system applying the concept of "sediment cascade" in a cartographic point of view.Sediment transfer processes were investigated in two small catchments in the Swiss Alps (Bruchi torrent, Blatten bei Naters and Meretschibach torrent, Agarn). Thorough field geomorphological mapping coupled with complementary measurements were conducted to estimate sediment fluxes and denudation rates, using various methods (reference coloured lines, wooden markers and terrestrial LiDAR). The proposed geomorphological mapping methodology is quite innovative in comparison with most legend systems that are not adequate for mapping active and complex geomorphological systems such as debris flow catchments. The interest of this mapping method is that it allows the concept of sediment cascade to be spatially implemented but only for supply-limited systems. The map cannot be used directly for the creation of hazard maps, focused on the deposition areas, but for the design of correction measures and the implementation of monitoring and warning systems.The second part of this work focuses on geomorphological mapping. An analysis of a sample of 146 (extracts of) maps or legend systems dating from the middle of the 20th century to 2009 - realised in more than 40 different countries - was carried out. Even if this study is not exhaustive, it shows a clear renewed interest for the discipline worldwide. It highlights the diversity of applications, techniques (scale, colours and symbology) used for their conception.

LEVERAGING SANDBOX IMMERSIVE 3D VIRTUAL WORLDS TO DEVELOP DO-IT- YOURSELF TEACHING GAMES: IMPLEMENTATION TO MARKETING CASE STUDY TEACHING IN SECOND LIFE

Games are powerful and engaging. On average, one billion people spend at least 1 hour a day playing computer and videogames. This is even more true with the younger generations. Our students have become the < digital natives >, the < gamers >, the < virtual generation >. Research shows that those who are most at risk for failure in the traditional classroom setting, also spend more time than their counterparts, using video games. They might strive, given a different learning environment. Educators have the responsibility to align their teaching style to these younger generation learning styles. However, many academics resist the use of computer-assisted learning that has been "created elsewhere". This can be extrapolated to game-based teaching: even if educational games were more widely authored, their adoption would still be limited to the educators who feel a match between the authored games and their own beliefs and practices. Consequently, game-based teaching would be much more widespread if teachers could develop their own games, or at least customize them. Yet, the development and customization of teaching games are complex and costly. This research uses a design science methodology, leveraging gamification techniques, active and cooperative learning theories, as well as immersive sandbox 3D virtual worlds, to develop a method which allows management instructors to transform any off-the-shelf case study into an engaging collaborative gamified experience. This method is applied to marketing case studies, and uses the sandbox virtual world of Second Life. -- Les jeux sont puissants et motivants, En moyenne, un milliard de personnes passent au moins 1 heure par jour jouer à des jeux vidéo sur ordinateur. Ceci se vérifie encore plus avec les jeunes générations, Nos étudiants sont nés à l'ère du numérique, certains les appellent des < gamers >, d'autres la < génération virtuelle >. Les études montrent que les élèves qui se trouvent en échec scolaire dans les salles de classes traditionnelles, passent aussi plus de temps que leurs homologues à jouer à des jeux vidéo. lls pourraient potentiellement briller, si on leur proposait un autre environnement d'apprentissage. Les enseignants ont la responsabilité d'adapter leur style d'enseignement aux styles d'apprentissage de ces jeunes générations. Toutefois, de nombreux professeurs résistent lorsqu'il s'agit d'utiliser des contenus d'apprentissage assisté par ordinateur, développés par d'autres. Ceci peut être extrapolé à l'enseignement par les jeux : même si un plus grand nombre de jeux éducatifs était créé, leur adoption se limiterait tout de même aux éducateurs qui perçoivent une bonne adéquation entre ces jeux et leurs propres convictions et pratiques. Par conséquent, I'enseignement par les jeux serait bien plus répandu si les enseignants pouvaient développer leurs propres jeux, ou au moins les customiser. Mais le développement de jeux pédagogiques est complexe et coûteux. Cette recherche utilise une méthodologie Design Science pour développer, en s'appuyant sur des techniques de ludification, sur les théories de pédagogie active et d'apprentissage coopératif, ainsi que sur les mondes virtuels immersifs < bac à sable > en 3D, une méthode qui permet aux enseignants et formateurs de management, de transformer n'importe quelle étude de cas, provenant par exemple d'une centrale de cas, en une expérience ludique, collaborative et motivante. Cette méthode est appliquée aux études de cas Marketing dans le monde virtuel de Second Life.

La défense du paradis fiscal suisse avant la Seconde Guerre mondiale : une histoire internationale : analyse de la politique helvétique au sein des négociations sur la double imposition et l'évasion fiscale durant l'entre-deux-guerres

Cette thèse analyse la défense du paradis fiscal suisse dans les négociations internationales de l'entre-deux-guerres. Pour ce faire, elle s'appuie sur un très large panel de sources inédites, tirées des archives publiques suisses, britanniques, françaises, allemandes et belges, ainsi que sur une série d'archives du monde économique et d'organisations internationales. Ce travail tente, sur cette base, de retracer l'évolution des pourparlers fiscaux et d'identifier comment les dirigeants suisses sont parvenus à écarter en leur sein les premières pressions internationales qui surviennent après la Grande Guerre à l'encontre des pratiques fiscales helvétiques. Sur fond de fuites massives d'avoirs européens en direction du refuge suisse, ces démarches étrangères à l'encontre du secret bancaire sont menées aussi bien au niveau multilatéral, au sein des débats fiscaux de la Société des Nations, que sur le plan bilatéral, à l'intérieur des négociations interétatiques pour la conclusion de conventions de double imposition et d'assistance fiscale. Pourtant, les tentatives de la part des gouvernements européens d'amorcer une coopération contre l'évasion fiscale avec leur homologue suisse échouent constamment durant l'entre-deux-guerres : non seulement aucune mesure de collaboration internationale n'est adoptée par la Confédération, mais les dirigeants helvétiques parviennent encore à obtenir dans les négociations des avantages fiscaux pour les capitaux qui sont exportés depuis la Suisse ou qui transitent par son entremise. En clair, bien loin d'être amoindrie, la compétitivité fiscale du centre économique suisse sort renforcée des discussions internationales de l'entre-deux-guerres. La thèse avance à la fois des facteurs endogènes et exogènes à la politique suisse pour expliquer cette réussite a priori surprenante dans un contexte de crise financière et monétaire aiguë. A l'intérieur de la Confédération, la grande cohésion des élites suisses facilite la défense extérieure de la compétitivité fiscale. En raison de l'anémie de l'administration fiscale fédérale, du conservatisme du gouvernement ou encore de l'interpénétration du patronat industriel et bancaire helvétique, les décideurs s'accordent presque unanimement sur le primat à une protection rigoureuse du secret bancaire. En outre, corollaire de l'afflux de capitaux en Suisse, la place financière helvétique dispose de différentes armes économiques qu'elle peut faire valoir pour défendre ses intérêts face aux gouvernements étrangers. Mais c'est surtout la conjonction de trois facteurs exogènes au contexte suisse qui a favorisé la position helvétique au sein des négociations fiscales internationales. Premièrement, après la guerre, le climat anti-fiscal qui prédomine au sein d'une large frange des élites occidentales incite les gouvernements étrangers à faire preuve d'une grande tolérance à l'égard du havre fiscal suisse. Deuxièmement, en raison de leur sous-développement, les administrations fiscales européennes n'ont pas un pouvoir suffisant pour contrecarrer la politique suisse. Troisièmement, les milieux industriels et financiers étrangers tendent à appuyer les stratégies de défense du paradis fiscal suisse, soit parce qu'ils usent eux-mêmes de ses services, soit parce que, avec la pression à la baisse qu'il engendre sur les systèmes fiscaux des autres pays, l'îlot libéral helvétique participe au démantèlement de la fiscalité progressive que ces milieux appellent de leur voeu.

