From experimental platforms to planetary processes: observing materials in four dimensions
Understanding how materials evolve under changing pressure, temperature, stress and fluid conditions is central to addressing problems across the geosciences, engineering and planetary sciences. Recent advances in X-ray sciences now enable the direct observation of dynamic processes in four dimensions, combining three-dimensional characterisation with time-resolved measurements.
In this seminar, I will present the development of a new generation of experimental platforms designed for in situ and operando investigations at synchrotron and laboratory X-ray facilities. These open and portable systems enable the controlled application of mechanical, thermal and hydraulic conditions while enabling to perform time-resolved tomographic imaging and X-ray diffraction. The resulting experiments provide direct access to the evolution of microstructures, deformation, fluid flow, phase transformations and fluid-rock interactions as they occur.
I will illustrate these capabilities through several recent studies, including metamorphic dehydration and rehydration reactions, deformation and failure of geomaterials, and transport processes relevant to subsurface energy and environmental applications. These examples highlight how advanced experimental methods can reveal the mechanisms linking microscale processes to macroscopic behaviour.
Finally, I will discuss future developments aimed at extending these approaches to planetary materials and engineering systems under extreme conditions. The seminar will conclude with a discussion of emerging scientific opportunities and the role of open, collaborative experimental infrastructures in building scientific communities around large-scale facilities and next-generation experimental methods.
De l'innovation instrumentale aux processus planétaires : observer les matériaux en quatre dimensions
La compréhension de l'évolution des matériaux soumis à des variations de pression, de température, de contrainte et de circulation de fluides constitue un enjeu majeur pour les géosciences, l'ingénierie et les sciences planétaires. Les progrès récents des sciences des rayons X permettent désormais d'observer directement ces phénomènes en quatre dimensions, en combinant l'imagerie tridimensionnelle et le suivi temporel des transformations.
Au cours de ce séminaire, je présenterai le développement d'une nouvelle génération de dispositifs expérimentaux destinés aux expériences in situ et operando sur sources synchrotron et instruments de laboratoire. Conçus selon une philosophie ouverte, modulaire et transportable, ces équipements permettent de realiser de manière contrôlée des essais mécaniques, thermiques et hydrauliques tout en réalisant simultanément des mesures d'imagerie tomographique résolue en temps et de diffraction des rayons X. Ces approches offrent un accès direct à l'évolution des microstructures, à la déformation des matériaux, aux écoulements de fluides, aux transformations minéralogiques ainsi qu'aux interactions fluide-roche au cours de leur développement.
J'illustrerai ces capacités à travers plusieurs études récentes portant notamment sur les réactions métamorphiques de déshydratation et de réhydratation, la déformation et la rupture des géomatériaux, ainsi que sur des processus de transport importants pour les geo-ressources . Ces exemples montreront comment les nouvelles approches expérimentales permettent de relier les mécanismes observés à l'échelle microscopique au comportement des matériaux à plus grande échelle.
Enfin, j'aborderai les développements en cours visant à étendre ces approches à l'étude des matériaux planétaires et des matériaux d'ingénierie dans des conditions extrêmes. Le séminaire se conclura par une discussion sur les perspectives scientifiques émergentes, les opportunités de collaboration avec l'ITES et le rôle d'infrastructures expérimentales ouvertes dans l'émergence d'une communauté d'utilisateurs et de développeurs autour des grands instruments de recherche.
