Melting and freezing of spherical bismuth nanoparticles confined in a homogeneous sodium borate glass

The melting temperature and the crystallization temperature of Bi nanoclusters confined in a sodium borate glass were experimentally determined as functions of the cluster radius. The results indicate that, on cooling, liquid Bi nanodroplets exhibit a strong undercooling effect for a wide range of radii. The difference between the melting temperature and the freezing temperature decreases for decreasing radius and vanishes for Bi nanoparticles with a critical radius R = 1.9 nm. The magnitude of the variation in density across the melting and freezing transitions for Bi nanoparticles with R = 2 nm is 40% smaller than for bulk Bi. These experimental results support a basic core-shell model for the structure of Bi nanocrystals consisting of a central crystalline volume surrounded by a structurally disordered shell. The volume fraction of the crystalline core decreases for decreasing nanoparticle radius and vanishes for R = 1.9 nm. Thus, on cooling, the liquid nanodroplets with R < 1.9 nm preserve, across the liquid-to-solid transformation, their homogeneous and disordered structure without crystalline core.

Thermal characterization of copolymers obtained by radiation grafting of styrene onto poly(tetrafluoroethyleneperfluoropropylvinylether) substrates: thermal decomposition, melting behavior and low-temperature transitions

Differential scanning calorimetric (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) have been used to study the thermal decomposition, the melting behavior and low-temperature transitions of copolymers obtained by radiation-induced grafting of styrene onto poly (tetrafluoroethylene- perfluoropropylvinylether) (PFA) substrates. PFA with different contents of perfluoropropylvinylether (PPVE) as a comonomer have been investigated. A two step degradation pattern was observed from TGA thermograms of all the grafted copolymers, which was attributed to degradation of PSTY followed by the degradation of the PFA backbone at higher temperature. One broad melting peak can be identified for all copolymers, which has two components in the samples with higher PPVE content. The melting peak, crystal-crystal transition and the degree of crystallinity of the grafted copolymers increases with radiation grafting up to 50 kGy, followed by a decrease at higher doses. No such decrease was observed in the ungrafted PFA samples after irradiation. This indicated that the changes in the heats of transitions and crystallinity at low doses are due to the radiation effects on the microstructure of PFA (chain scission), whereas at higher doses the grafted PSTY is the driving force behind these changes. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Fluid-mobile trace element constraints on the role of slab melting and implications for Archaean crustal growth models

We use published and new trace element data to identify element ratios which discriminate between arc magmas from the supra-subduction zone mantle wedge and those formed by direct melting of subducted crust (i.e. adakites). The clearest distinction is obtained with those element ratios which are strongly fractionated during refertilisation of the depleted mantle wedge, ultimately reflecting slab dehydration. Hence, adakites have significantly lower Pb/Nd and B/Be but higher Nb/Ta than typical arc magmas and continental crust as a whole. Although Li and Be are also overenriched in continental crust, behaviour of Li/Yb and Be/Nd is more complex and these ratios do not provide unique signatures of slab melting. Archaean tonalite-trondhjemite-granodiorites (TTGs) strongly resemble ordinary mantle wedge-derived arc magmas in terms of fluid-mobile trace element content, implying that they-did not form by slab melting but that they originated from mantle which was hydrated and enriched in elements lost from slabs during prograde dehydration. We suggest that Archaean TTGs formed by extensive fractional crystallisation from a mafic precursor. It is widely claimed that the time between the creation and subduction of oceanic lithosphere was significantly shorter in the Archaean (i.e. 20 Ma) than it is today. This difference was seen as an attractive explanation for the presumed preponderance of adakitic magmas during the first half of Earth's history. However, when we consider the effects of a higher potential mantle temperature on the thickness of oceanic crust, it follows that the mean age of oceanic lithosphere has remained virtually constant. Formation of adakites has therefore always depended on local plate geometry and not on potential mantle temperature.