Improving telecommunication security level by integrating quantum key distribution in communication protocols

Résumé La cryptographie classique est basée sur des concepts mathématiques dont la sécurité dépend de la complexité du calcul de l'inverse des fonctions. Ce type de chiffrement est à la merci de la puissance de calcul des ordinateurs ainsi que la découverte d'algorithme permettant le calcul des inverses de certaines fonctions mathématiques en un temps «raisonnable ». L'utilisation d'un procédé dont la sécurité est scientifiquement prouvée s'avère donc indispensable surtout les échanges critiques (systèmes bancaires, gouvernements,...). La cryptographie quantique répond à ce besoin. En effet, sa sécurité est basée sur des lois de la physique quantique lui assurant un fonctionnement inconditionnellement sécurisé. Toutefois, l'application et l'intégration de la cryptographie quantique sont un souci pour les développeurs de ce type de solution. Cette thèse justifie la nécessité de l'utilisation de la cryptographie quantique. Elle montre que le coût engendré par le déploiement de cette solution est justifié. Elle propose un mécanisme simple et réalisable d'intégration de la cryptographie quantique dans des protocoles de communication largement utilisés comme les protocoles PPP, IPSec et le protocole 802.1li. Des scénarios d'application illustrent la faisabilité de ces solutions. Une méthodologie d'évaluation, selon les critères communs, des solutions basées sur la cryptographie quantique est également proposée dans ce document. Abstract Classical cryptography is based on mathematical functions. The robustness of a cryptosystem essentially depends on the difficulty of computing the inverse of its one-way function. There is no mathematical proof that establishes whether it is impossible to find the inverse of a given one-way function. Therefore, it is mandatory to use a cryptosystem whose security is scientifically proven (especially for banking, governments, etc.). On the other hand, the security of quantum cryptography can be formally demonstrated. In fact, its security is based on the laws of physics that assure the unconditional security. How is it possible to use and integrate quantum cryptography into existing solutions? This thesis proposes a method to integrate quantum cryptography into existing communication protocols like PPP, IPSec and the 802.l1i protocol. It sketches out some possible scenarios in order to prove the feasibility and to estimate the cost of such scenarios. Directives and checkpoints are given to help in certifying quantum cryptography solutions according to Common Criteria.

In vitro activity of gentamicin-loaded bioabsorbable beads against different microorganisms

Grâce à la prophylaxie antibiotique per-opératoire, à l'amélioration des techniques chirurgicales et au flux laminaire dans les blocs opératoires le taux d'infections postopératoires a pu être diminué dans les interventions chirurgicales orthopédiques. Il stagne néanmoins à environ 0,5- 2% dans les fractures fermées ainsi que dans les interventions orthopédiques électives, et peut monter jusqu'à 30% dans les fractures ouvertes stade III. L'ostéomyelite et la pseudarthrose infectée, qui peuvent en découler, sont responsables de séjours hospitaliers prolongés, engendrent des coûts de traitement élevés, et conduisent souvent à une morbidité substantielle. Le traitement de l'ostéomyelite combine le débridement chirurgical et l'administration d'antibiotiques. Cependant l'administration systémique d'antibiotiques à hautes doses est problématique en raison de leur toxicité systémique et de leur faible pénétration dans les tissus ischémiques et nécrotiques, souvent présents dans l'ostéomyelite. Pour ces raisons, le traitement standard actuel consiste, après débridement chirurgical, en la mise en place de billes de Polyrnéthylmétacrylate (PMMA) imprégnées d'antibiotique, qui fournissent des concentrations locales élevées mais systémiques basses. Malheureusement, ces billes doivent être enlevées une fois l'infection guérie, ce qui nécessite une nouvelle intervention chirurgicale. Des systèmes de libération antibiotique alternatifs devraient non seulement guérir l'infection osseuse, mais également encourager activement la consolidation osseuse et ne pas nécessiter de nouvelle chirurgie pour leur ablation. Nous avons investigué l'activité de billes résorbables chargées en gentamicine contre différents microorganismes (Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Candida albicans), des germes communément responsables d'infections osseuses, par microcalorimétrie, une méthode novice basée sur la mesure de la chaleur produite par des microorganismes qui se répliquent dans une culture. Des billes composées essentiellement de sulfate de calcium et chargées en gentamicine ont été incubées dans des ampoules microcalorimétriques contenant différentes concentrations du germe correspondant. Les bouillons de culture avec chaque germe et billes non-chargées ont été utilisés comme contrôle positif, le bouillon de culture avec bille chargée mais sans germe comme contrôle négatif. La production de chaleur provenant de la croissance bactérienne à 37°C a été mesurée pendant 24 heures. Les cultures ne contenant pas de billes chargées en gentamicine ont. produit des pics de chaleur équivalents à la croissance exponentielle du microorganisme correspondant en milieu riche. Par contre, les germes susceptibles à la gentamicine incubés avec les billes chargées ont complètement supprimé leur production de chaleur pendant 24 heures, démontrant ainsi l'activité antibiotique des billes chargées en gentamicine contre ces germes. Les billes résorbables chargées en gentamicine inhibent donc de façon effective la croissance des germes susceptibles sous les conditions in vitro décrites. Des études sur animaux sont maintenant nécessaires pour déterminer la cinétique d'élution et l'effet antimicrobien de la gentamicine sous conditions in vivo. Finalement des études cliniques devront démontrer que l'utilisation de ces billes est effectivement une bonne option thérapeutique dans le traitement des infections osseuses.

Évaluation d'un score simplifié de bas débit cardiaque chez l'enfant.

