Preliminary description and slope stability analyses of the 2008 Little Salmon lake and 2007 Mt. Steele landslides, Yukon

In August 2008, reactivation of the Little Salmon Lake landslide occurred. During this event, hundreds of conical mounds of variable size and composition formed in the deposition zone. The characteristics of these landforms are described and a potential mechanism for their formation is proposed. A preliminary slope stability analysis of the 2007 Mount Steele rock and ice avalanche was also undertaken. The orientation of very high persistence (>20 m long) structural planes (e.g., faults, joints and bedding) within bedrock in the source zone was obtained using an airborne-LiDAR digital elevation model and the software COLTOP-3D. Using these discontinuity orientation measurements, kinematic, surface wedge and simple three-dimensional distinct element slope stability analyses were performed.

Regional deterministic characterization of fracture networks and its application to GIS-based rock fall risk assessment

The study investigates the possibility to incorporate fracture intensity and block geometry as spatially continuous parameters in GIS-based systems. For this purpose, a deterministic method has been implemented to estimate block size (Bloc3D) and joint frequency (COLTOP). In addition to measuring the block size, the Bloc3D Method provides a 3D representation of the shape of individual blocks. These two methods were applied using field measurements (joint set orientation and spacing) performed over a large field area, in the Swiss Alps. This area is characterized by a complex geology, a number of different rock masses and varying degrees of metamorphism. The spatial variability of the parameters was evaluated with regard to lithology and major faults. A model incorporating these measurements and observations into a GIS system to assess the risk associated with rock falls is proposed. The analysis concludes with a discussion on the feasibility of such an application in regularly and irregularly jointed rock masses, with persistent and impersistent discontinuities.

Fluid-rock interaction during late stages of the Alpine exhumation

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

Siluro-Devonian graptolite stratigraphy of the Catalonian Coastal Ranges

Two facies characterize the Silurian and lower Devonian of the Catalonian Coastal Ranges, namely euxinic and pelagic carbonate facies. The first, is represented by black shales in which the atavus, acinaces, cyphus, triangulatus, convolutus, ?sedgwickii, ellesae and tumescens zones have been recognized. The graptolite succesion is far from complete on present evidence, but this is probably due to unfavorable environmental (taphonomic) conditions. This facies is similar to that prevailing throughout the Iberian massif and most of western Europe. The pelagic carbonate facies is peculiar to the Pridoli and lower Devonian and corresponds to the facies type prevailing in the Western Mediterranean Area. It is characterized by the nodular texture of limestones and marls, with all gradations between nodular limestones, marls and slates. Massive nodular limestone, occur in the lower part of the sequence (La Creu Formation) while the alternation of limestones, marls and slates charaterizes the upper part (Olorda Formation). Orthoconic cephalopds, crinoids, conodonts and tentaculites are the most common fossils present; graptolites occur in some shale horizons in the lower part of the Olorda Formation. These graptolites give strong indications of the uniformis and hercynicus zones (Lochkovian). The uppermost part of the sequence has not provided any graptolite fauna, but according their dacrioconarid fauna it corresponds probably to the Pragian.

Paleozoic stratigraphy of the Central and Northern part of the Catalonian Coastal Ranges (NE Spain)

The Paleozoic stratigraphic succession in the Catalonian Coastal Ranges spans the interval from Cambrian(?) to Carboniferous, with only one break, separating the pre-Carboniferous part of the sequence from the Carboniferous. The oldest rocks exposed form a sequence of schists, fine grained sandstones, gneisses (laminar pre-Hercynian intrusions), marbles, orto- and para-amphibolites and calcsilicate rocks. comparison with other localities iuggests an Early Cambrian age (or perhaps in part older). Upwards the sequence becomes more monotonous andconsists only of schists (or slates where themetamorphic grade is lower) and thin fine-grained sandstone layers (Cambrian-Ordovician). Still higher in the sequence, an altemation of greywackes and slates is found, with interlayered mud-supported conglomerates at its lower part and acid volcanic rocks which occur throughout the whole sequence. This part of the sequence has provided the oldest faunas known in the Catalonian Coastal Ranges, which indicate the Caradoc. Finally, in its uppermost part, the Ordovician sequence contains some thin limestone layers that contain Ashgill faunas. The Silurian, from Llandovery to Lower Ludlow, consists of black graptolitic shales with dolerite sills, whilst the upper Ludlow, Pridolian and Devonian consist of nodular limestones and marls withpelagic and hemipelagic faunas. The youngest Devonian faunas found correspond in general to the Emsian. The existence of a gap at this point of the sequence suggests the possibility that part of the Devonian could have been eroded. The Carboniferous is characterized by a thick culm sequence (Visean to Westphalian?), resting on thin chert and limestone layers (Tournaisian and Visean). A comparison with neighbouring areas shows a similarity regarding succession and facies with other Paleozoic massifs around the Western Mediterranean.