Insights into collisional magmatism from isotopic fingerprints of melting reactions

Piston-cylinder experiments in the granite system demonstrate that a variety of isotopically distinct melts can arise from progressive melting of a single source. The relation between the isotopic composition of Sr and the stoichiometry of the observed melting reactions suggests that isotopic signatures of anatectic magmas can be used to infer melting reactions in natural systems. Our results also indicate that distinct episodes of dehydration and fluid-fluxed melting of a single, metapelitic source region may have contributed to the bimodal geochemistry of crustally derived leucogranites of the Himalayan orogen.

Otimização dos parâmetros de processamento em Laser Melting

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Contact melting of a three-dimensional phase change material on a flat substrate

In this paper a model is developed to describe the three dimensional contact melting process of a cuboid on a heated surface. The mathematical description involves two heat equations (one in the solid and one in the melt), the Navier-Stokes equations for the flow in the melt, a Stefan condition at the phase change interface and a force balance between the weight of the solid and the countering pressure in the melt. In the solid an optimised heat balance integral method is used to approximate the temperature. In the liquid the small aspect ratio allows the Navier-Stokes and heat equations to be simplified considerably so that the liquid pressure may be determined using an igenfunction expansion and finally the problem is reduced to solving three first order ordinary differential equations. Results are presented showing the evolution of the melting process. Further reductions to the system are made to provide simple guidelines concerning the process. Comparison of the solutions with experimental data on the melting of n-octadecane shows excellent agreement.

Clinical pharmacogenomic testing of KRAS, BRAF and EGFR mutations by high resolution melting analysis and ultra-deep pyrosequencing

BACKGROUND: Epidermal growth factor receptor (EGFR) and its downstream factors KRAS and BRAF are mutated in several types of cancer, affecting the clinical response to EGFR inhibitors. Mutations in the EGFR kinase domain predict sensitivity to the tyrosine kinase inhibitors gefitinib and erlotinib in lung adenocarcinoma, while activating point mutations in KRAS and BRAF confer resistance to the anti-EGFR monoclonal antibody cetuximab in colorectal cancer. The development of new generation methods for systematic mutation screening of these genes will allow more appropriate therapeutic choices. METHODS: We describe a high resolution melting (HRM) assay for mutation detection in EGFR exons 19-21, KRAS codon 12/13 and BRAF V600 using formalin-fixed paraffin-embedded samples. Somatic variation of KRAS exon 2 was also analysed by massively parallel pyrosequencing of amplicons with the GS Junior 454 platform. RESULTS: We tested 120 routine diagnostic specimens from patients with colorectal or lung cancer. Mutations in KRAS, BRAF and EGFR were observed in 41.9%, 13.0% and 11.1% of the overall samples, respectively, being mutually exclusive. For KRAS, six types of substitutions were detected (17 G12D, 9 G13D, 7 G12C, 2 G12A, 2 G12V, 2 G12S), while V600E accounted for all the BRAF activating mutations. Regarding EGFR, two cases showed exon 19 deletions (delE746-A750 and delE746-T751insA) and another two substitutions in exon 21 (one showed L858R with the resistance mutation T590M in exon 20, and the other had P848L mutation). Consistent with earlier reports, our results show that KRAS and BRAF mutation frequencies in colorectal cancer were 44.3% and 13.0%, respectively, while EGFR mutations were detected in 11.1% of the lung cancer specimens. Ultra-deep amplicon pyrosequencing successfully validated the HRM results and allowed detection and quantitation of KRAS somatic mutations. CONCLUSIONS: HRM is a rapid and sensitive method for moderate-throughput cost-effective screening of oncogene mutations in clinical samples. Rather than Sanger sequence validation, next-generation sequencing technology results in more accurate quantitative results in somatic variation and can be achieved at a higher throughput scale.

