TCS Laboratoires Multi-échelles

Enjeux scientifiques

Le TCS-MSL (Thematic Core Service Multi-Scale Laboratories) comprend une vaste gamme d’infrastructures de laboratoires expérimentaux de classe internationale dédiés à l’étude de la physique des roches à haute pression et température, à la modélisation analogique des processus géologiques, à l’étude du paléomagnétisme des roches et aux mesures analytiques en microscopie électronique.

Ces quatre sub-domaines du TCS-MSL utilisent une grande variété de méthodes, d’instruments et de types de données s’intéressant à des échelles spatiales et temporelles très larges, allant des niveaux nanométriques et micrométriques (microscopie électronique et analyse par micro-faisceaux) à l’échelle de l’expérimentation sur des échantillons de taille centimétrique (Physique des roches, Paléomagnétisme), aux expériences de modélisation analogique simulant les processus géologiques se produisant de l’échelle régionale à l’échelle des plaques tectoniques, de la seconde à la centaine de millions d’années.

Objectifs

Les objectifs scientifiques du TCS sont de :

• collecter les données expérimentales et analytiques concernant les propriétés des roches et la dynamique des processus contrôlant le comportement multi-échelle des systèmes géologiques ;
• intégrer, harmoniser et rendre accessible ces données au travers de services servant de support aux activités de recherche destinées à répondre aux besoins de la société en terme d’exploration des géo-ressources, de protection contre les risques naturels et d’évolution de l’environnement.

Sous-domaines

Modélisation Analogique

Représentant pour la France : S. Dominguez (Géosciences Montpellier), membre du TCS-MSL Consortium Board (proxy R. Pik)

La modélisation analogique en sciences de la Terre cherche à étudier en laboratoire, la mécanique et la dynamique des processus géologiques opérant aux courtes et aux longues échelles spatiales et temporelles. Les thématiques scientifiques abordés comprennent aussi bien l’étude des processus géodynamiques profonds (convection, subduction) que superficiels (interactions Tectonique/Processus de surface/Climat) en passant par l’échelle spatiale crustale (orogenèse, volcanisme). Ils comprennent aussi l’étude des risques naturels et des évènements extrêmes (séismes, glissements gravitaires, aléas climatiques) et des géo-ressources/géo-réservoirs.

La modélisation analogique fait partie du TCS-MSL depuis le début de la phase préparatoire d’EPOS en 2010. Le réseau initial des laboratoires de modélisation analogique présents aux Pays-Bas, en Allemagne, en Italie et en France (TecMod-France) s’est rapidement élargi et renforcé. Il comprend aujourd’hui près de 25 laboratoires de six pays et continue de s’étendre, comptant plusieurs déclarations d’intérêt par an pour rejoindre le réseau. Le sous-domaine Modélisation Analogique du TCS-MSL organise une session récurrente dédiée à l’EGU, des cycles de séminaires virtuels (webinaires) et des enquêtes sur les équipements expérimentaux disponibles au niveau européen, permettant ainsi une collaboration scientifique efficace et une interopérabilité technique.

La communauté analogique a été la première à publier ses données avec des identificateurs d’objets numériques (DOI) et a joué un rôle moteur dans l’élaboration des modèles de description des données. Le portail MSL sert de point d’entrée unique pour découvrir ces contenus en fusionnant toutes les informations sous forme de métadonnées récoltées dans les différents dépôts.

Paléomagnétisme

Représentante pour la France : F. Lagroix (IPGP, Paris)

La communauté Paléomagnétisme est impliquée dans EPOS depuis sa phase préliminaire, et constitue aujourd’hui un réseau de laboratoires basés en France, en Italie, aux Pays-Bas, en Espagne, au Royaume-Uni, en Pologne, en Belgique et en Bulgarie. Le TCS-MSL a joué un rôle central dans l’archivage des équipements instrumentaux disponibles au niveau des laboratoires, fournissant un aperçu des capacités des laboratoires paléomagnétiques au sein d’EPOS et de la communauté Paléomagnétisme internationale. La fourniture de données paléomagnétiques a commencé par des ensembles de données directionnelles, magnéto-stratigraphiques, de susceptibilité magnétique et de paléo-intensité, qui permettent notamment de comprendre l’évolution du champ géomagnétique passé, de la paléogéographie des plaques tectoniques et la formation et déformation de la lithosphère. L’étape en cours consiste à inclure des données de propriétés magnétiques d’objets géologiques, archéologiques, extra-terrestres et biologiques en suivant l’élargissement de domaines d’application du paléomagnétisme, tel que le magnétisme environnemental et des avancées instrumentales.

Dès le début, la communauté Paléomagnétisme du TCS-MSL d’EPOS a décidé de ne pas développer une nouvelle base de données pour les données européennes, mais a cherché activement à établir une collaboration internationale avec le Magnetics Information Consortium (MagIC), une base de données et services ouvert à la communauté internationale financé par la NSF depuis 2003 et opéré par le CEOAS d’Oregon State University et la SIO de l’University of California – San Diego. Depuis fin 2021, les premières données paléomagnétiques mesurées dans les laboratoires du TCS-MSL et publiées via le dépôt MagIC peuvent être découvertes et consultées via le portail EPOS.

