Active deformation fields: dense deformation field estimation for atlas-based segmentation using the active contour framework.

This paper presents a new and original variational framework for atlas-based segmentation. The proposed framework integrates both the active contour framework, and the dense deformation fields of optical flow framework. This framework is quite general and encompasses many of the state-of-the-art atlas-based segmentation methods. It also allows to perform the registration of atlas and target images based on only selected structures of interest. The versatility and potentiality of the proposed framework are demonstrated by presenting three diverse applications: In the first application, we show how the proposed framework can be used to simulate the growth of inconsistent structures like a tumor in an atlas. In the second application, we estimate the position of nonvisible brain structures based on the surrounding structures and validate the results by comparing with other methods. In the final application, we present the segmentation of lymph nodes in the Head and Neck CT images, and demonstrate how multiple registration forces can be used in this framework in an hierarchical manner.

Quantification of magmatic and hydrothermal processes in a peralkaline syenite-alkali granite complex based on textures, phase equilibria, and stable and radiogenic isotopes

The Puklen complex of the Mid-Proterozoic Gardar Province, South Greenland, consists of various silica-saturated to quartz-bearing syenites, which are intruded by a peralkaline granite. The primary mafic minerals in the syenites are augite +/- olivine + Fe-Ti oxide + amphibole. Ternary feldspar thermometry and phase equilibria among mafic silicates yield T = 950-750degreesC, a(SiO2) = 0.7-1 and an f(O2) of 1-3 log units below the fayalite-magnetite-quartz (FMQ) buffer at 1 kbar. In the granites, the primary mafic minerals are ilmenite and Li-bearing arfvedsonite, which crystallized at temperatures below 750degreesC and at f(O2) values around the FMQ buffer. In both rock types, a secondary post-magmatic assemblage overprints the primary magmatic phases. In syenites, primary Ca-bearing minerals are replaced by Na-rich minerals such as aegirine-augite and albite, resulting in the release of Ca. Accordingly, secondary minerals include ferro-actinolite, (calcite-siderite)(ss), titanite and andradite in equilibrium with the Na-rich minerals. Phase equilibria indicate that formation of these minerals took place over a long temperature interval from near-magmatic temperatures down to similar to300degreesC. In the course of this cooling, oxygen fugacity rose in most samples. For example, late-stage aegirine in granites formed at the expense of arfvedsonite at temperatures below 300degreesC and at an oxygen fugacity above the haematite-magnetite (HM) buffer. The calculated delta(18)O(melt) value for the syenites (+5.9 to +6.3parts per thousand) implies a mantle origin, whereas the inferred delta(18)O(melt) value of <+5.1parts per thousand for the granitic melts is significantly lower. Thus, the granites require an additional low-delta(18)O contaminant, which was not involved in the genesis of the syenites. Rb/Sr data for minerals of both rock types indicate open-system behaviour for Rb and Sr during post-magmatic metasomatism. Neodymium isotope compositions (epsilonNd(1170 Ma) = -3.8 to -6.4) of primary minerals in syenites are highly variable, and suggest that assimilation of crustal rocks occurred to variable extents. Homogeneous epsilon(Nd) values of -5.9 and -6.0 for magmatic amphibole in the granites lie within the range of the syenites. Because of the very similar neodymium isotopic compositions of magmatic and late- to post-magmatic minerals from the same syenite samples a principally closed-system behaviour during cooling is implied. In contrast, for the granites an externally derived fluid phase is required to explain the extremely low epsilon(Nd) values of about -10 and low delta(18)O between +2.0 and +0.5parts per thousand for late-stage aegirine, indicating an open system in the late-stage history. In this study we show that the combination of phase equilibria constraints with stable and radiogenic isotope data on mineral separates can provide much better constraints on magma evolution during emplacement and crystallization than conventional whole-rock studies.

Magmatic fluids in the Breccia-hosted epithermal Au-Ag deposit of Rosia Montana, Romania

The breccia-hosted epithermal Au-Ag deposit of Rosia Montana is located 7 kin northeast of Abrud, in the northern part of the South Apuseni Mountains, Romania. Estimated total reserves of 214.91 million metric toils (Mt) of ore at 1.46 g/t An and 6.9 g/t Ag (10.1 Moz of An and 47.6 Moz of Ag) make Rosia Montana one of the largest gold deposits in Europe. At this location, Miocene calc-alkaline magmatic and hydrothermal activity was associated with local extensional tectonics within a strike-slip regime related to the indentation of the Adriatic microplate into the European plate during the Carpathian orogenesis. The host rocks of the magmatic complex consist of pre-Mesozoic metamorphosed continental crust covered by Cretaceous turbiditic sediment (flysch). Magmatic activity at Rosia Montana and its surroundings occurred in several pulses and lasted about 7 m.y, Rosia Montana is a breccia-hosted epithermal system related to strong phreatomagmatic activity due to the shallow emplacement of the Montana dacite. The Montana dacite intruded Miocene volcaniclastic material (volcaniclastic breccias) and crops out at Cetate and Carnic Hills. Current mining is focused primarily on the Cetate open pit, which was mapped in detail, leading to the recognition of three distinct breccia bodies: the dacite breccia with a dominantly hydrothermal matrix, the gray polymict breccia with a greater proportion of sand-sized matrix support, and the black polymict breccia, which reached to the surface, contains carbonized tree trunks and has a dominantly barren elastic matrix. The hydrothermal alteration is pervasive. Adularia alteration with a phyllic overprint is ubiquitous; silicification and argillic alteration occur locally. Mineralization consists of quartz, adularia, carbonates (commonly Mn-rich), pyrite, Fe-poor sphalerite, galena, chalcopyrite, tetrahedrite, and native gold and occurs as disseminations, as well as in veins and filling vugs within the Montana dacite and the different breccias. The age of mineralization (12.85 +/- 0.07 Ma) was determined by Ar-40- Ar-39 dating on hydrothermal adularia crystals from vugs in the dacite breccia in the Cetate open pit. Microthermometric measurements of fluid inclusions in quartz phenocrysts from the Montana dacite revealed two fluid types that are absent from the hydrothermal breccia and must have been trapped at depth prior to dacite dome emplacement: brine inclusions (32-55 -wt % NaCl equiv, homogenizing at T-h > 460 degrees C) and intermediate density fluids (4.9-15.6 wt % NaCl equiv, T, between 345 degrees-430 degrees C). Secondary aqueous fluid inclusion assemblages in the phenocrysts have salinities of 0.2 to 2.2 wt percent NaCl equiv and T-h of 200 degrees to 280 degrees C. Fluid inclusion assemblages in hydrothermal quartz from breccias and veins have salinities of 0.2 to 3.4 wt percent NaCl equiv and T-h, from 200 degrees to 270 degrees C. The oxygen isotope composition of several zones of an ore-related epithermal quartz crystal indicate a very constant delta O-18 of 4.5 to 5.0 per mil for the mineralizing fluid, despite significant salinity and temperature variation over time. Following microthermometry, selected fluid inclusion assemblages were analyzed by laser ablation-inductively coupled-plasma mass spectrometry (LA-ICMS). Despite systematic differences in salinity between phenocryst-hosted fluids trapped at depth and fluids from quartz in the epithermal breccias, all fluids have overlapping major and trace cation ratios, including identical Na/K/Rb/Sr/Cs/Ba. Consistent with the constant near-magmatic oxygen isotope composition of the hydrothermal fluids, these data strongly indicate a common magmatic component of these chemically conservative solutes in all fluids. Cu, Pb, Zn, and Mn show variations in concentration relative to the relatively non-reactive alkalis, reflecting the precipitation of sulfide minerals together with An in the epithermal breccia, and possibly of Cu in an inferred subjacent porphyry environment. The magmatic-hydrothermal processes responsible for epithermal Au-Ag mineralization at Rosia Montana are, however, not directly related to the formation of the spatially associated porphyry Cu-Au deposit of Rosia Poieni, which occurred lout 3 m.y. later.