Melt topology and chemistry during partial melting in contact aureoles : an experimental study and field example

This study was initiated to investigate partial melting within the high-grade metamorphic rocks beneath the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA), in order to understand the melt generation, melt migration, and geometry of initial melt distribution on grain scale during crustal anatexis. The emplacement of the Little Cottonwood stock produced a contact aureole in the pelitic host rocks of the Big Cottonwood formation (BC). Metamorphic isogrades in pelitic rocks range form biotite to 2nd sillimanite grade as a function of distance from the contact. Migmatites are restricted to the highest grade and resulted form partial melting of the BC formation rocks. First melt was produced by a combined muscovite/biotite dehydration reaction in the sillimanite + k-feldspar stability field. Melt extraction from the pelites resulted in restites (magnetite + cordierite + alumosilicate ± biotite) surrounded by feldspar enriched quartzite zones. This texture is the result of gradual infiltration of partial melts into the quartzite. Larger, discrete melt accumulation occurred in extensional or transpressional domains such as boudin necks, veins, and ductile shear zones. Melt composition are Si02- rich, crystallized as pegmatites, and apparently were very mobile. They were able to infiltrate the quartzite pervaisivly. These melts are similar in composition to first melts produced in the hydrothermal partial melt experiments at 2kbar between 700 - 800°C on fine grained high metamorphic rocks (andalusite-cordierited-biotite-zone) of the BC formation. The experimental melts are water rich and in disequilibrium with the melting rock. Initial melt composition is heterogeneous for short run duration, reflective a lack of chemical equilibrium between individual melt pools. Rock core scale heterogeneity decreased with time indicating partial homogenization of melt compositions. A simultaneous shift of melt composition to higher silica content with time was observed. The silica content of the melt increased due to local melt/mineral reactions. Melt textures indicate that reactive melt transport is most efficient along grain boundaries rimmed by dissimilar grains. Melt heterogeneity resulted in chemical potential gradients which are major driving forces for initial melt migration and govern melt distribution during initial melting. An additional subject of the thesis is the crystal size distributions of opaque minerals in a fine-grained, high-grade meta-pelite of the Big Cottonwood which were obtained from 3D X-ray tomography (uCT) and 2D thin section analysis. µCT delivers accurate size distributions within a restricted range (~ a factor of 20 in size in a single 3D image), while the absolute number of crystals is difficult to obtain from these sparsely distributed, small crystals on the basis of 2D images. Crystal size distributions obtained from both methods are otherwise similar. - Ce travail de recherche a été entrepris dans le but d'étudier les processus de fusion partielle dans les roches fortement métamorphiques de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA) et ceci afin de comprendre la génération de liquide de fusion, la migration de ces liquides et la géométrie de la distribution initiale des liquides de fusion à l'échelle du grain durant l'anatexie de la croûte. L'emplacement du petit massif intrusif de Little Cottonwood a produit une auréole de contact dans les roches pélitiques encaissantes appartenant à la Foimation du Big Cottonwood (BC). Les isogrades métamorphiques dans les roches pélitiques varient de l'isograde de la biotite à la deuxième isograde de la sillimanite en fonction de la distance par rapport au massif intrusif. Les migmatites sont restreintes aux zones montrant le plus haut degré métamorphique et résultent de la fusion partielle des roches de la Formation de BC. Le premier liquide de fusion a été produit par la réaction de déshydratation combinée de la muscovite et de la biotite dans le champ de stabilité du feldspath potassique Pt de la sillimanite. L'extraction du liquide de fusion des pélites forme des restites (magnétites + cordiérite + aluminosilicate ± biotite) entourées par des zones de quartzites enrichies en feldspath. Cette texture est le résultat de l'infiltration graduelle du liquide de fusion partielle dans les quartzites. Des accumulations distinctes et plus larges de liquide de fusion ont lieu