The Hercynian structure of the Catalonian Coastal Ranges (NE Spain)

In the Catalonian Coastal Ranges, Paleozoic sedimentary and meta-sedimentary rocks crop out in severa1 areas, intruded by late tectonic Hercynian granitoids and separated by Mesozoic and Tertiary cover sediments. Large structures are often difficult to recognize, although a general east-west trend can be observed on the geological map. Deformation was accompanied by the development of cleavages and regional metamorphism. Green-schist facies rocks are prominent throughout the Ranges, while amphibolite facies are restricted to small areas. In low-grade areas, the main deformation phase generated south-facing folds with an axial plane cleavage (slaty cleavage in metapelitic rocks). The intersection lineation (Ss/Sl) and the axes of minor folds trend cast-west, as do all mapable structures. Late deformations generated coarse crenulations, small chevrons and kink-bands, all intersecting the slaty cleavage at high angles. In medium- to high-grade areas no major folds have been observed. In these areas, the main foliation is a schistosity and is often folded, giving centimetric to decimetric, nearly isoclinal intrafolial folds. In schists, these folds aremuchmore common than inother lithologies, and can be associated with a crenulation cleavage. All these planar structures in high-grade rocks are roughly parallel. The late Hercynian deformational events, which gave rise to the crenulations and small chevrons, also produced large (often kilometric) open folds which fold the slaty cleavage and schistosity. As aconsequence, alternating belts with opposite dip (north and south) of the main foliation were formed. With respect to the Hercynian orogenic belt, the Paleozoic outcrops of the Catalonian Coastal Ranges are located within the northern branch of the Ibero-Armorican arc, and have a relatively frontal position within the belt. The Carboniferous of the Priorat-Prades area, together with other outcrops in the Castellón Province, the Montalbán massif (Iberian Chain) and the Cantabrian zone (specially the Pisuerga-Carrión Province) probably form part of a wide area of foreland Carboniferous deposition placed at the core of the arc.

Nd and Sr isotope compositions in modern and fossil bones - Proxies for vertebrate provenance and taphonomy

Rare earth elements (REE), while not essential for the physiologic functions of animals, are ingested and incorporated in ppb concentrations in bones and teeth. Nd isotope compositions of modern bones of animals from isotopically distinct habitats demonstrate that the (143)Nd/(144)Nd of the apatite can be used as a fingerprint for bedrock geology or ambient water mass. This potentially allows the provenance and migration of extant vertebrates to be traced, similar to the use of Sr isotopes. Although REE may be enriched by up to 5 orders of magnitude during diagenesis and recrystallization of bone apatite, in vivo (143)Nd/(144)Nd may be preserved in the inner cortex of fossil bones or enamel. However, tracking the provenance of ancient or extinct vertebrates is possible only for well-preserved archeological and paleontological skeletal remains with in vivo-like Nd contents at the ppb-level. Intra-bone and -tooth REE analysis can be used to screen for appropriate areas. Large intra-bone Nd concentration gradients of 10(1)-10(3) are often measured. Nd concentrations in the inner bone cortex increase over timescales of millions of years, while bone rims may be enriched over millenial timescales. Nevertheless, epsilon(Nd) values are often similar within one epsilon(Nd) unit within a single bone. Larger intra-bone differences in specimens may either reflect a partial preservation of in vivo values or changing epsilon(Nd) values of the diagenetic fluid during fossilization. However, most fossil specimens and the outer rims of bones will record taphonomic (143)Nd/(144)Nd incorporated post mortem during diagenesis. Unlike REE patterns, (143)Nd/(144)Nd are not biased by fractionation processes during REE-uptake into the apatite crystal lattice, hence the epsilon(Nd) value is an important tracer for taphonomy and reworking. Bones and teeth from autochthonous fossil assemblages have small variations of +/- 1 epsilon(Nd) unit only. In contrast, fossil bones and teeth from over 20 different marine and terrestrial fossil sites have a total range of epsilon(Nd) values from -13.0 to 4.9 (n = 80), often matching the composition of the embedding sediment. This implies that the surrounding sediment is the source of Nd in the fossil bones and that the specimens of this study seem not to have been reworked. Differences in epsilon(Nd) values between skeletal remains and embedding sediment may either indicate reworking of fossils and/or a REE-uptake from a diagenetic fluid with non-sediment derived epsilon(Nd) values. The latter often applies to fossil shark teeth, which may preserve paleo-seawater values. Complementary to epsilon(Nd) values, (87)Sr/(86)Sr can help to further constrain the fossil provenance and reworking. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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