Physique des Roches

Représentant pour la France : P. Baud (Eost Strasbourg)

La physique des roches est le sous-domaine des laboratoires qui étudient les propriétés physiques et mécaniques des magmas et des roches afin de comprendre, de modéliser et de prévoir leur évolution sur plusieurs échelles d’espace et de temps. Il s’agit de l’un des sous-domaines MSL inclus dans toutes les activités EPOS, y compris l’accès transnational, depuis sa phase préliminaire, et qui n’a cessé de croître depuis. Les initiatives de mise en réseau sont principalement proposées sous la forme d’ateliers et de conférences dédiés, soit sur une base ad hoc, soit de manière récurrente (par exemple, lors des Euroconférences sur la physique des roches et la mécanique des roches, ou avec les divisions thématiques de l’AGU et de l’EGU). Il existe également des réseaux professionnels via LinkedIn, ainsi que des réseaux dirigés par des pairs (par exemple ROCKETH, Brit Rock). Les activités du sous-domaine ont commencé par l’identification des laboratoires et du vocabulaire commun décrivant les données produites pour former le catalogue de métadonnées. Les développements du vocabulaire commun ont suscité l’intérêt du projet NSF-EarthCube StraboSpot, une initiative américaine parrainée par EarthCube qui développe des applications mobiles et de bureau pour faciliter la collecte et la conservation des données de géologie de terrain, de microstructures et de déformation expérimentale des roches. StraboSpot envisageait d’intégrer les données des laboratoires de déformation des roches dans ses services. Début 2018, StraboSpot et le sous-domaine de la physique des roches ont partagé le catalogue de vocabulaire contrôlé du TCS-MSL et ont construit ensemble un niveau d’harmonisation international pour les données FAIR de physique des roches.

Microscopie et Géochimie

Pas de représentant pour la France

La communauté de la microscopie et de la géochimie du TCS-MSL a évolué depuis la phase préparatoire d’EPOS. Elle comprend désormais 24 laboratoires de géochimie, de géochronologie, de chimie minérale et d’études des inclusions fluides, qui fournissent des données complémentaires allant de la roche entière aux inclusions micrométriques, voire nanométriques (solides, liquides et/ou gazeuses) dans les minéraux. En raison de la grande variété de ce sous-domaine, la normalisation des formats de données est complexe, non seulement au sein de la communauté du TCS-MSL, mais aussi à l’échelle mondiale. Pour unir les forces et harmoniser à l’échelle internationale, le TCS-MSL est un membre initial de l’initiative OneGeochemistry qui vise à développer des normes de données géochimiques à l’échelle mondiale. Au sein de OneGeochemistry, les laboratoires multi-échelles EPOS représentent un noyau européen qui apportera les perspectives et les meilleures pratiques des laboratoires européens au réseau mondial et pourra aider les laboratoires du TCS-MSL à mettre en œuvre les normes de données nouvellement développées. La communauté de géochimie et de microscopie du TCS-MSL a développé un vocabulaire pour la microscopie et les microstructures en collaboration avec StraboSpot, qui développe une application, StraboMicro (Newman et al., 2021), pour la gestion des images et l’archivage des données.

Structure de gouvernance et de coordination du TCS-MSL à l’échelle d’EPOS

La gouvernance et la coordination du TCS-MSL reposent sur un accord de consortium, signé (au 01/2023) par douze instituts de recherche, représentant près de 90 laboratoires, situés dans onze pays. Le conseil du consortium est l’organe de décision, composé d’un représentant par partenaire du consortium. Le comité exécutif est responsable de la gestion quotidienne des activités du TCS-MSL et assure le lien entre EPOS-ERIC et le TCS-MSL. Le comité pour le TNA (transnational access) est responsable de la gestion des appels à projets d’accès transnationaux et de l’interaction avec les laboratoires fournisseurs du TNA. Le Comité des fournisseurs de données est responsable des services de données et de la politique en matière de données du TCS-MSL et fournit des conseils d’expert sur les vocabulaires et les métadonnées propres au domaine. Le Conseil du Consortium et les différents comités de MSL ont des téléconférences régulières pour rationaliser leurs activités.

En savoir plus

• Elger K et al. The EPOS Multi-Scale Laboratories: A FAIR Framework for stimulating Open Science practice across European Earth Sciences Laboratories. Ann. Geophys. [Internet]. 2022Jul.12 [cited 2023Oct.3];65(3):DM318. Voir
• Présentation « The WP16 – Multi-Scale Laboratories: The Analog Modelling Community » – Hal-04224282 – Voir

Contact : Stéphane Dominguez, Université de Montpellier / stephane.dominguez [at] umontpellier.fr