dans des domaines d'extension ou de transpression tels que les boudins, les veines, et les zones de cisaillement ductile. La composition des liquides de fusion est similaire à celle des liquides pegmatoïdes, et ces liquides sont apparemment très mobiles et capables d'infiltrer les quartzites. Ces liquides de fusion ont la même composition que les premiers liquides produits dans les expériences hydrotheunales de fusion partielle à 2kbar et entre 700-800° C sur les roches finement grenues et hautement métamorphiques (andalousite-cordiérite-biotite zone) de la Formation de BC. Les liquides de fusion obtenus expérimentalement sont riches en eau et sont en déséquilibre avec la roche en fusion. La composition initiale des liquides de fusion est hétérogène pour les expériences de courte durée et reflète l'absence d'équilibre chimique entre les différentes zones d'accumulation des liquides de fusion. L'hétérogénéité à l'échelle du noyau s'estompe avec le temps et témoigne de l'homogénéisation de la composition des liquides de fusion. Par ailleurs, on observe parallèlement un décalage de la composition des liquides vers des compositions plus riches en silice au cours du temps. Le contenu en silice des liquides de fusion évolue vers un liquide pegmatitique en raison des réactions liquides/minéraux. Les textures des liquides de fusion indiquent que le transport des liquides est plus efficace le long des bordures de grains bordés par des grains différents. Aucun changement apparent du volume total n'est visible. L'hétérogénéité des liquides s'accompagne d'un gradient de potentiel chimique qui sert de moteur principal à la migration des liquides et à la distribution des liquides durant la fusion. Un sujet complémentaire de ce travail de thèse réside dans l'étude de la distribution de la taille des cristaux opaques dans les pélites finement grenues et fortement métamorphiques de la Formation de Big Cottonwood. Les distributions de taille ont été obtenues suite à l'analyse d'images 3D acquise par tomographie ainsi que par analyse de lames minces. La microtomographie par rayon X fournit une distribution de taille précise sur une marge restreinte (- un facteur de taille 20 dans une seule image 3D), alors que le nombre absolu de cristaux est difficile à obtenir sur la base d'image 2D en raison de la petite taille et de la faible abondance de ces cristaux. Les distributions de taille obtenues par les deux méthodes sont sinon similaire. Abstact: Chemical differentiation of the primitive Earth was due to melting and separation of melts. Today, melt generation and emplacement is still the dominant process for the growth of the crust. Most granite formation is due to partial melting of the lower crust, followed by transport of magma through the crust to the shallow crust where it is emplaced. Partial melting and melt segregation are essential steps before such a granitic magma can ascent through the crust. The chemistry and physics of partial melting and segregation is complex. Hence detailed studies, in which field observations yield critical information that can be compared to experimental observations, are crucial to the understanding of these fundamental processes that lead and are leading to the chemical stratification of the Earth. The research presented in this thesis is a combined field and experimental study of partial melting of high-grade meta-pelitic rocks of the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA). Contact metamorphic rocks are ideal for textural studies of melt generation, since the relatively short times of the metamorphic event prevents much of the recrystallization which plagues textural studies of lower crustal rocks. The purpose of the study is to characterize melt generation, identify melting reactions, and to constrain melt formation, segregation and migration mechanisms. In parallel an experimental study was undertaken to investigate melt in the high grade meta pelitic rocks, to confirm melt composition, and to compare textures of the partial molten rock cores in the absence of deformation. Results show that a pegmatoidal melt is produced by partial melting of the pelitic rocks. This melt is highly mobile. It is capable of pervasive infiltration of the adjacent quartzite. Infiltration results in rounded quartz grains bordered by a thin feldspar rim. Using computed micro X-ray tomography these melt networks can be imaged. The infiltrated melt leads to rheological weakening and to a decompaction of the solid quartzite. Such decompaction