Structure and kinematics of the Siviez-Mischabel nappe in the Mattertal (western Alps of Switzerland) = Structure et cinématique de la nappe de Siviez-Mischabel le long de la vallée de Zermatt (Alpes de Suisse occidentale)

Résumé Cette étude porte sur le flanc inverse de la nappe de Siviez-Mischabel et sur les unités tectoniques sous jacentes (zone de Stalden supérieur et zone Houillère) dans la vallée menant à Zermatt. L'étude structurale du granite permien de Randa (orthogneiss oeillé) permet de mieux comprendre les effets de la déformation alpine sur les roches de socle. La cartographie détaillée de l'orthogneiss et de son encaissant, ainsi que l'étude lithostratigraphique des terrains sédimentaires associés permettent de proposer un schéma structural et cinématique du flanc inverse de la nappe de Siviez-Mischabel et de mieux comprendre ses relations avec les unités tectoniques sous-jacentes. L'analyse structurale de l'orthogneiss de Randa et de son encaissant révèle la superposition de plusieurs phases de déformation ductile. Cet orthogneiss formé sous des conditions métamorphiques du faciès schiste vert possède une forte schistosité alpine avec au moins deux linéations d'extension. La première, L1, orientée NW-SE est associée à la mise en place de la nappe. La seconde, L2, orientée SW-NE, se corrèle au cisaillement ductile du Simplon. La quantification de la déformation au moyen de la méthode de Fry sur les faciès porphyriques donne des ellipses à rapports axiaux compris entre 1.9 et 5.3, en accord avec les valeurs obtenues par d'autres marqueurs {tourmalines étirées, fibres). Les valeurs mesurées parallèlement à L1 ou L2 sont très semblables. La méthode de Fry a nécessité une étude théorique préalable afin de vérifier son applicabilité aux orthogneiss oeillés. La méthode requiert une distribution spatiale homogène et isotrope des marqueurs utilisés. Les tests statistiques effectués ont révélé que les phénocristaux de feldspath alcalin satisfont à cette condition et qu'ils peuvent être utilisés comme marqueur de la déformation au moyen de la méthode de Fry. Les valeurs obtenues révèlent l'importance du cisaillement ductile du Simplon sur la géométrie de la nappe dans la région d'étude. Le levé cartographique a permis d'améliorer la lithostratigraphie de la base de la nappe de Siviez-Mischabel. Trois formations en position renversée peuvent être observées sous les gneiss formant le coeur de la nappe. Ces trois formations forment le coeur du synclinal de St-Niklaus qui connecte la nappe de Siviez-Mischabel à la zone de Stalden supérieur. La datation par U-Pb de zircons détritiques et magmatiques par LA-ICP-MS permet de contraindre l'âge des formations observées (probablement Carbonifère à Trias précoce). Ces données ont des répercussions importantes sur la structure de la nappe dans la région, prouvant l'existence de plusieurs plis avec des séries normales et renversées bien préservées. La définition et la datation de ces formations, ainsi que leur identification dans la-Zone- Houillère avoisinante permettent de mieux comprendre la géométrie initiale et les relations tectoniques des nappes du Pennique moyen dans la vallée de Zermatt. Summary This study investigates the overturned limb of the Siviez-Mischabel nappe and underlying tectonic units (Upper Stalden zone and Houillère zone) in the Mattertal area. Detailed structural analysis in the Permian Randa granite (augen orthogneiss) allows a better understanding of the Alpine deformation effects on basement rocks. Detailed mapping of this orthogneiss and surrounding rocks, and the study of the lithostratigraphy in the related sedimentary horizons allow the proposition of a structural and kinematic model for the overturned limb of the Siviez-Mischabel and to better understand the relations with the underlying tectonic units. The structural analysis of the Randa orthogneiss and surrounding rocks revealed the superposition of several phases of ductile deformation. This orthogneiss formed under greenschist facies metamorphic conditions displays a strong Alpine foliation with at least two stretching lineations. The first lineation, L1, is oriented NW-SE and is related to the nappe emplacement northward. The second one, L2, is related to the Simplon ductile shear zone. Strain estimation using the Fry method has been performed on porphyritic facies of the Randa orthogneiss. The obtained ellipses have axial ratios varying between 1.9 and 5.3, in agreement with strain estimation obtained from other markers (stretched turmalines, fringes). The strain values are very similar if measured parallel to L1 or to L2. A theoretical approach was necessary to verify the relevant application of the Fry method to augen orthogneiss. This method requires that the distribution of the used markers has to be homogeneous and isotropic. Statistical tests have been done and revealed that K-feldspar phenocrysts satisfy these conditions and can be used as strain markers with the Fry method. The obtained strain measurements revealed the importance of the Simplon ductile shear zone on the geometry of the nappe in the studied area. Mapping has improved the lithostratigraphy at the base of the Siviez-Mischabel nappe. Three overturned formations can be observed below the gneisses forming the core of the nappe. These three formations form the St-Niklaus syncline, which connects the Siviez-Mischabel nappe to the underlying Upper Stalden zone. U-Pb dating of detrital and magmatic zircons by LA-ICPMS allowed the age of the observed formations to be constrained (presumably Carboniferous to Early Triassic). This data has critical implications for nappe structure in the region, composed of few recumbent folds with well preserved normal and overturned limbs. The definition and dating of these formations, as well as their identification in the adjacent "Houillère Zone" improve the understanding of the geometry and tectonic relations of the Middle Penninic nappes in the Mattertal.