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

Valoriser le géopatrimoine par la médiation indirecte et la visualisation des objets géomorphologiques

Résumé: Valoriser le géopatrimoine par la médiation indirecte et la visualisation des objets géomorphologiques Le géopatrimoine regroupe des objets géologiques lato sensu auxquels certaines valeurs sont attribuées, en fonction de leur intérêt pour la science, de leur rareté, de leurs particularités culturelles ou écologiques, etc. Valoriser le géopatrimoine signifie avant tout faire partager cette approche aux non-spécialistes, en expliquant ce qui fait la valeur de ces objets. Cette valorisation peut s'effectuer, entre autres, sous la forme d'une activité touristique et contribuer ainsi au développement régional. Faire comprendre l'origine, la singularité et la valeur des formes du relief implique le recours à une communication éducative, désignée par le terme de médiation. Les implications de la dimension éducative du processus, comme la prise en compte des connaissances et attentes du public, la création d'un environnement favorable à l'apprentissage ou l'attractivité du contenu, sont souvent négligées. Du point de vue conceptuel, un modèle de la médiation indirecte (c'est-à-dire au moyen de supports médiatiques) a été proposé et appliqué au développement empirique de produits de médiation et à leur évaluation. Ce modèle ne garantit pas la réussite de la communication éducative, mais contribue à créer un cadre favorable au processus. De plus, plusieurs lignes directrices pour le choix du type de média et sa mise en forme ont été définies sur la base d'une compilation de résultats de la psychologie cognitive sur l'usage des médias pour l'apprentissage. Des méthodes qualitatives et quantitatives variées ont été mobilisées : enquêtes par questionnaire ex situ et in situ, auprès des visiteurs de géomorphosites de montagne, réalisation de médias interactifs testés ensuite auprès de divers publics (parcours enregistré, pré- et post-questionnaires) et entretiens collectifs. Les résultats obtenus éclairent divers aspects de la problématique. L'étude du public a montré, par exemple, que le géotourisme possède un réel public parmi les visiteurs des sites de montagnes : trois-quarts d'entre eux expriment de l'intérêt pour des explications sur la géologie et l'évolution du paysage. Cette thèse a exploré ces aspects liés au processus d'apprentissage en se focalisant sur les médias visuels, surtout interactifs. La plupart des médias visuels couramment utilisés en géomorphologie ont été considérés. Le développement de versions interactives de ces médias sous forme d'applications web a fourni un aperçu concret des possibilités des nouvelles technologies. Les utilisateurs apprécient en particulier a richesse du contenu, le haut degré d'interactivité et la variété de ces applications. De tels médias incitent à visiter le site naturel et semblent aussi répondre aux intérêts de publics variés. Abstract: Geoheritage promotion through non-personal interpretation and visualisation of geomorphological features Geoheritage concerns all geological features lato sensu to which some values are attributed, according to their scientific interest, their rarity, their cultural or ecological dimensions, etc. Geoheritage promotion implies sharing this point of view with non-specialists, explaining what gives value to those objects. Geotourism is one of the many ways to achieve geoheritage promotion, while contributing also to regional development. In order to make non-specialists understand the origin, the specificity and the value of landforms, educational communication is needed, that is called interpretation (French: médiation). This education dimension has several, and often neglected, implications, like taking into account public's knowledge and expectations, creating a favourable learning environment, attractive design, etc. From the conceptual point of view, a model for non-personal interpretation has been proposed and applied for the empirical development and for the assessment of interpretive products. This model does not guarantee success of educational communication, but help creating a favourable environment for this process. Moreover, some guidelines were defined from a compilation of several results of