can explain the recent discovery of abundant xenocrysts in many magmas, since it favors the isolation of mineral grains. Pervasive infiltration is apparently strongly influenced by melt viscosity and melt-crystal wetting behavior, both of which depend on the water content of melt and the temperature. In all experiments the first melt is produced on grain boundaries, dominantly by the local minerals. Grain scale heterogeneity of a melting rock leads thus to chemical concentration gradients in the melt, which are the driving force for initial melt migration. Pervasive melt films along grain boundaries leading to an interconnected network are immediately established. The initial chemical heterogeneities in the melt diminish with time. Résumé large public: La différenciation chimique de la Terre primitive est la conséquence de la fusion des roches et de la séparation des liquides qui en résultent. Aujourd'hui, la production de liquide magmatique est toujours le mécanisme dominant pour la croissance de la croûte terrestre. Ainsi la formation de la plupart des granites est un processus qui implique la production de magma par fusion partielle de la croûte inférieure, la migration de ces magmas à travers la croûte et finalement son emplacement dans les niveaux superficielle de la croûte terrestre. Au cours de cette évolution, les processus de fusion partielle et de ségrégation sont des étapes indispensables à l'ascension des granites à travers la croûte. Les conditions physico-chimiques nécessaires à la fusion partielle et à l'extraction de ces liquides sont complexes. C'est pourquoi des études détaillées des processus de fusion partielle sont cruciales pour la compréhension de ces mécanismes fondamentaux responsables de la stratification chimique de la Terre. Parmi ces études, les observations de terrain apportent notamment des informations déterminantes qui peuvent être comparées aux données expérimentales. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse associe études de terrain et données expérimentales sur la fusion partielle des roches pélitiques de haut degré métamorphiques provenant de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA). Les roches du métamorphisme de contact sont idéales pour l'étude de la folination de liquide de fusion. En effet, la durée relativement courte de ce type d'événement métamorphique prévient en grande partie la recristallisation qui perturbe les études de texture des roches dans la croûte inférieure. Le but de cette étude est de caractériser la génération des liquides de fusion, d'identifier les réactions responsables de la fusion de ces roches et de contraindre la formation de ces liquides et leur mécanisme de ségrégation et de migration. Parallèlement, des travaux expérimentaux ont été entrepris pour reproduire la fusion partielle de ces roches en laboratoire. Cette étude a été effectuée dans le but de confirmer la composition chimique des liquides, et de comparer les textures obtenues en l'absence de déformation. Les résultats montrent qu'un liquide de fusion pegmatoïde est produit par fusion partielle des roches pélitiques. La grande mobilité de ce liquide permet une infiltration pénétrative dans les quarzites. Ces infiltrations se manifestent par des grains de quartz arrondis entourés par une fine bordure de feldspath. L'utilisation de la tomography à rayons X a permis d'obtenir des images de ce réseau de liquide de fusion. L'infiltration de liquide de fusion entraîne un affaiblissement de la rhéologie de la roche ainsi qu'une décompaction des quartzites massifs. Une telle décompaction peut expliquer la découverte récente d'abondants xénocristaux dans beaucoup de magmas, puisque elle favorise l'isolation des minéraux. L'infiltration pénétrative est apparemment fortement influencée par la viscosité du fluide de fusion et le comportement de la tension superficielle entre les cristaux et le liquide, les deux étant dépendant du contenu en eau dans le liquide de fusion et de la température. Dans toutes les expériences, le premier liquide est produit sur les bordures de grains, principalement par les minéraux locaux. L'hétérogénéité à l'échelle des grains d'une roche en fusion conduit donc à un gradient de concentration chimique dans le liquide, qui sert de moteur à l'initiation de la migration du liquide. Des fines couches de liquide de fusion le long de bordures de grains formant un réseau enchevêtré s'établit immédiatement. Les hétérogénéités chimiques initiales dans le liquide s'estompent avec le temps.