Chemical and isotopic equilibrium between CO2 and CH4 in fumarolic gas discharges: Generation of CH4 in arc magmatic-hydrothermal systems

The chemical and isotopic composition of fumarolic gases emitted from Nisyros Volcano, Greece, and of a single gas sample from Vesuvio, Italy, was investigated in order to determine the origin of methane (CH,) within two subduction-related magmatic-hydrothermal environments. Apparent temperatures derived from carbon isotope partitioning between CH4 and CO2 of around 340degreesC for Nisyros and 470degreesC for Vesuvio correlate well with aquifer temperatures as measured directly and/or inferred from compositional data using the H2O-H-2-CO2-CO-CH4 geothermometer. Thermodynamic modeling reveals chemical equilibrium between CH4, CO2 and H2O implying that carbon isotope partitioning between CO2 and CH, in both systems is controlled by aquifer temperature. N-2/(3) He and CH4/(3) He ratios of Nisyros fumarolic gases are unusually low for subduction zone gases and correspond to those of midoceanic ridge environments. Accordingly, CH4 may have been primarily generated through the reduction of CO, by H, in the absence of any organic matter following a Fischer-Tropsch-type reaction. However, primary occurrence of minor amounts of thermogenic CH4 and subsequent re-equilibration with co-existing CO2 cannot be ruled out entirely- CO2/He-3 ratios and delta(13)C(CO2) values imply that the evolved CO2 either derives from a metasomatized mantle or is a mixture between two components, one outgassing from an unaltered mantle and the other released by thermal breakdown of marine carbonates. The latter may contain traces of organic matter possibly decomposing to CH4 during thermometamorphism. Copyright (C) 2004 Elsevier Ltd.

Linear and nonlinear terrain deformation maps from a reduced set of interferometric SAR images

In this paper, an advanced technique for the generation of deformation maps using synthetic aperture radar (SAR) data is presented. The algorithm estimates the linear and nonlinear components of the displacement, the error of the digital elevation model (DEM) used to cancel the topographic terms, and the atmospheric artifacts from a reduced set of low spatial resolution interferograms. The pixel candidates are selected from those presenting a good coherence level in the whole set of interferograms and the resulting nonuniform mesh tessellated with the Delauney triangulation to establish connections among them. The linear component of movement and DEM error are estimated adjusting a linear model to the data only on the connections. Later on, this information, once unwrapped to retrieve the absolute values, is used to calculate the nonlinear component of movement and atmospheric artifacts with alternate filtering techniques in both the temporal and spatial domains. The method presents high flexibility with respect to the required number of images and the baselines length. However, better results are obtained with large datasets of short baseline interferograms. The technique has been tested with European Remote Sensing SAR data from an area of Catalonia (Spain) and validated with on-field precise leveling measurements.

The Paleozoic magmatic history of the Maggia and Sambuco nappes, Lower Penninic, Central Lepontine Alps