1.1 Objectifs Le syndrome de bas débit cardiaque est une appréciation clinique (Hoffman et al.) dont les signes sont peu sensibles, peu spécifiques, souvent tardifs et dont la mesure chez l'enfant est rendue impossible en clinique pour des raisons techniques et de fiabilités des systèmes de mesures. Aucun score n'est applicable à l'heure actuelle chez l'enfant. C'est pourquoi, ces 10 dernières années, de nombreuses équipes se sont penchée activement sur ce problème afin de définir des marqueurs performants prédisant la survenue du LCOS après chirurgie cardiaque chez l'enfant. Cette étude s'est attachée à réunir ses marqueurs cardiaques, de les combiner et de les inclure dans un score de bas débit cardiaque. 1.2 Méthode Enfants et nouveau-nés ayant subit une chirurgie cardiaque au CHUV, après malformation cardiaque congénitale, entre janvier 2010 et octobre 2011 (N=48). Age : 8 jours à 13 ans (médiane : 16.3 mois). Deux scores développés. Soumission à l'aveugle de la liste des patients à un comité d'expert pour identifier les patients en LCOS à 48h post-chirurgie, puis comparaison avec le résultat du score. Les paramètres du premier score (SCORE 1), sont agendées de manière ordinales, alors que dans le deuxième score (SCORE 2) elles le sont de manière dichotomiques. Valeurs cut-off supérieures et inférieures des scores choisies selon une recherche extensive dans la littérature. Les valeurs cut-off intermédiaires (SCORE 1) ont été choisies au hasard. 1.3 Résultats La régression logistique multivariée pour la prédiction d'un LCOS à 48h, démontre que seul le score d'amine durant les 24 premières heures et un prédicteur indépendant de LCOS (OR 16.6 [2.6- 105.5] p<0.0001). Ce paramètre est bien corrélé avec le résultat des experts avec un coefficient de corrélation r=0.57 (p<0.0001). Les spécificités des deux scores (AUC=0.78 (p<0.0001) respectivement AUC=0.81 (p<0.0001)) sont de 71% respectivement 93.5%, les sensibilités de 70.6% respectivement 41.2 %, VPP de 57.1% respectivement 77.8%, VPN de 81.5 % respectivement 74.4%. Les tests du khi2 valent 7.7 (p=0.006) respectivement 8.69 (p=003), rejettent l'hypothèse nulle d'indépendance entre le résultat des experts et celui prédit par le score. 1.4 Conclusions Les scores développés dans le cadre de cette étude ne montrent pas une corrélation significative avec l'apparition d'un bas débit cardiaque. Même si le choix des paramètres permettant de quantifier l'apparition d'un bas débit cardiaque à 48h fût réalisé selon une recherche extensive dans la littérature, le design rétrospectif de l'étude, n'a pas permit de vérifier efficacement la relation entre l'apparition d'un bas débit cardiaque et le score de bas débit cardiaque.

Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.

Affaires de patrons, usages de la frontière : géographie des réseaux marchands entre Niger, Bénin et Nigéria

Résumé L'objectif de la thèse est de comprendre le mode d'organisation économique spécifique aux petits centres urbains qui composent les espaces frontaliers sahéliens, en s'interrogeant sur leur concurrence ou leur complémentarité éventuelle à l'intérieur d'un régime de spatialité particulier. En s'appuyant sur l'exemple du carrefour économique de Gaya-Malanville-Kamba situé à la frontière entre le Niger, le Bénin et le Nigeria, il questionne le rôle de la ville-frontière ainsi que le jeu des acteurs marchands localement dominants, à partir de quatre grandes interrogations : Quelles sont les spécificités de l'Afrique sahélienne qui obligent à renouveler les approches géographiques de l'espace marchand? Quels sont les facteurs déterminants de l'activité économique frontalière? Les formes d'organisation de l'espace qui concourent à la structuration de l'économie sont-elles concurrentes ou coopératives? Les logiques économiques frontalières sont-elles compatibles avec l'orientation des programmes de développement adoptés par les pays sahéliens et leurs partenaires bi- ou multilatéraux? Dans une première partie, un modèle territorial de l'Afrique sahélienne permet de rendre compte de la prédominance des logiques circulatoires sur les logiques productives, une propriété essentielle de toute organisation économique confrontée à l'instabilité climatique. Dans une seconde partie, l'étude considère les facteurs déterminants de l'activité économique frontalière que sont le degré d'enclavement des territoires, la libre circulation des biens et des personnes, les relations concurrentielles ou coopératives qui lient les marchés ainsi que les liens clientélistes qui unissent patron et obligés. Une troisième partie est consacrée aux productions agricoles de tente organisées sous forme de coopératives paysannes ou d'initiatives privées. Une quatrième partie s'intéresse aux réseaux de l'import-export et du commerce de détail qui bénéficient de l'augmentation des besoins engendrée par l'urbanisation sahélienne. L'économie spatiale qui résulte de ces flux est organisée selon deux logiques distinctes : d'une part, les opportunités relatives à la production agricole conduisent certains investisseurs à intensifier l'irrigation pour satisfaire la demande des marchés urbains, d'autre part, les acteurs du capitalisme marchand, actifs dans l'import-export et la vente de détail, développent des réseaux informels et mobiles qui se jouent des différentiels nationaux. Les activités commerciales des villes-marchés connaissent alors des fluctuations liées aux entreprises productives et circulatoires de ces patrons, lesquelles concourent à l'organisation territoriale générale de l>Afrique sahélienne. Ces logiques évoluent dans un contexte fortement marqué par les politiques des institutions financières internationales, des agences bilatérales de coopération et des ONGs. Celles-ci se donnent pour ambition de transformer les économies, les systèmes politiques et les organisations sociales sahéliennes, en faisant la promotion du libéralisme, de la bonne gouvernance et de la société civile. Ces axes directeurs, qui constituent le champ de bataille contemporain du développement, forment un ensemble dans lequel la spécificité sahélienne notamment frontalière est rarement prise en compte. C'est pourquoi l'étude conclut en faveur d'un renouvellement des politiques de développement appliquées aux espaces frontaliers. Trois grands axes d'intervention peuvent alors être dégagés, lesquels permettent de réconcilier des acteurs et des logiques longtemps dissociés: ceux des espaces séparés par une limite administrative, ceux de la sphère urbaine et rurale et ceux du capitalisme marchand et de l'investissement agricole, en renforçant la coopération économique transfrontalière, en prenant en considération les interactions croissantes entre villes et campagnes et en appuyant les activités marchandes. Abstract: Urbanisation in West Africa is recent and fast. If only 10 % of the total population was living in urban areas in 1950, this proportion reached 40 % in 2000 and will be estimated to 60 % in 2025. Small and intermediate cities, located between the countryside and large metropolis, are particularly concerned with this process. They are nowadays considered as efficient vectors of local economic development because of fiscal or monetary disparities between states, which enable businessmen to develop particular skills based on local urban networks. The majority of theses networks are informal and extremely flexible, like in the Gaya - Malanville - Kamba region, located between Niger, Benin and Nigeria. Evidence show that this economic space is characterised by high potentialities (climatic and hydrological conditions, location on main economic West African axis) and few constraints (remoteness of some potentially high productive areas). In this context, this PhD deals with the economic relationships between the three market cities. Focusing on the links that unite the businessmen of the local markets - called patron; - it reveals the extreme flexibility of their strategies as well as the deeply informal nature of their activities. Through the analysis of examples taken from the commerce of agricultural products, import and export flows and detail activities, it studies the changes that have taken place in the city centres of Gaya, Malanville and Kamba. Meanwhile, this research shows how these cities represent a border economical area based on rival and complementary connections. In the first Part, it was necessary to reconsider the usual spatial analysis devoted to the question of economic centrality. As a matter of fact, the organisation of West African economic spaces is very flexible and mobile. Centrality is always precarious because of seasonal or temporary reasons. This is why the first chapters are devoted to the study of the specificity of the Sahelian territoriality. Two main elements are relevant: first the population diversity and second, the urban-rural linkages. In the second part, the study considers three main factors on which the cross-border economic networks are dependent: enclosure that prevents goods to reach the markets, administrative constraints that limit free trade between states and cities and the concurrent or complementary relationships between markets. A third part deals with the clientelist ties engaged between the patrons and their clients with the hypothesis that these relationships are based on reciprocity and inequality. A fourth part is devoted to' the study of the spatial organisation of commercial goods across the borders, as far as the agriculture commercial products, the import-export merchandises and the retail products are concerned. This leads to the conclusion that the economic activity is directly linked to urban growth. However, the study notices that there is a lack of efficient policies dealing with strengthening the business sector and improving the cross-border cooperation. This particularity allows us to favour new local development approaches, which would take into account the important potential of private economical actors. In the same time, the commercial flows should be regulated with the help of public policies, as long as they are specifically adapted to the problems that these areas have to deal with.