Plasmid-based controls to detect rpoB mutations in Mycobacterium tuberculosis by quantitative polymerase chain reaction-high-resolution melting

Quantitative polymerase chain reaction-high-resolution melting (qPCR-HRM) analysis was used to screen for mutations related to drug resistance in Mycobacterium tuberculosis. We detected the C526T and C531T mutations in the rifampicin resistance-determining region (RRDR) of the rpoB gene with qPCR-HRM using plasmid-based controls. A segment of the RRDR region from M. tuberculosis H37Rv and from strains carrying C531T or C526T mutations in the rpoB were cloned into pGEM-T vector and these vectors were used as controls in the qPCR-HRM analysis of 54 M. tuberculosis strains. The results were confirmed by DNA sequencing and showed that recombinant plasmids can replace genomic DNA as controls in the qPCR-HRM assay. Plasmids can be handled outside of biosafety level 3 facilities, reducing the risk of contamination and the cost of the assay. Plasmids have a high stability, are normally maintained in Escherichia coli and can be extracted in large amounts.

Amplicon DNA melting analysis for the simultaneous detection of Brucella spp and Mycobacterium tuberculosis complex. Potential use in rapid differential diagnosis between extrapulmonary tuberculosis and focal complications of brucellosis.

Some sites of extrapulmonary tuberculosis and focal complications of brucellosis are very difficult to differentiate clinically, radiologically, and even histopathologically. Conventional microbiological methods for the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis and complicated brucellosis not only lack adequate sensitivity, they are also time consuming, which could lead to an unfavourable prognosis. The aim of this work was to develop a multiplex real-time PCR assay based on SYBR Green I to simultaneously detect Brucella spp and Mycobacterium tuberculosis complex and evaluate the efficacy of the technique with different candidate genes. The IS711, bcsp31 and omp2a genes were used for the identification of Brucella spp and the IS6110, senX3-regX3 and cfp31 genes were targeted for the detection of the M. tuberculosis complex. As a result of the different combinations of primers, nine different reactions were evaluated. A test was defined as positive only when the gene combinations were capable of co-amplifying both pathogens in a single reaction tube and showed distinguishable melting temperatures for each microorganism. According to the melting analysis, only three combinations of amplicons (senX3-regX3+bcsp31, senX3-regX3+IS711 and IS6110+IS711) were visible. Detection limits of senX3-regX3+bcsp31 and senX3-regX3+IS711 were of 2 and 3 genome equivalents for M. tuberculosis complex and Brucella while for IS6110+IS711 they were of 200 and 300 genome equivalents, respectively. The three assays correctly identified all the samples, showing negative results for the control patients. The presence of multicopy elements and GC content were the components most influencing the efficiency of the test; this should be taken into account when designing a multiplex-based SYBR Green I assay. In conclusion, multiplex real time PCR assays based on the targets senX3-regX3+bcsp31 and senX3-regX3+IS711 using SYBR Green I are highly sensitive and reproducible. This may therefore be a practical approach for the rapid differential diagnosis between extrapulmonary tuberculosis and complicated brucellosis.

Analysis of malaria associated genetic traits in Cabo Verde, a melting pot of European and sub Saharan settlers

Malaria has occurred in the Cabo Verde archipelago with epidemic characteristics since its colonization. Nowadays, it occurs in Santiago Island alone and though prophylaxis is not recommended by the World Health Organization, studies have highlight the prospect of malaria becoming a serious public health problem as a result of the presence of antimalarial drug resistance associated with mutations in the parasite populations and underscore the need for tighter surveillance. Despite the presumptive weak immune status of the population, severe symptoms of malaria are not observed and many people present a subclinical course of the disease. No data on the prevalence of sicklecell trait and red cell glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency (two classical genetic factors associated with resistance to severe malaria) were available for the Cabo Verde archipelago and, therefore, we studied the low morbidity from malaria in relation to the particular genetic characteristics of the human host population. We also included the analysis of the pyruvate kinase deficiency associated gene, reported as putatively associated with resistance to the disease. Allelic frequencies of the polymorphisms examined are closer to European than to African populations and no malaria selection signatures were found. No association was found between the analyzed human factors and infection but one result is of high interest: a linkage disequilibrium test revealed an association of distant loci in the PKLR gene and adjacent regions, only in non-infected individuals. This could mean a more conserved gene region selected in association to protection against the infection and/or the disease.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Elasticity and melting of vortex crystals in anisotropic superconductors: Beyond the continuum regime.

The elastic moduli of vortex crystals in anisotropic superconductors are frequently involved in the investigation of their phase diagram and transport properties. We provide a detailed analysis of the harmonic eigenvalues (normal modes) of the vortex lattice for general values of the magnetic field strength, going beyond the elastic continuum regime. The detailed behavior of these wave-vector-dependent eigenvalues within the Brillouin zone (BZ), is compared with several frequently used approximations that we also recalculate. Throughout the BZ, transverse modes are less costly than their longitudinal counterparts, and there is an angular dependence which becomes more marked close to the zone boundary. Based on these results, we propose an analytic correction to the nonlocal continuum formulas which fits quite well the numerical behavior of the eigenvalues in the London regime. We use this approximate expression to calculate thermal fluctuations and the full melting line (according to Lindeman's criterion) for various values of the anisotropy parameter.