Résumé : Les corps magmatiques sont des indicateurs essentiels dans toute reconstitution paléogéographique et/ou géodynamique d'un cycle orogénique, en particulier en contexte polycyclique, où la plupart des autres indices ont été oblitérés. Ils sont aisément datables et leurs caractéristiques géochimiques permettent de contraindre leur contexte tectonique de mise en place. Cette approche a été appliquée aux socles pré-mésozoïques des nappes penniques inférieures de Sambuco et de la Maggia, dans les Alpes centrales lepontines. Plusieurs événements magmatiques ont été identifiés dans le socle de Sambuco et datés par la méthode U-Pb sur zircon couplée à la technique LA-ICPMS. La suite calco-alcaline mafique rubanée de Scheggia est datée du Cambrien inférieur à 540-530 Ma ; le métagranite alumineux oeillé de Sasso Nero a un âge de 480-470 Ma, tout comme bien d'autres «older orthogneisses» des socles alpins. Il contient des zircons hérités d'âge panafricain à 630-610 Ma, indicateur d'une affiliation gondwanienne de ces terrains. Le pluton calco-alcalin du Matorello est daté à environ 300-310 Ma, et les filons lamprophyriques qu'il abrite à 300 Ma. La granodiorite de Cocco et le leucogranite de Ruscada, tous deux intrudés dans le socle de la nappe adjacente de la Maggia, ont des âges similaires à celui du Matorello. Ceci ajouté aux similitudes magmatiques observées entre Cocco et Matorello suggère une proximité paléogéographique des deux nappes au Permien-Carbonifère. Or ces dernières sont actuellement considérées appartenir à deux domaines paléogéographiques mésozoïques distincts : helvétique pour Sambuco et briançonnais pour Maggia, séparés par un bassin océanique. Si tel fut le cas, aucun mouvement décrochant ne doit avoir décalé les marges continentales de l'océan, retrouvées en parfaite coïncidence lors de sa fermeture. Le Matorello est un pluton recristallisé en faciès amphibolite et plissé par cinq phases successives de déformation non-coaxiales, qui ont conduit à son renversement complet, attesté par des indicateurs de paléogravité. Il préserve de spectaculaires phénomènes de coexistence liquide de magmas (essaims d'enclaves et Bills composites). Ce pluton était originellement tabulaire, construit par l'accumulation de multiples injections de magma en feuillets d'épaisseur métrique à décamétrique. Suivant le rythme de mise en place, les injections successives ont rapidement cristallisé avec des contours nets et bien définis (Bills composites) ou se sont mélangées avec les précédentes pour former une couche non consolidée de plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur (granodiorite principale). Les injections individuelles sont délimitées par de subtils contrastes en granulométrie, proportions modales ou ségrégation de minéraux (schlieren), ou par des phénomènes d'érosion le long des surfaces de contact. Deux couches métriques à contour sinueux consistent en une accumulation compacte d'enclaves mafiques arrondies dans une matrice granodioritique fine. Le granoclassement des enclaves, la présence de figures de charge et de phénomènes érosifs en base de couche, ainsi que des schlieren de biotite entrecroisés évoquent l'injection de coulées de magma chargé d'enclaves et de faible viscosité en régime hydrodynamique turbulent dans un encaissant granodioritique encore largement liquide. La nature hybride des roches implique une chambre magmatique sous-jacente, en cours de différenciation et périodiquement réalimentée. Les magmas sont des liquides mafiques dérivés du manteau et des liquides anatectiques d'origine crustale, comme l'indique la gamme mesurée des rapports isotopiques initiaux du Sr (0.704 à 0.709) et des valeurs epsilon Nd (-2.1 à -4.7). Ces données montrent également que la contribution crustale est dominante, en accord avec les isotopes du plomb. Les phénomènes d'hybridation ont vraisemblablement eu lieu en base de croûte et dans la chambre magmatique sous-jacente au laccolite du Matorello. Les indicateurs de paléogravité du Matorello contribuent accessoirement à la compréhension de l'architecture actuelle de la nappe de Sambuco. Des plis isoclinaux à surface axiale verticale peuvent être mis en évidence par le contact entre les faciès dioritique et granodioritique. L'antiforme dont le Matorello forme le coeur est un synclinal, ce qui le positionne dans le Flanc inverse du grand pli couché que forme la nappe de Sambuco. Par ailleurs, des blocs de gneiss retrouvés dans le wildflysch sommital de la couverture de la nappe d'Antigorio ont été affiliés dans cette étude au pluton du Matorello. Ceci implique que le front de la nappe de Sambuco chevauchait déjà la partie est du bassin d'Antigorio au moment de sa fermeture. Par conséquent, ce n'est qu'en position externe que la nappe du Lebendun chevauche directement la nappe d'Antigorio. Abstract Magmatic bodies are important markers in paleo-geographic or geodynamic reconstructions of orogenic cycles, even more so in the case of polycyclic events where many of the other markers have been overwritten or destroyed. Plutons are relatively easy to date and their geochemical properties help constrain the tectonic context in which they were emplaced. This study focuses on the pre-mesozoic basement in the Sambuco and Maggia lower Penninic nappes located in the central Lepontine domain of the Alps. A number of magmatic events have been identified in the Sambuco basement. These events were dated using LA-ICPMS U/Pb on zircon grains. The mafic calc-alkaline banded Scheggia suite is dated as lower Cambrian, 540-530 Ma. The Al-rich Sasso-Nero lenticular gneiss is 480-470 Ma old (similarly to many older orfhogneisses of the Alpine basement) and contains 630-610 Ma old pan-African inherited zircons that illustrate the Gondwanian origin of these terranes.The calc-alkaline Matorello pluton is dated as 310-300 Ma whereas the lamprophyric bodies it contains are of 300 Ma. The Cocco granodiorite and the Ruscada leucogranite both intrude the basement of the adjacent Maggia nappe and are of similar ages to the Matorello. The ages as well as the geochemical similarities between the Cocco, Rucada and Matorello plutons suggest their paleo-geographic proximity at the Permian-Carboniferous boundary. However, these nappes are currently considered as belonging to two different Mesozoic paleo-geographic domains. Indeed, the Sambuco is considered as Helvetic whereas the Maggia is said to be Briançonnais, both separated by an oceanic basin. If this is the case, then it is essential that nostrike-slip movement has misaligned both continental margins since these coincide perfectly now that the oceanic domain closed. The Matorello pluton was originally a tabular intrusion, built up by the accumulation of multiple, several meter-thick, subhorizontal sheet-like injections of magma. Depending on their emplacement rate, the successive magma injections either solidified rapidly with sharp and rather well-defined boundaries (like the composite sills) or mingled with previous injections generating a thick molten layer up to several tens to hundred meters thick, like in the main granodioritic facies. These coalesced injections are hardly distinguishable, however subtle contrasts in granulometry, mineral modal proportions or mineral sorting (cross-bedded biotite-rich schlieren), as well as erosional features and/or crystal entrapment along contact surfaces allow to distinguish between the different injections. Two exceptional meter-thick layers display sinuous boundaries with the host granodiorite and consist of a densely packed accumulation of mafic enclaves in a granodioritic matrix. Gravitational sorting of the enclaves with load cast features at the base of the layers and sinuous biotite schlieren point to injection of low viscosity turbulent composite magma flows in the still largely molten granodiorite host. The hybrid nature of these rocks implies the existence of á periodically replenished and differentiated underlying magma chamber. Magmas are mafic liquids derived from the mantle and anatectic liquids of crustal origin, as shown by the (87Sr/86Sr), and epsilon Nd values (0.704-0.709 and -2.1 to -4.7 respectively. These data show that the crustal contribution is important, as confirmed by the Pb isotopes. The hybridisation processes seem to have occurred in the lower crust in magma chambers underlying the Matorello laccolith. The paleo-gravity markers in the Matorello help understand the architecture of the Sambuco nappe. Isoclinal folds with a vertical axial plane can be seen at the contact between dioritic and granodioritic facies. The antiform structure of which the Matorello is the heart is in fact a syncline. This places it in the inverse flanc of the large recumbent fold that constitutes the Sambuco nappe. The gneiss blocs found in the summital wildflysh cover of the Antigorio nappe have been linked to the Matorello pluton. This means that the front of the Sambuco nappe already overlapped the Antigorio basin when it closed. This implies that the Lebendun nappe can only overlap the Antigorio nappe in it's external position. Résumé grand public La chaîne alpine est la conséquence de la collision tertiaire entre deux masses continentales, l'Europe au nord et la péninsule apulienne africaine au sud, originellement séparées par l'océan mésozoïque téthysien. Cette collision a fermé un espace large de plusieurs centaines de km avec pour résultat l'écaillage de la croûte terrestre en unités tectoniques de dimensions variables, qui se sont empilées, imbriquées, éventuellement replissées en nappes de géométrie complexe. Cet amoncellement de 40 km d'épaisseur a vu sa température et sa pression lithostatique internes augmenter jusqu'à des valeurs de l'ordre de 680 °C et 6000 bars, induisant une recristallisation métamorphique des roches. L'un des objectifs de la géologie alpine est de reconstituer la géographie de la région aux temps mésozoïques de l'océan téthysien, en d'autres termes, de replacer chacune des unités tectoniques identifiées au sein de l'empilement alpin dans sa position originelle. Le défi est de taille et peut être comparé à celui de la reconstitution d'un vaste puzzle, dont certaines pièces seraient endommagées au niveau de leur contour ou leurs couleurs (métamorphisme), dissimulées par d'autres (enfouissement), voire tombées de la table de jeu (subduction, échappement latéral). Plusieurs approches ont été mises en oeuvre au cours du siècle écoulé. On citera en particulier la stratigraphie, la tectonique et le paléomagnétisme. Dans ce travail, nous avons essentiellement utilisé des techniques de datation isotopique absolue des roches (U/Pb sur zircon) qui, sur la base des connaissances acquises par l'ensemble des autres disciplines géologiques, nous ont permis de mieux contraindre ta paléogéographie mésozoïque du domaine «pennique inférieur » des Alpes centrales lépontines. Et au-delà? Nous savons tous que la disposition des continents à la surface de la Terre évolue constamment. Il est donc tentant d'essayer de remonter plus loin encore dans le temps et de reconstituer la physionomie de la marge sud européenne, tout au moins certains éléments de son histoire, au cours de l'ère paléozoïque. Les traces de ces événements très anciens sont naturellement ténues et dans ce contexte, les techniques de datation mentionnées ci-dessus deviennent les outils les plus performants. Ainsi, des datations u/Pb sur zircon nous ont permis de recenser plusieurs intrusions magmatiques, attribuées à quatre événements orogéniques anté-alpins. Des âges néoprotérozoïques (630-610 millions d'années ou Ma), cambrien inférieur (540-530 Ma), ordovicien inférieur (480-470 Ma) et carbonifère supérieur-permien inférieur (310-285 Ma) ont été obtenus dans le socle de la nappe de Sambuco. Des âges similaires à 300 Ma ont été obtenus dans la nappe voisine de la Maggia, qui permettent de relier ces deux unités. Aujourd'hui côte à côte, ces deux nappes devaient également se trouver proches l'une de l'autre il y a 300 Ma, lors de l'extension post-varisque. Les structures magmatiques spectaculaires préservées dans le pluton du Matorello (300 Ma) contraignent la géométrie actuelle de la nappe de Sambuco dans laquelle l'intrusion s'est mise en place. La forme originelle du pluton, aujourd'hui retourné et replissé plusieurs fois, s'avère être tabulaire, faite d'intrusions de faible épaisseur (1-300 m) s'étalant en forme de disque (30m à 2 km de diamètre). Les injections successives de magma se sont accumulées sous un toit dioritique précoce; elles sont issues, par le refais de fractures, d'une chambre magmatique plus profonde, périodiquement réalimentée par des magmas calco-alcalins d'origine mantellique contaminés parla croûte continentale profonde (εNd = -2.1 à -4.7). Des accumulations d'enclaves magmatiques arrondies et granoclassées dans des paléo-chenaux à fond érosif témoignent de conditions de mise en place hydrodynamiques à haute énergie. Ces enclaves sont emmenées de la chambre magmatique sous-jacente à la faveur d'épisodes de fracturation hydraulique liés à l'injection de magmas matelliques chauds dans des liquides différenciés riches en eau. Cette hypothèse est étayée par l'existence de filons composites. Une paléohorizontale a pu être déduite au sein du pluton, indiquant que cette partie de la nappe de Sambuco est verticalisée et isoclinalement replissée par la déformation alpine. Finalement, des blocs érodés du socle Sambuco ont été retrouvés dans le wildflysch sommital de la couverture sédimentaire mésozoïque de la nappe d'Antigorio sous-jacente. Ceci suggère que les blocs ont été fournis parle front de la nappe de Sambuco en train de chevaucher sur la nappe d'Antigorio au moment de la fermeture du bassin sédimentaire de cette dernière.