Budgeting rockfall and modeling sedimentary delivery in torrent systems

This thesis is a compilation of projects to study sediment processes recharging debris flow channels. These works, conducted during my stay at the University of Lausanne, focus in the geological and morphological implications of torrent catchments to characterize debris supply, a fundamental element to predict debris flows. Other aspects of sediment dynamics are considered, e.g. the coupling headwaters - torrent, as well as the development of a modeling software that simulates sediment transfer in torrent systems. The sediment activity at Manival, an active torrent system of the northern French Alps, was investigated using terrestrial laser scanning and supplemented with geostructural investigations and a survey of sediment transferred in the main torrent. A full year of sediment flux could be observed, which coincided with two debris flows and several bedload transport events. This study revealed that both debris flows generated in the torrent and were preceded in time by recharge of material from the headwaters. Debris production occurred mostly during winter - early spring time and was caused by large slope failures. Sediment transfers were more puzzling, occurring almost exclusively in early spring subordinated to runoffconditions and in autumn during long rainfall. Intense rainstorms in summer did not affect debris storage that seems to rely on the stability of debris deposits. The morpho-geological implication in debris supply was evaluated using DEM and field surveys. A slope angle-based classification of topography could characterize the mode of debris production and transfer. A slope stability analysis derived from the structures in rock mass could assess susceptibility to failure. The modeled rockfall source areas included more than 97% of the recorded events and the sediment budgets appeared to be correlated to the density of potential slope failure. This work showed that the analysis of process-related terrain morphology and of susceptibility to slope failure document the sediment dynamics to quantitatively assess erosion zones leading to debris flow activity. The development of erosional landforms was evaluated by analyzing their geometry with the orientations of potential rock slope failure and with the direction of the maximum joint frequency. Structure in rock mass, but in particular wedge failure and the dominant discontinuities, appear as a first-order control of erosional mechanisms affecting bedrock- dominated catchment. They represent some weaknesses that are exploited primarily by mass wasting processes and erosion, promoting not only the initiation of rock couloirs and gullies, but also their propagation. Incorporating the geological control in geomorphic processes contributes to better understand the landscape evolution of active catchments. A sediment flux algorithm was implemented in a sediment cascade model that discretizes the torrent catchment in channel reaches and individual process-response systems. Each conceptual element includes in simple manner geomorphological and sediment flux information derived from GIS complemented with field mapping. This tool enables to simulate sediment transfers in channels considering evolving debris supply and conveyance, and helps reducing the uncertainty inherent to sediment budget prediction in torrent systems. Cette thèse est un recueil de projets d'études des processus de recharges sédimentaires des chenaux torrentiels. Ces travaux, réalisés lorsque j'étais employé à l'Université de Lausanne, se concentrent sur les implications géologiques et morphologiques des bassins dans l'apport de sédiments, élément fondamental dans la prédiction de laves torrentielles. D'autres aspects de dynamique sédimentaire ont été abordés, p. ex. le couplage torrent - bassin, ainsi qu'un modèle de simulation du transfert sédimentaire en milieu torrentiel. L'activité sédimentaire du Manival, un système torrentiel actif des Alpes françaises, a été étudiée par relevés au laser scanner terrestre et complétée par une étude géostructurale ainsi qu'un suivi du transfert en sédiments du torrent. Une année de flux sédimentaire a pu être observée, coïncidant avec deux laves torrentielles et plusieurs phénomènes de charriages. Cette étude a révélé que les laves s'étaient générées dans le torrent et étaient précédées par une recharge de débris depuis les versants. La production de débris s'est passée principalement en l'hiver - début du printemps, causée par de grandes ruptures de pentes. Le transfert était plus étrange, se produisant presque exclusivement au début du printemps subordonné aux conditions d'écoulement et en automne lors de longues pluies. Les orages d'été n'affectèrent guère les dépôts, qui semblent dépendre de leur stabilité. Les implications morpho-géologiques dans l'apport sédimentaire ont été évaluées à l'aide de MNT et études de terrain. Une classification de la topographie basée sur la pente a permis de charactériser le mode de production et transfert. Une analyse de stabilité de pente à partir des structures de roches a permis d'estimer la susceptibilité à la rupture. Les zones sources modélisées comprennent plus de 97% des chutes de blocs observées et les bilans sédimentaires sont corrélés à la densité de ruptures potentielles. Ce travail d'analyses des morphologies du terrain et de susceptibilité à la rupture documente la dynamique sédimentaire pour l'estimation quantitative des zones érosives induisant l'activité torrentielle. Le développement des formes d'érosion a été évalué par l'analyse de leur géométrie avec celle des ruptures potentielles et avec la direction de la fréquence maximale des joints. Les structures de roches, mais en particulier les dièdres et les discontinuités dominantes, semblent être très influents dans les mécanismes d'érosion affectant les bassins rocheux. Ils représentent des zones de faiblesse exploitées en priorité par les processus de démantèlement et d'érosion, encourageant l'initiation de ravines et couloirs, mais aussi leur propagation. L'incorporation du control géologique dans les processus de surface contribue à une meilleure compréhension de l'évolution topographique de bassins actifs. Un algorithme de flux sédimentaire a été implémenté dans un modèle en cascade, lequel divise le bassin en biefs et en systèmes individuels répondant aux processus. Chaque unité inclut de façon simple les informations géomorpologiques et celles du flux sédimentaire dérivées à partir de SIG et de cartographie de terrain. Cet outil permet la simulation des transferts de masse dans les chenaux, considérants la variabilité de l'apport et son transport, et aide à réduire l'incertitude liée à la prédiction de bilans sédimentaires torrentiels. Ce travail vise très humblement d'éclairer quelques aspects de la dynamique sédimentaire en milieu torrentiel.