cognitive psychology on media use for learning. They guide the choice of the kind of media and its design. Several qualitative and quantitative methods were applied: survey questionnaires ex situ and in situ by mountain geomorphosites visitors, interactive medias developed and then tested by different kinds of users (with usertracking, pre- and post-survey questionnaires), group interviews. The results answered different aspects of the research questions. Visitor surveys revealed for example that geotourism could attract many visitors of mountain areas: three quarters of them say they are interested in getting explanations about geology and landscape (in particular its dynamic dimensions). This thesis examined those aspects with a focus on visual medias, both statics and interactive. Most of currently used medias in geomorphology were considered. Interactive versions of those medias were developed in web applications; they gave a concrete overview on the opportunities that new technologies offer. The content richness, the high interaction level and the diversity of the applications are the most liked aspects by the users. Such medias drive to visit the natural site and seem to correspond to the interests of various kinds of publics. Zusammenfassung: Aufwertung des erdwissenschaftlichen Erbes durch mediale Vermittlung und Visualisierung von geomorphologischen Objekten Das erdwissenschaftliche Erbe besteht aus geologischen Gegebenheiten lato sensu, denen entsprechend ihrer Bedeutung für die Wissenschaft, ihrer Seltenheit, ihrer kulturellen oder ökologischen Besonderheiten usw. bestimmte Werte zugeordnet werden. Das erdwissenschaftliche Erbe aufzuwerten bedeutet in erster Linie, diesen Ansatz Nichtspezialisten näher zu bringen, indem ihnen erklärt wird, was den Wert dieser Gegebenheiten ausmacht. Dies kann etwa im Rahmen eines touristischen Angebots geschehen und so die regionale Entwicklung unterstützen. Um Entstehung, Besonderheit und Wert von Geländeformen verständlich zu machen, wird eine pädagogische Kommunikationsform verwendet, die als mediale Vermittlung (franz. médiation) bezeichnet wird. Die Bedeutung der pädagogischen Dimension des Vermittlungsprozesses wie etwa der Einbezug des Wissens und der Erwartungen des Publikums, die Gestaltung eines positiven Lernklimas oder die Attraktivität des Inhalts wird oft vernachlässigt. Auf konzeptueller Ebene wurde ein Modell der indirekten Interpretation erarbeitet (d. h. anhand von Medien), das bei der empirischen Entwicklung der Interpretationsprodukte und ihrer Evaluation Anwendung fand. Dieses Modell garantiert zwar nicht den Erfolg der pädagogischen Kommunikation. Es trägt aber dazu bei, einen für den Prozess günstigen Kontext zu schaffen. Des Weiteren wurden mehrere Richtlinien für die Wahl des Medientyps und dessen Ausgestaltung anhand einer Zusammenstellung von Resultaten der kognitiven Psychologie über den Gebrauch von Medien in Lernprozessen definiert. Es wurden verschiedene qualitative und quantitative Methoden eingesetzt: Befragung mittels Fragebogen der Besucher von geomorphologischen Geotopen im Gebirge - ex situ und in situ -, Erarbeitung von interaktiven Medien, die anschliessend anhand verschiedener Zielgruppen gestestet wurden (Aufnahme des Besuchparcours, Vor- und Nachfragebögen) sowie kollektive Interviews. Die Ergebnisse geben Aufschluss zu verschiedenen Aspekten der Fragestellung. Die Befragung des Publikums hat zum Beispiel deutlich gemacht, dass der Geotourismus unter den Besuchern von Berggebieten tatsächlich auf eine Nachfrage stösst: drei Viertel von ihnen zeigen ein Interesse für Erläuterungen zur Geologie und der Landschaftsentwicklung. Die vorliegende Doktorarbeit hat die genannten Aspekte der Lernprozesse untersucht, wobei der Fokus auf visuellen, insbesondere interaktiven Medien lag. Die meisten gängigen visuellen Medien der Geomorphologie wurden berücksichtigt. Die Entwicklung von interaktiven Versionen dieser Medien in Form von Web-Anwendungen hat die Möglichkeiten der neuen Technologien veranschaulicht. Die Benutzer schätzten insbesondere die Vielfalt des Inhalts, die hohe Interaktivität und die Diversität dieser Anwendungen. Solche Medien laden dazu ein, ein Naturgebiet zu besuchen und scheinen den Interessen der verschiedenen Publikumsgruppen entgegenzukommen.