A computationally efficient shear deformable beam element for large deformation multibody applications

In this paper, a new two-dimensional shear deformable beam element based on the absolute nodal coordinate formulation is proposed. The nonlinear elastic forces of the beam element are obtained using a continuum mechanics approach without employing a local element coordinate system. In this study, linear polynomials are used to interpolate both the transverse and longitudinal components of the displacement. This is different from other absolute nodal-coordinate-based beam elements where cubic polynomials are used in the longitudinal direction. The accompanying defects of the phenomenon known as shear locking are avoided through the adoption of selective integration within the numerical integration method. The proposed element is verified using several numerical examples, and the results are compared to analytical solutions and the results for an existing shear deformable beam element. It is shown that by using the proposed element, accurate linear and nonlinear static deformations, as well as realistic dynamic behavior, can be achieved with a smaller computational effort than by using existing shear deformable two-dimensional beam elements.

Experimental insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows

This work concerns the experimental study of rapid granular shear flows in annular Couette geometry. The flow is induced by continuous driving of the horizontal plate at the top of the granular bed in an annulus. The compressive pressure, driving torque, instantaneous bed height and rotational speed of the shearing plate are measured. Moreover, local stress fluctuations are measured in a medium made of steel spheres 2 and 3 mm in diameter. Both monodisperse packing and bidisperse packing are investigated to reveal the influence of size diversity in intermittent features of granular materials. Experiments are conducted in an annulus that can contain up to 15 kg of spherical steel balls. The shearing granular medium takes place via the rotation of the upper plate which compresses the material loaded inside the annulus. Fluctuations of compressive force are locally measured at the bottom of the annulus using a piezoelectric sensor. Rapid shear flow experiments are pursued at different compressive forces and shear rates and the sensitivity of fluctuations are then investigated by different means through monodisperse and bidisperse packings. Another important feature of rapid granular shear flows is the formation of ordered structures upon shearing. It requires a certain range for the amount of granular material (uniform size distribution) loaded in the system in order to obtain stable flows. This is studied more deeply in this thesis. The results of the current work bring some new insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows. The experimental apparatus is modified in comparison to earlier investigations. The measurements produce data for various quantities continuously sampled from the start of shearing to the end. Static failure and dynamic shearing ofa granular medium is investigated. The results of this work revealed some important features of failure dynamics and structure formation in the system. Furthermore, some computer simulations are performed in a 2D annulus to examine the nature of kinetic energy dissipation. It is found that turbulent flow models can statistically represent rapid granular flows with high accuracy. In addition to academic outcomes and scientific publications our results have a number of technological applications associated with grinding, mining and massive grain storages.

Three-dimensional hydrodynamic numerical modelling of fold nappe formation, basement-cover deformation and slab detachment with applications to the helvetic nappe system (W Switzerland)