A systems perspective on the integrative child psychiatry approach. Discussion of paper: "Working here and now with the individual and family system: A case of a traumatized child"

In this discussion, after a few general comments, I will propose a systems reading of the intervention so elegantly described by Kaija Puura. I will draw parallels between the therapeutic and the family groups as framing-developing systems and formalize the steps taken by the family toward healing under the influence of the therapist's team. En esta discusión, después de algunos comentarios generales, propongo una lectura sistemática de la intervención tan elegantemente descrita por Kaija Puura. Buscaré paralelos entre los grupos terapéuticos y de familia como sistemas de desarrollo enmarcado y formalizaré los pasos tomados por la familia hacia la cicatrización bajo la influencia del equipo del terapista. Après quelques commentaires généraux, je proposerai dans cette discussion une lecture systémique de l'intervention si élégamment décrite par Kaija Puura. J'établirai des parallèles entre les groupes thérapeutiques et familiaux en tant que systèmes d'encadrement-développement et je formaliserai les étapes de guérison franchies par la famille grâce à l'influence de l'équipe thérapeutique. In dieser Diskussion, werde ich nach einigen allgemeineren Aussagen, eine systemische Lesart der von Kaija Puura so eingängig beschriebenen Intervention vorschlagen. Ich werde darin Parallelen zwischen der therapeutischen und Rahmengebenden Familiengruppen ziehen, und die Schritte der Familien hin zu einer Heilung unter dem Einfluss des Therapeutenteams formalisieren.

Interhemispheric visual integration in humans explored by multimodal brain imaging

Résumé: Les récents progrès techniques de l'imagerie cérébrale non invasives ont permis d'améliorer la compréhension des différents systèmes fonctionnels cérébraux. Les approches multimodales sont devenues indispensables en recherche, afin d'étudier dans sa globalité les différentes caractéristiques de l'activité neuronale qui sont à la base du fonctionnement cérébral. Dans cette étude combinée d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et d'électroencéphalographie (EEG), nous avons exploité le potentiel de chacune d'elles, soit respectivement la résolution spatiale et temporelle élevée. Les processus cognitifs, de perception et de mouvement nécessitent le recrutement d'ensembles neuronaux. Dans la première partie de cette thèse nous étudions, grâce à la combinaison des techniques IRMf et EEG, la réponse des aires visuelles lors d'une stimulation qui demande le regroupement d'éléments cohérents appartenant aux deux hémi-champs visuels pour en faire une seule image. Nous utilisons une mesure de synchronisation (EEG de cohérence) comme quantification de l'intégration spatiale inter-hémisphérique et la réponse BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) pour évaluer l'activité cérébrale qui en résulte. L'augmentation de la cohérence de l'EEG dans la bande beta-gamma mesurée au niveau des électrodes occipitales et sa corrélation linéaire avec la réponse BOLD dans les aires de VP/V4, reflète et visualise un ensemble neuronal synchronisé qui est vraisemblablement impliqué dans le regroupement spatial visuel. Ces résultats nous ont permis d'étendre la recherche à l'étude de l'impact que le contenu en fréquence des stimuli a sur la synchronisation. Avec la même approche, nous avons donc identifié les réseaux qui montrent une sensibilité différente à l'intégration des caractéristiques globales ou détaillées des images. En particulier, les données montrent que l'implication des réseaux visuels ventral et dorsal est modulée par le contenu en fréquence des stimuli. Dans la deuxième partie nous avons a testé l'hypothèse que l'augmentation de l'activité cérébrale pendant le processus de regroupement inter-hémisphérique dépend de l'activité des axones calleux qui relient les aires visuelles. Comme le Corps Calleux présente une maturation progressive pendant les deux premières décennies, nous avons analysé le développement de la fonction d'intégration spatiale chez des enfants âgés de 7 à 13 ans et le rôle de la myelinisation des fibres calleuses dans la maturation de l'activité visuelle. Nous avons combiné l'IRMf et la technique de MTI (Magnetization Transfer Imaging) afin de suivre les signes de maturation cérébrale respectivement sous l'aspect fonctionnel et morphologique (myelinisation). Chez lés enfants, les activations associées au processus d'intégration entre les hémi-champs visuels sont, comme chez l'adulte, localisées dans le réseau ventral mais se limitent à une zone plus restreinte. La forte corrélation que le signal BOLD montre avec la myelinisation des fibres du splenium est le signe de la dépendance entre la maturation des fonctions visuelles de haut niveau et celle des connections cortico-corticales. Abstract: Recent advances in non-invasive brain imaging allow the visualization of the different aspects of complex brain dynamics. The approaches based on a combination of imaging techniques facilitate the investigation and the link of multiple aspects of information processing. They are getting a leading tool for understanding the neural basis of various brain functions. Perception, motion, and cognition involve the formation of cooperative neuronal assemblies distributed over the cerebral cortex. In this research, we explore the characteristics of interhemispheric assemblies in the visual brain by taking advantage of the complementary characteristics provided by EEG (electroencephalography) and fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) techniques. These are the high temporal resolution for EEG and high spatial resolution for fMRI. In the first part of this thesis we investigate the response of the visual areas to the interhemispheric perceptual grouping task. We use EEG coherence as a measure of synchronization and BOLD (Blood Oxygenar tion Level Dependent) response as a measure of the related brain activation. The increase of the interhemispheric EEG coherence restricted to the occipital electrodes and to the EEG beta band and its linear relation to the BOLD responses in VP/V4 area points to a trans-hemispheric synchronous neuronal assembly involved in early perceptual grouping. This result encouraged us to explore the formation of synchronous trans-hemispheric networks induced by the stimuli of various spatial frequencies with this multimodal approach. We have found the involvement of ventral and medio-dorsal visual networks modulated by the spatial frequency content of the stimulus. Thus, based on the combination of EEG coherence and fMRI BOLD data, we have identified visual networks with different sensitivity to integrating low vs. high spatial frequencies. In the second part of this work we test the hypothesis that the increase of brain activity during perceptual grouping depends on the activity of callosal axons interconnecting the visual areas that are involved. To this end, in children of 7-13 years, we investigated functional (functional activation with fMRI) and morphological (myelination of the corpus callosum with Magnetization Transfer Imaging (MTI)) aspects of spatial integration. In children, the activation associated with the spatial integration across visual fields was localized in visual ventral stream and limited to a part of the area activated in adults. The strong correlation between individual BOLD responses in .this area and the myelination of the splenial system of fibers points to myelination as a significant factor in the development of the spatial integration ability.