Predictive analysis and mapping of indoor radon concentrations in Switzerland

It is estimated that around 230 people die each year due to radon (222Rn) exposure in Switzerland. 222Rn occurs mainly in closed environments like buildings and originates primarily from the subjacent ground. Therefore it depends strongly on geology and shows substantial regional variations. Correct identification of these regional variations would lead to substantial reduction of 222Rn exposure of the population based on appropriate construction of new and mitigation of already existing buildings. Prediction of indoor 222Rn concentrations (IRC) and identification of 222Rn prone areas is however difficult since IRC depend on a variety of different variables like building characteristics, meteorology, geology and anthropogenic factors. The present work aims at the development of predictive models and the understanding of IRC in Switzerland, taking into account a maximum of information in order to minimize the prediction uncertainty. The predictive maps will be used as a decision-support tool for 222Rn risk management. The construction of these models is based on different data-driven statistical methods, in combination with geographical information systems (GIS). In a first phase we performed univariate analysis of IRC for different variables, namely the detector type, building category, foundation, year of construction, the average outdoor temperature during measurement, altitude and lithology. All variables showed significant associations to IRC. Buildings constructed after 1900 showed significantly lower IRC compared to earlier constructions. We observed a further drop of IRC after 1970. In addition to that, we found an association of IRC with altitude. With regard to lithology, we observed the lowest IRC in sedimentary rocks (excluding carbonates) and sediments and the highest IRC in the Jura carbonates and igneous rock. The IRC data was systematically analyzed for potential bias due to spatially unbalanced sampling of measurements. In order to facilitate the modeling and the interpretation of the influence of geology on IRC, we developed an algorithm based on k-medoids clustering which permits to define coherent geological classes in terms of IRC. We performed a soil gas 222Rn concentration (SRC) measurement campaign in order to determine the predictive power of SRC with respect to IRC. We found that the use of SRC is limited for IRC prediction. The second part of the project was dedicated to predictive mapping of IRC using models which take into account the multidimensionality of the process of 222Rn entry into buildings. We used kernel regression and ensemble regression tree for this purpose. We could explain up to 33% of the variance of the log transformed IRC all over Switzerland. This is a good performance compared to former attempts of IRC modeling in Switzerland. As predictor variables we considered geographical coordinates, altitude, outdoor temperature, building type, foundation, year of construction and detector type. Ensemble regression trees like random forests allow to determine the role of each IRC predictor in a multidimensional setting. We found spatial information like geology, altitude and coordinates to have stronger influences on IRC than building related variables like foundation type, building type and year of construction. Based on kernel estimation we developed an approach to determine the local probability of IRC to exceed 300 Bq/m3. In addition to that we developed a confidence index in order to provide an estimate of uncertainty of the map. All methods allow an easy creation of tailor-made maps for different building characteristics. Our work is an essential step towards a 222Rn risk assessment which accounts at the same time for different architectural situations as well as geological and geographical conditions. For the communication of 222Rn hazard to the population we recommend to make use of the probability map based on kernel estimation. The communication of 222Rn hazard could for example be implemented via a web interface where the users specify the characteristics and coordinates of their home in order to obtain the probability to be above a given IRC with a corresponding index of confidence. Taking into account the health effects of 222Rn, our results have the potential to substantially improve the estimation of the effective dose from 222Rn delivered to the Swiss population.

Electron probe microanalysis: principles and applications

This article summarizes the basic principles of electron probe microanalysis, with examples of applications in materials science and geology that illustrate the capabilities of the technique.

Paleomagnetism: principles and applications

This article summarizes the basic principles of Paleomagnetism, with examples of applications in geology that illustrate the capabilities of the technique.

Handbook of instrumental techniques for materials, chemical and biosciences research

This Handbook contains a collection of articles describing instrumental techniques used for Materials, Chemical and Biosciences research that are available at the Scientific and Technological Centers of theUniversity of Barcelona (CCiTUB). The CCiTUB are a group of facilities of the UB that provide both the research community and industry with ready access to a wide range of major instrumentation.Together with the latest equipment and technology, the CCiTUB provide expertise in addressing the methodological research needs of the user community and they also collaborate in R+D+i Projectswith industry. CCiTUB specialists include technical and Ph.D.-level professional staff members who are actively engaged in methodological research. Detailed information on the centers’ resources andactivities can be found at the CCiTUB website www.ccit.ub.edu ...