Many three-dimensional (3-D) structures in rock, which formed during the deformation of the Earth's crust and lithosphere, are controlled by a difference in mechanical strength between rock units and are often the result of a geometrical instability. Such structures are, for example, folds, pinch-and-swell structures (due to necking) or cuspate-lobate structures (mullions). These struc-tures occur from the centimeter to the kilometer scale and the related deformation processes con-trol the formation of, for example, fold-and-thrust belts and extensional sedimentary basins or the deformation of the basement-cover interface. The 2-D deformation processes causing these structures are relatively well studied, however, several processes during large-strain 3-D defor-mation are still incompletely understood. One of these 3-D processes is the lateral propagation of these structures, such as fold and cusp propagation in a direction orthogonal to the shortening direction or neck propagation in direction orthogonal to the extension direction. Especially, we are interested in fold nappes which are recumbent folds with amplitudes usually exceeding 10 km and they have been presumably formed by ductile shearing. They often exhibit a constant sense of shearing and a non-linear increase of shear strain towards their overturned limb. The fold axes of the Morcles fold nappe in western Switzerland plunges to the ENE whereas the fold axes in the more eastern Doldenhorn nappe plunges to the WSW. These opposite plunge direc-tions characterize the Rawil depression (Wildstrubel depression). The Morcles nappe is mainly the result of layer parallel contraction and shearing. During the compression the massive lime-stones were more competent than the surrounding marls and shales, which led to the buckling characteristics of the Morcles nappe, especially in the north-dipping normal limb. The Dolden-horn nappe exhibits only a minor overturned fold limb. There are still no 3-D numerical studies which investigate the fundamental dynamics of the formation of the large-scale 3-D structure including the Morcles and Doldenhorn nappes and the related Rawil depression. We study the 3-D evolution of geometrical instabilities and fold nappe formation with numerical simulations based on the finite element method (FEM). Simulating geometrical instabilities caused by sharp variations of mechanical strength between rock units requires a numerical algorithm that can accurately resolve material interfaces for large differences in material properties (e.g. between limestone and shale) and for large deformations. Therefore, our FE algorithm combines a nu-merical contour-line technique and a deformable Lagrangian mesh with re-meshing. With this combined method it is possible to accurately follow the initial material contours with the FE mesh and to accurately resolve the geometrical instabilities. The algorithm can simulate 3-D de-formation for a visco-elastic rheology. The viscous rheology is described by a power-law flow law. The code is used to study the 3-D fold nappe formation, the lateral propagation of folding and also the lateral propagation of cusps due to initial half graben geometry. Thereby, the small initial geometrical perturbations for folding and necking are exactly followed by the FE mesh, whereas the initial large perturbation describing a half graben is defined by a contour line inter-secting the finite elements. Further, the 3-D algorithm is applied to 3-D viscous nacking during slab detachment. The results from various simulations are compared with 2-D resulats and a 1-D analytical solution. -- On retrouve beaucoup de structures en 3 dimensions (3-D) dans les roches qui ont pour origines une déformation de la lithosphère terrestre. Ces structures sont par exemple des plis, des boudins (pinch-and-swell) ou des mullions (cuspate-lobate) et sont présentés de l'échelle centimétrique à kilométrique. Mécaniquement, ces structures peuvent être expliquées par une différence de résistance entre les différentes unités de roches et sont généralement le fruit d'une instabilité géométrique. Ces différences mécaniques entre les unités contrôlent non seulement les types de structures rencontrées, mais également le type de déformation (thick skin, thin skin) et le style tectonique (bassin d'avant pays, chaîne d'avant pays). Les processus de la déformation en deux dimensions (2-D) formant ces structures sont relativement bien compris. Cependant, lorsque l'on ajoute la troisiéme dimension, plusieurs processus ne sont pas complètement compris lors de la déformation à large échelle. L'un de ces processus est la propagation latérale des structures, par exemple la propagation de plis ou de mullions dans la direction perpendiculaire à l'axe de com-pression, ou la propagation des zones d'amincissement des boudins perpendiculairement à la direction d'extension. Nous sommes particulièrement intéressés les nappes de plis qui sont des nappes de charriage en forme de plis couché d'une amplitude plurikilométrique et étant formées par cisaillement ductile. La plupart du temps, elles exposent un sens de cisaillement constant et une augmentation non linéaire de la déformation vers la base du flanc inverse. Un exemple connu de nappes de plis est le domaine Helvétique dans les Alpes de l'ouest. Une de ces nap-pes est la Nappe de Morcles dont l'axe de pli plonge E-NE tandis que de l'autre côté de la dépression du Rawil (ou dépression du Wildstrubel), la nappe du Doldenhorn (équivalent de la nappe de Morcles) possède un axe de pli plongeant O-SO. La forme particulière de ces nappes est due à l'alternance de couches calcaires mécaniquement résistantes et de couches mécanique-ment faibles constituées de schistes et de marnes. Ces différences mécaniques dans les couches permettent d'expliquer les plissements internes à la nappe, particulièrement dans le flanc inver-se de la nappe de Morcles. Il faut également noter que le développement du flanc inverse des nappes n'est pas le même des deux côtés de la dépression de Rawil. Ainsi la nappe de Morcles possède un important flanc inverse alors que la nappe du Doldenhorn en est presque dépour-vue. A l'heure actuelle, aucune étude numérique en 3-D n'a été menée afin de comprendre la dynamique fondamentale de la formation des nappes de Morcles et du Doldenhorn ainsi que la formation de la dépression de Rawil. Ce travail propose la première analyse de l'évolution 3-D des instabilités géométriques et de la formation des nappes de plis en utilisant des simulations numériques. Notre modèle est basé sur la méthode des éléments finis (FEM) qui permet de ré-soudre avec précision les interfaces entre deux matériaux ayant des propriétés mécaniques très différentes (par exemple entre les couches calcaires et les couches marneuses). De plus nous utilisons un maillage lagrangien déformable avec une fonction de re-meshing (production d'un nouveau maillage). Grâce à cette méthode combinée il nous est possible de suivre avec précisi-on les interfaces matérielles et de résoudre avec précision les instabilités géométriques lors de la déformation de matériaux visco-élastiques décrit par une rhéologie non linéaire (n>1). Nous uti-lisons cet algorithme afin de comprendre la formation des nappes de plis, la propagation latérale du plissement ainsi que la propagation latérale des structures de type mullions causé par une va-riation latérale de la géométrie (p.ex graben). De plus l'algorithme est utilisé pour comprendre la dynamique 3-D de l'amincissement visqueux et de la rupture de la plaque descendante en zone de subduction. Les résultats obtenus sont comparés à des modèles 2-D et à la solution analytique 1-D. -- Viele drei dimensionale (3-D) Strukturen, die in Gesteinen vorkommen und durch die Verfor-mung der Erdkruste und Litosphäre entstanden sind werden von den unterschiedlichen mechani-schen Eigenschaften der Gesteinseinheiten kontrolliert und sind häufig das Resulat von geome-trischen Istabilitäten. Zu diesen strukturen zählen zum Beispiel Falten, Pich-and-swell Struktu-ren oder sogenannte Cusbate-Lobate Strukturen (auch Mullions). Diese Strukturen kommen in verschiedenen Grössenordungen vor und können Masse von einigen Zentimeter bis zu einigen Kilometer aufweisen. Die mit der Entstehung dieser Strukturen verbundenen Prozesse kontrol-lieren die Entstehung von Gerbirgen und Sediment-Becken sowie die Verformung des Kontaktes zwischen Grundgebirge und Stedimenten. Die zwei dimensionalen (2-D) Verformungs-Prozesse die zu den genannten Strukturen führen sind bereits sehr gut untersucht. Einige Prozesse wäh-rend starker 3-D Verformung sind hingegen noch unvollständig verstanden. Einer dieser 3-D Prozesse ist die seitliche Fortpflanzung der beschriebenen Strukturen, so wie die seitliche Fort-pflanzung von Falten und Cusbate-Lobate Strukturen senkrecht zur Verkürzungsrichtung und die seitliche Fortpflanzung von Pinch-and-Swell Strukturen othogonal zur Streckungsrichtung. Insbesondere interessieren wir uns für Faltendecken, liegende Falten mit Amplituden von mehr als 10 km. Faltendecken entstehen vermutlich durch duktile Verscherung. Sie zeigen oft einen konstanten Scherungssinn und eine nicht-lineare zunahme der Scherverformung am überkipp-ten Schenkel. Die Faltenachsen der Morcles Decke in der Westschweiz fallen Richtung ONO während die Faltenachsen der östicher gelegenen Doldenhorn Decke gegen WSW einfallen. Diese entgegengesetzten Einfallrichtungen charakterisieren die Rawil Depression (Wildstrubel Depression). Die Morcles Decke ist überwiegend das Resultat von Verkürzung und Scherung parallel zu den Sedimentlagen. Während der Verkürzung verhielt sich der massive Kalkstein kompetenter als der Umliegende Mergel und Schiefer, was zur Verfaltetung Morcles Decke führ-te, vorallem in gegen Norden eifallenden überkippten Schenkel. Die Doldenhorn Decke weist dagegen einen viel kleineren überkippten Schenkel und eine stärkere Lokalisierung der Verfor-mung auf. Bis heute gibt es keine 3-D numerischen Studien, die die fundamentale Dynamik der Entstehung von grossen stark verformten 3-D Strukturen wie den Morcles und Doldenhorn Decken sowie der damit verbudenen Rawil Depression untersuchen. Wir betrachten die 3-D Ent-wicklung von geometrischen Instabilitäten sowie die Entstehung fon Faltendecken mit Hilfe von numerischen Simulationen basiert auf der Finite Elemente Methode (FEM). Die Simulation von geometrischen Instabilitäten, die aufgrund von Änderungen der Materialeigenschaften zwischen verschiedenen Gesteinseinheiten entstehen, erfortert einen numerischen Algorithmus, der in der Lage ist die Materialgrenzen mit starkem Kontrast der Materialeigenschaften (zum Beispiel zwi-schen Kalksteineinheiten und Mergel) für starke Verfomung genau aufzulösen. Um dem gerecht zu werden kombiniert unser FE Algorithmus eine numerische Contour-Linien-Technik und ein deformierbares Lagranges Netz mit Re-meshing. Mit dieser kombinierten Methode ist es mög-lich den anfänglichen Materialgrenzen mit dem FE Netz genau zu folgen und die geometrischen Instabilitäten genügend aufzulösen. Der Algorithmus ist in der Lage visko-elastische 3-D Ver-formung zu rechnen, wobei die viskose Rheologie mit Hilfe eines power-law Fliessgesetzes beschrieben wird. Mit dem numerischen Algorithmus untersuchen wir die Entstehung von 3-D Faltendecken, die seitliche Fortpflanzung der Faltung sowie der Cusbate-Lobate Strukturen die sich durch die Verkürzung eines mit Sediment gefüllten Halbgraben bilden. Dabei werden die anfänglichen geometrischen Instabilitäten der Faltung exakt mit dem FE Netz aufgelöst wäh-rend die Materialgranzen des Halbgrabens die Finiten Elemente durchschneidet. Desweiteren wird der 3-D Algorithmus auf die Einschnürung während der 3-D viskosen Plattenablösung und Subduktion angewandt. Die 3-D Resultate werden mit 2-D Ergebnissen und einer 1-D analyti-schen Lösung verglichen.