La fabrication du psychisme. Pratiques rituelles au carrefour des sciences humaines et des sciences de la vie

Qu'est-ce qui justifie l'emploi de rituels dans de nombreuses civilisations, anciennes ou contemporaines ? Sur quoi repose l'efficacité des rites ? Pour répondre à ces questions, ce livre propose une approche transdisciplinaire novatrice, qui rompt avec le cloisonnement en champs scientifiques étanches prévalant trop souvent dans l'exploration des pratiques rituelles. La réflexion autour des frontières et interactions entre les sphères socioculturelle, psychique et physiologique fait ressortir le caractère plastique et dynamique de celles-ci. Il s'agit notamment de souligner l'importance, dans de nombreuses cultures et à des épo-ques différentes, de techniques ou « orthopratiques » corporelles, psychologiques et sociales utilisées en vue de résultats pratiques spécifiques. Par ailleurs, les discours et les « représentations » propres aux systèmes institutionnels (science, médecine, philosophie, théologie) sur lesquels repose notre culture moderne se révèlent à même d'effectuer la « construction-réalisation » des objets mêmes qu'ils prétendent décrire. Ainsi, tant les « orthopratiques » appliquées, traitées dans la première partie du volume, que les pratiques émanant de nos systèmes institutionnels, traitées dans la seconde partie, tendent vers des objectifs transformationnels et opératoires. Alors que les unes opèrent dans un cadre magico-religieux, thérapeutique ou pédagogique, les autres se situent dans le contexte de la modernité. Mais elles se rejoignent en une dynamique dont les contribu-tions réunies ici viennent éclairer la nature et l'homme aux niveaux organique, psychique et historico-social. Ce qui revient, du même coup, à relancer l'interrogation philosophique qui porte sur la notion même de « réalité ».

Fluid-rock-strain feedbacks in extensional shear zones

La présence de fluide météorique synchrone à l'activité du détachement (Farmin, 2003 ; Mulch et al., 2007 ; Gébelin et al., 2011), implique que les zones de cisaillement sont des systèmes ouverts avec des cellules de convections à l'échelle crustale et un intense gradient géothermique au sein du détachement (Morrison et Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). De plus, les réactions métamorphiques liées à des infiltrations fluides dans les zones de cisaillement extensionnel peuvent influencer les paramètres rhéologiques du système (White and Knipe, 1978), et impliquer la localisation de la déformation dans la croûte. Dans ce manuscrit, deux zones de cisaillement infiltrées par des fluides météoriques sont étudiées, l'une étant largement quartzitique, et l'autre de nature granitique ; les relations entre déformation, fluides, et roches s'appuient sur des approches structurales, microstructurales, chimiques et isotopiques. L'étude du détachement du Columbia river (WA, USA) met en évidence que la déformation mylonitique se développe en un million d'années. La phase de cisaillement principal s'effectue à 365± 30°C d'après les compositions isotopiques en oxygène du quartz et de la muscovite. Ces minéraux atteignent l'équilibre isotopique lors de leur recristallisation dynamique contemporaine à la déformation. La zone de cisaillement enregistre une baisse de température, remplaçant le mécanisme de glissement par dislocation par celui de dissolution- précipitation dans les derniers stades de l'activité du détachement. La dynamique de circulation fluide bascule d'une circulation pervasive à chenalisée, ce qui engendre localement la rupture des équilibres d'échange isotopiques. La zone de cisaillement de Bitterroot (MT, USA) présente une zone mylonitique de 600m d'épaisseur, progressant des protomylonites aux ultramylonites. L'intensité de la localisation de la déformation se reflète directement sur l'hydratation des feldspaths, réaction métamorphique majeure dite de « rock softening ». Une étude sur roche totale indique des transferts de masse latéraux au sein des mylonites, et d'importantes pertes de volume dans les ultramylonites. La composition isotopique en hydrogène des phyllosilicates met en évidence la présence (1) d'une source magmatique/métamorphique originelle, caractérisée par les granodiorites ayant conservé leur foliation magmatique, jusqu'aux protomylonites, et (2) une source météorique qui tamponne les valeurs des phyllosilicates des fabriques mylonitiques jusqu'aux veines de quartz non-déformées. Les compositions isotopiques en oxygène des minéraux illustrent le tamponnement de la composition du fluide météorique par l'encaissant. Ce phénomène cesse lors du processus de chloritisation de la biotite, puisque les valeurs des chlorites sont extrêmement négatives (-10 per mil). La thermométrie isotopique indique une température d'équilibre isotopique de la granodiorite entre 600-500°C, entre 500-300°C dans les mylonites, et entre 300 et 200°C dans les fabriques cassantes (cataclasites et veines de quartz). Basé sur les résultats issus de ce travail, nous proposons un modèle général d'interactions fluide-roches-déformation dans les zones de détachements infiltrées par des fluides météoriques. Les zones de détachements évoluent rapidement (en quelques millions d'années) au travers de la transition fragile-ductile ; celle-ci étant partiellement contrôlée par l'effet thermique des circulations de fluide météoriques. Les systèmes de détachements sont des lieux où la déformation et les circulations fluides sont couplées ; évoluant rapidement vers une localisation de la déformation, et de ce fait, une exhumation efficace. - The presence of meteoric fluids synchronous with the activity of extensional detachment zones (Famin, 2004; Mulch et al., 2007; Gébelin et al., 2011) implies that extensional systems involve fluid convection at a crustal scale, which results in high geothermal gradients within active detachment zones (Morrison and Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). In addition, the metamorphic reactions related to fluid infiltration in extensional shear zones can influence the rheology of the system (White and Knipe, 1978) and ultimately how strain localizes in the crust. In this thesis, two shear zones that were permeated by meteoric fluids are studied, one quartzite-dominated, and the other of granitic composition; the relations between strain, fluid, and evolving rock composition are addressed using structural, microstructural, and chemical/isotopic measurements. The study of the Columbia River detachment that bounds the Kettle core complex (Washington, USA) demonstrates that the mylonitic fabrics in the 100 m thick quartzite- dominated detachment footwall developed within one million years. The main shearing stage occurred at 365 ± 30°C when oxygen isotopes of quartz and muscovite equilibrated owing to coeval deformation and dynamic recrystallization of these minerals. The detachment shear zone records a decrease in temperature, and dislocation creep during detachment shearing gave way to dissolution-precipitation and fracturing in the later stages of detachment activity. Fluid flow switched from pervasive to channelized, leading to isotopic disequilibrium between different minerals. The Bitterroot shear zone detachment (Montana, USA) developed a 600 m thick mylonite zone, with well-developed transitions from protomylonite to ultramylonite. The localization of deformation relates directly to the intensity of feldspar hydration, a major rock- softening metamorphic reaction. Bulk-rock analyses of the mylonitic series indicate lateral mass transfer in the mylonite (no volume change), and significant volume loss in ultramylonite. The hydrogen isotope composition of phyllosilicates shows (1) the presence of an initial magmatic/metamorphic source characterized by the granodiorite in which a magmatic, and gneissic (protomylonite) foliation developed, and (2) a meteoric source that buffers the values of phyllosilicates in mylonite, ultramylonite, cataclasite, and deformed and undeformed quartz veins. The mineral oxygen isotope compositions were buffered by the host-rock compositions until chloritization of biotite started; the chlorite oxygen isotope values are negative (-10 per mil). Isotope thermometry indicates a temperature of isotopic equilibrium of the granodiorite between 600-500°C, between 500-300°C in the mylonite, and between 300 and 200°C for brittle fabrics (cataclasite and quartz veins). Results from this work suggest a general model for fluid-rock-strain feedbacks in detachment systems that are permeated by meteoric fluids. Phyllosilicates have preserved in their hydrogen isotope values evidence for the interaction between rock and meteoric fluids during mylonite development. Fluid flow generates mass transfer along the tectonic anisotropy, and mylonites do not undergo significant volume change, except locally in ultramylonite zones. Hydration of detachment shear zones attends mechanical grain size reduction and enhances strain softening and localization. Self-exhuming detachment shear zones evolve rapidly (a few million years) through the transition from ductile to brittle, which is partly controlled by the thermal effect of circulating surface fluids. Detachment systems are zones in the crust where strain and fluid flow are coupled; these systems. evolve rapidly toward strain localization and therefore efficient exhumation.