The Sottunga-Jurmo shear zone : structure and deformation history of a crustal-scale ductile shear zone in SW Finland

The aim of this study is to gain a better understanding of the structure and the deformation history of a NW-SE trending regional, crustal-scale shear structure in the Åland archipelago, SW Finland, called the Sottunga-Jurmo shear zone (SJSZ). Approaches involving e.g. structural geology, geochronology, geochemistry and metamorphic petrology were utilised in order to reconstruct the overall deformation history of the study area. The study therefore describes several features of the shear zone including structures, kinematics and lithologies within the study area, the ages of the different deformation phases (ductile to brittle) within the shear zone, as well as some geothermobarometric results. The results indicate that the SJSZ outlines a major crustal discontinuity between the extensively migmatized rocks NE of the shear zone and the unmigmatised, amphibolite facies rocks SW of the zone. The main SJSZ shows overall dextral lateral kinematics with a SW-side up vertical component and deformation partitioning into pure shear and simple shear dominated deformation styles that was intensified toward later stages of the deformation history. The deformation partitioning resulted in complex folding and refolding against the SW margin of the SJSZ, including conical and sheath folds, and in a formation of several minor strike-slip shear zones both parallel and conjugate to the main SJSZ in order to accommodate the regional transpressive stresses. Different deformation phases within the study area were dated by SIMS (zircon U-Pb), ID-TIMS (titanite U-Pb) and 40Ar/39Ar (pseudotachylyte wholerock) methods. The first deformation phase within the ca. 1.88 Ga rocks of the study area is dated at ca. 1.85 Ga, and the shear zone was reactivated twice within the ductile regime (at ca. 1.83 Ga and 1.79 Ga), during which the strain was successively increasingly partitioned into the main SJSZ and the minor shear zones. The age determinations suggest that the orogenic processes within the study area did not occur in a temporal continuum; instead, the metamorphic zircon rims and titanites show distinct, 10-20 Ma long breaks in deformation between phases of active deformation. The results of this study further imply slow cooling of the rocks through 600-700ºC so that at 1.79 Ga, 2 the temperature was still at least 600ºC. The highest recorded metamorphic pressures are 6.4-7.1 kbar. At the late stages or soon after the last ductile phase (ca. 1.79 Ga), relatively high-T mylonites and ultramylonites were formed, witnessing extreme deformation partitioning and high strain rates. After the rocks reached lower amphibolite facies to amphibolite-greenschist facies transitional conditions (ca. 500-550ºC), they cooled rapidly, probably due to crustal uplift and exhumation. The shear zone was reactivated at least once within the semi-brittle to brittle regime between ca. 1.79 Ga and 1.58 Ga, as evidenced by cataclasites and pseudotachylytes. In summary, the results of this study suggest that the Sottunga-Jurmo shear zone (and the South Finland shear zone) defines a major crustal discontinuity, and played a central role in accommodating the regional stresses during and after the Svecofennian orogeny.

Accessory phases as a tool to investigate magmatic underplating in polymetamorphic metasediments : an example from a fossil lower crust : Ivrea Verbano zne, NW Italy

The Ivrea and the Strona-Ceneri zones, NW italy and S Switzerland, offer the possibility to study the continental crust of the Southern Alps. Because of its high metamorphic degree and the abundant Permo- Carboniferous mafic intrusions, the Ivrea Zone is classically interpreted an exposed section trough the Permian lower crust. The present work is focused here on metasedimentary slices (septa) intercalated within Permian gabbro (mafic complex). In particular I studied the evolution of accessory phases such as rutile and zircon and the chemistry of the metasediments. The septa build an irregular and discontinuous band that cut obliquely the mafic complex from its deepest part (N) to its roof (S). The chemistry of the metasediments evolves along the band and the chemical evolution can be compared with that observed in the country-rock surrounding the mafic intrusion to the NE and overprinted by a main regional metamorphic event. This suggests that the degree of chemical depletion of the septa was mainly established during the same regional metamorphic event. Moreover it suggests that incorporation of the septa within the gabbro did not modify their original stratigraphie distribution within the crust. It implies that the mafic complex has been emplaced following a dynamic substantially different from the classic model of « gabbro glacier » (Quick et al., 1992; Quick et al., 1994). It is more likely that it has been emplaced by repeated injections of sills at different depths during a protracted period of time. Zircon trace elements and U-Pb ages suggest that regional metamorphism occurred 330-320Ma, the first sills in the deepest part of the Mafic Complex are injected at ~300Ma, the mafic magmas reached higher levels in the crust at 285Ma and the magmatic activity continued locally until 275Ma. The ages of detrital cores in zircons fix the maximal sedimentation age at ~370Ma, this age corresponds therefore with the maximal age of the incorporation of the Ivrea zone within the lower crust. I propose that the Ivrea zone has been accreted to the lower crust during the Hercynian orogeny sensu lato. The analysis of detrital ages suggests that the source terrains for the Ivrea zone and those for the Strona-Ceneri zone have a completely different Palaeozoic history. The systematic analysis of rutile in partially molten metasediments of the Ivrea zone reveals the occurrence of two generations. The two generations are characterized by a different chemistry and textural distribution. A first generation is formed during pro-grade metamorphism in the restitic counterpart. The second generation is formed in the melts during cooling at the same time that part of the first generation re-equilibrate. Re-equilibration of the first generation seems to be spatially controlled by the presence of fluids. Locally the second generation forms overgrowths on the first generation. Considered the different diffusivity of U and Pb in rutile, U heterogeneities have important implication for U-Pb dating of rutile. ID-TIMS and LA-ICPMS dating coupled with a careful textural investigation (SEM) suggest that rutile grains are characterized by multiple path along which Pb diffusion can occur: volume diffusion is an important process, but intragrain and subgrain boundaries provide additional high diffusivity pathways for Pb escape and reduce drastically the effective diffusion length. -- La zone d'Ivrea et la zone de Strona-Ceneri, en Italie nord-occidentale et Suisse méridionale, offrent la possibilité d'étudier la croûte continentale des Alpes du Sud. En raison du haut degré métamorphique et l'abondance d'intrusions mafiques d'âge Permo-Carbonifère [complexe mafique), la zone d'Ivrea est interprétée classiquement comme de la croûte inférieure permienne. Ce travail ce concentre sur des bandes metasédimentaires (septa) incorporées dans les magmas mafiques lors de l'intrusion. Les septa forment une bande irrégulière qui coupe obliquement le complexe mafique du bas (N) vers le haut (S). La chimie des septa évolue du bas vers le haut et l'évolution chimique se rapproche de l'évolution observé dans la roche encaissante l'intrusion affecté par un événement métamorphique régionale. Cette relation suggère que le degré d'appauvrissement chimique des septa a été établit principalement lors de l'événement métamorphique régional. De plus l'incorporation dans les gabbros n'a pas perturbée la distribution stratigraphique originelle des septa. Ces deux observations impliquent que le métamorphisme dans la roche encaissante précède la mise en place du gabbro et que cette dernière ne se fait pas selon le modèle classique (« gabbro glacier » de Quick et al., 1992, 1994), mais se fait plutôt par injections répétées de sills a différentes profondeurs. Les âges U-Pb et les éléments traces des zircons suggèrent que le métamorphisme régionale a eu lieu 330-320Ma, alors que les premiers sills dans la partie profonde du Mafic Complex s'injectent à ~300Ma, le magmatisme mafique atteigne des niveaux supérieurs à 285Ma et continue localement jusqu'à 270Ma. Les âges des coeurs détritiques des zircons permettent de fixer l'âge maximale de sédimentation à ~370Ma ce qui correspond donc à l'âge maximale de l'incorporation de la zone d'Ivrea dans la croûte inférieur. L'analyse systématique des rutiles, nous a permit de montrer l'existence de plusieurs générations qui ont une répartition texturale et une chimie différente. Une génération se forme lors de l'événement UHT dans les restites, une autre génération se forme dans les liquides lors du refroidissement, au même temps qu'une partie de la première génération se rééquilibre au niveau du Zr. Localement la deuxième génération peut former des surcroissances autour de la première génération. Dans ces cas, des fortes différences en uranium entre les deux générations ont des importantes implications pour la datation U-Pb sur rutile. Classiquement les ratios Pb/U dans le rutile sont interprétés comme indiquant l'âges du refroidissement du minéral sous une température à la quelle la diffusion du Pb dans le minéral n'est plus détectable et la diffusion à plus hautes températures est assumée se faire par «volume diffusion» dans le grain (Mezger et al., 1989). Par des datations ID-TIMS (sur grain entier) et LA-ICPMS (in-situ) et une analyse texturale (MEB) approfondie nous montrons que cette supposition est trop simpliste et que le rutile est repartie en sous-domaines. Chacun de ces domaines a ça propre longueur ou chemin de diffusion spécifique. Nous proposons donc une nouvelle approche plus cohérente pour l'interprétation des âges U-Pb sur rutile.

From Regional Landslide Detection to Site-Specific Slope Deformation Monitoring and Modelling Based on Active Remote Sensors

Landslide processes can have direct and indirect consequences affecting human lives and activities. In order to improve landslide risk management procedures, this PhD thesis aims to investigate capabilities of active LiDAR and RaDAR sensors for landslides detection and characterization at regional scales, spatial risk assessment over large areas and slope instabilities monitoring and modelling at site-specific scales. At regional scales, we first demonstrated recent boat-based mobile LiDAR capabilities to model topography of the Normand coastal cliffs. By comparing annual acquisitions, we validated as well our approach to detect surface changes and thus map rock collapses, landslides and toe erosions affecting the shoreline at a county scale. Then, we applied a spaceborne InSAR approach to detect large slope instabilities in Argentina. Based on both phase and amplitude RaDAR signals, we extracted decisive information to detect, characterize and monitor two unknown extremely slow landslides, and to quantify water level variations of an involved close dam reservoir. Finally, advanced investigations on fragmental rockfall risk assessment were conducted along roads of the Val de Bagnes, by improving approaches of the Slope Angle Distribution and the FlowR software. Therefore, both rock-mass-failure susceptibilities and relative frequencies of block propagations were assessed and rockfall hazard and risk maps could be established at the valley scale. At slope-specific scales, in the Swiss Alps, we first integrated ground-based InSAR and terrestrial LiDAR acquisitions to map, monitor and model the Perraire rock slope deformation. By interpreting both methods individually and originally integrated as well, we therefore delimited the rockslide borders, computed volumes and highlighted non-uniform translational displacements along a wedge failure surface. Finally, we studied specific requirements and practical issues experimented on early warning systems of some of the most studied landslides worldwide. As a result, we highlighted valuable key recommendations to design new reliable systems; in addition, we also underlined conceptual issues that must be solved to improve current procedures. To sum up, the diversity of experimented situations brought an extensive experience that revealed the potential and limitations of both methods and highlighted as well the necessity of their complementary and integrated uses.