Hydrogen isotope fractionations between amphiboles, micas, and fluids in alkaline igneous intrusions

RÉSUMÉ DE LA THÈSE Les teneurs des amphiboles en éléments majeurs et en isotopes stables ont été analysées dans plusieurs complexes ignés alcalins et hyperalcalins, dans le but de déterminer l'importance des variations de composition des minéraux pour le fractionnement isotopique de l'hydrogène dans un système naturel minéral-magma-fluide. Cette étude se concentre principalement sur les syénites néphéliniques de complexes intrusifs alcalins bien connus mais à chimie variable, dont les amphiboles, ainsi que d'autres silicates hydratés tels que micas et eudialytes, lorsque cela était possible, ont été séparés. L'intérêt principal s'est porté sur le complexe alcalin d'Ilímaussaq de la Province du Gardar, au Sud du Groenland. Dans une optique de comparaison, nous avons collecté et analysé d'autres échantillons provenant du complexe de Tugtutôq (Sud Groenland), des complexes de Khibina et Lovozero (Péninsule de Kola, Russie), du Mont St-Hilaire et du Mont Royal (Canada) et de 6 autres du nord-ouest de la Namibie (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld,et Okorusu). Les compositions isotopiques de l'hydrogène des amphiboles des ces différentes zones présentent de grandes variations (-227 à -700/00), ce qui est atypique pour des magmas d'origine mantellique. Les valeurs comprises entre -80 et -400/00 indiquent une provenance du manteau. Ces larges variations de compositions ainsi que l'extrême appauvrissement en isotope lourd de l'hydrogène (D), en comparaison avec d'autres roches ignées, semblent être propres.aux roches alcalines et hyperalcalines de ce type, ce qui indiquerait un processus commun. Les différents complexes alcalins choisis présentent un large intervalle de composition chimique des amphiboles. La caractérisation des amphiboles par microscopie électronique et par spectroscopie Mössbauer contribuent à observer le contrôle du Fe sur le fractionnement des isotopes de l'hydrogène. En effet, cela a mis en évidence un contrôle du Fe sur le fractionnement et même, dans le cas du complexe hyperalcalin d'Ilímaussaq, une relation entre le rapport Fei3+/FeT et les variations du rapport D/H. Les complexes étudiés diffèrent de par leur index agpaïtique (Na+K/Al) et également de par leur contenu en fer. Les plus hautes valeurs en Fe (27-35 wt%) et en éléments alcalins dans les amphiboles, ainsi que les teneurs de D/H les plus basses et leur grande variation, sont celles du complexe d'Ilímaussaq. Les amphiboles de la Péninsule de Kola et du Canada sont similaires, mais toutefois moins appauvries en D. En ce qui concerne les amphiboles des complexes du NO de la Namibie, elles présentent des compositions isotopiques de l'hydrogène magmatiques normales (-73 à -100 0/00), contiennent moins de Fe (15-17 wt%) et sont fortement enrichies en Ca et moins en Na. Dans ce cas, l'alcalinité est moins importante en comparaison des autres complexes étudiés. En dehors des teneurs en éléments alcalins des amphiboles, l'alcalinité des fluides s'avère également un facteur important, ce qui est cohérent avec certaines suggestions à partir de systèmes expérimentaux. Afin de mieux contraindre ce facteur, des expériences d'échanges hydrothermaux entre les amphiboles et les fluides de salinité différente ont été effectuées en simulant des conditions naturelles. L'approximation d'amphiboles naturelles de complexes ignés alcalins, couplée aux expériences d'échange, aide à préciser les facteurs contrôlant le fractionnement des isotopes de l'hydrogène dans les roches alcalines. Les valeurs extrêmement basses de 3D des amphiboles de ces complexes alcalins peuvent être dues à une combinaison de différents facteurs, telles qu'une haute alcalinité, une haute teneur en Fe et une faible profondeur d'intrusion. Les grandes variations ainsi que les faibles valeurs de SD des amphiboles étudiées peuvent résulter d'un processus magmatique interne et il est peu probable que de l'eau météorique soit impliquée et/ou que le dégazage magmatique ait joué un rôle. THESIS ABSTRACT Major element and stable isotope compositions of amphiboles were analyzed from a number of alkaline and peralkaline igneous complexes in order to determine the importance of compositional variations in minerals to hydrogen isotope fractionations in natural mineral-melt-fluid systems. The thesis mainly focuses on nepheline syenites of well-studied, but chemically variable alkaline intrusive rocks, from which amphiboles and, if possible, other hydrous silicates such as micas and eudialytes were separated. The system of primary interest was the alkaline Ilímaussaq Complex of the Gardar Province of South Greenland. For the purpose of comparison additional samples were collected and examined from the Tugtutôq Complex (South Greenland), the Khibina and Lovozero Complexes (Kola Peninsular, Russia), Mount St-Hilaire and Mount Royal (Canada) and six further complexes from NW Namibia (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld, and Okorusu). The hydrogen isotope compositions of amphiboles from the localities studied differ greatly, which is atypical for amphiboles from mantle, range between - 227 and - 700/00 (latter compatible with a simple mantle origin). As this wide range in compositions and the extreme depletion in the heavy hydrogen isotope (D) content relative to other igneous rocks appear to be unique to alkaline to peralkaline rocks of this type, a common process is indicated. The different alkaline complexes chosen cover a wide range of amphibole chemical compositions. Detailed chemical characterization of amphiboles by electron microprobe and Mössbauer spectroscopy analyses helped to constrain the control of Fe on the H-isotope fractionations. Complete characterization of the chemical compositions of the amphiboles support Fe-control on fractionations and at least for the peralkaline Ilímaussaq complex a relationship between Fe3+/FeT ratios and variations in D/H. The studied complexes differ in their agpaitic index (Na+K/Al) and also in their Fe-content. The most iron (27-35 wt. %) and alkaline element rich amphiboles, with the lowermost D/H ratio, as well with very wide range, are the ones from Ilímaussaq complex. Similar, but less D depleted amphiboles are from the Kola Peninsula and the Canadian localities. The complexes described from NW Namibia have amphiboles with normal magmatic hydrogen isotope composition (-730/00 to -1000/00), and have less Fe-content (15-17 wt. %), and are more Ca-and less Na-rich. In this case alkalinity is not that important in comparison to the other studied complexes. Beside the alkaline element contents in the amphiboles, the alkalinity of the fluids has been found to be an important factor, in conjunction with earlier suggestions from experimental systems. To further constrain this factor, hydrothermal exchange experiments between amphiboles and fluids of different salinity simulating natural conditions were performed. The approach of examining natural amphiboles from alkaline igneous complexes in parallel to performing exchange experiments - helped to further constrain the factors controlling the H-isotope fractionations in alkaline rocks. The observed changes between the hydrogen and oxygen isotope compositions of amphiboles and fluids before and after the experiments suggest that another phase was produced during the experiments, which influenced the final hydrogen isotope composition of the system. This presumably hydrous phase has also influenced the Fe3 +/Fe2+ ratio of the amphiboles, which became more oxidized. The extremely low SD values of amphiboles in these alkaline complexes may be due to a combination of different factors such as high alkalinity, high Fe-content, and shallow intrusion depths. This wide range and the low SD values of the amphiboles studied might be a result of internal, magmatic processes and it is unlikely that meteoric water was involved and/or magmatic degassing played an important role. RÉSUMÉ DE LA THÈSE (pour le grand public) Fractionnement isotopique de l'hydrogène entre amphiboles, micas et fluides dans des intrusions alcalines Zsófia Wáczek Directeur de thèse, Prof. Torsten W. Vennemann Institut de Minéralogie et Géochimie, Université de Lausanne Les roches alcalines et celles qui leurs sont associées sont des sources importantes de nombreux minéraux et minerais, tels l'apatite, le niobium, le diamant et autres pierres précieuses. Cette étude se concentre sur des complexes alcalins localisés dans le sud du Groenland, au Canada, dans la péninsule de Kola en Russie et au nord-ouest de la Namibie. Ces complexes sont composés de roches ayant cristallisé à partir de magmas et de fluides très enrichis en alcalins. Cet enrichissement permet la précipitation de minéraux inhabituels riches en potassium et/ou sodium, telles les amphiboles sodiques, également enrichies en fer. Les amphiboles étudiées ont des compositions calciques, sodi-calciques et sodiques, qui reflètent leurs différents environnements de formation. Des études précédentes ont révélé une large gamme de rapports isotopiques de l'hydrogène dans les amphiboles de roches hyperalcalines, dont certains extrêmement bas. Cette variation importante est très intrigante, sachant que des valeurs entre -40 et -800/00 correspondent à des silicates ignés hydratés et non altérés, alors que des valeurs descendant jusqu'a -1500/00 nécessiteraient une altération par de l'eau météorique et/ou une contamination par les roches environnantes ou des sédiments riches en matière organique. Dans lé cas précis du complexe d'Ilímaussaq (sud du Groenland), aucune de ces explications n'a pu être démontrée et des valeurs encore plus faibles ont été trouvées. Le complexe d'Ilímaussaq présente des valeurs de rapport isotopique de l'hydrogène entre -227 et -500/00 dans les amphiboles. Une origine mantellique permet d'expliquer les valeurs élevées, mais d'autres processus doivent entrer en jeu pour engendrer les valeurs les plus négatives. C'est à l'identification de ces processus que nous nous sommes attachés dans ce travail. Les grandes variations observées dans les teneurs en fer et dans le rapport Fe3+/FeT des roches et des minéraux de ces complexes sont corrélées avec d'autres paramètres chimiques, tels que la composition isotopique de l'hydrogène dans les amphiboles. Nous avons dès lors abordé les questions suivantes: quelle est la relation entre la teneur en fer des amphiboles et leur composition isotopique? Que nous apprennent les changements de la teneur en fer et les changements dans le rapport Fe3+/FeT sur les processus pétrologiques dans ces roches? Pour répondre à ces questions, nous avons analysé les compositions isotopiques de l'oxygène et de l'hydrogène dans les amphiboles et d'autres silicates hydratés. La composition chimique et le rapport Fe3+/FeT des amphiboles ont également été déterminés. Des expériences hydrothermales simulant des conditions naturelles ont été entreprises afin de mieux comprendre les processus de fractionnement isotopiques dans ces systèmes très alcalins. Nos conclusions sont les suivantes: (1) Les valeurs extrêmement faibles ainsi que les larges variations des rapports isotopiques de l'hydrogène des amphiboles de ces complexes alcalins sont dues à une combinaison de facteurs tels que la forte alcalinité, la haute teneur en fer et la profondeur très faible de l'intrusion. (2) Ces valeurs sont probablement le résultat de processus magmatiques internes. (3) Il est peu probable que les eaux météoriques et/ou le dégazage magmatique aient joué un rôle lors de la formation de ces amphiboles. (4) Certaines corrélations, en accord avec les études précédentes, ont pu être trouvées au niveau des concentrations en fer. (5) Dans le cas du complexe d'Ilímaussaq exclusivement, une relation a été trouvée entre le rapport Fe3+/FeT et la composition isotopique de l'hydrogène des amphiboles.