Cahiers de Laboratoire Électroniques

Introduction

Qu'est-ce qu'un cahier de laboratoire électronique?

Les Cahiers de Laboratoire Électroniques (CLE) (ELN - Electronic laboratory notebook en anglais) sont des logiciels ayant pour but de remplacer les cahiers laboratoire papier, c’est-à-dire les “journaux” où les chercheurs prennent note des détailles de leurs expériences et leurs résultats pour laisser des traces concernantes leurs recherches. En gros, ce qu’avant l’on faisait en utilisant papier et crayon peut se faire dorénavant à travers des logiciels spécifiques, soit propiétaire soit open source.

Le but principal ne change pas. Il s’agit toujours de rendre une recherche accessible et réplicable dans toutes ses démarches. En revanche, ce qui a changé est le moyen de travail. L’innovation consiste à avoir créé des environnements numériques spécifiquement consacrés à stocker et archiver les données d’une étude en train d’être menée.

Jusqu’à présent, dans la plupart des cas les cahiers de laboratoire sont utilisés par les scientifiques, les ingénieurs et les techniciens afin de documenter les recherches, les expériences et les procédures effectuées dans leurs laboratoires. Mais aussi dans la R&D du secteur privé. Depuis près d’une quinzaine d’années des cas sporadiques d’utilisation des cahiers digitales dans l’enseignement supérieur ont été enregistrés.

Aujourd’hui la quantité croissante de données de recherche (research data ou data collection en anglais) a fait énormément croître le recours à ces outils dans tous les domaines de la connaissance: qui ce soit le domaine scientifiques ou celui des sciences humaines et sociales.

Le secteur juridique y fait également recours : un cahier de laboratoire est en effet souvent maintenu pour être un document légal et peut être utilisé dans un tribunal comme preuve en cas de besoin. À l'instar d’un carnet d'un inventeur, le cahier des notes digitale pourrait servir d’appui aussi pour les poursuites en matière de brevets et les litiges de propriété intellectuelle.

Les objectifs principaux

Un CLE garantit un système de gestion et de protection des données d’une recherche. Il fournit aussi une flexibilité organisationnelle permettant d’apporter des changements au fur et à mesure que la recherche se poursuit.

Il est généralement préférable de ne pas avoir des architectures trop rigides d’utilisation ou, encore pire, fixes et impossible à modifier sur la base d’exigences spécifiques. En plus, la possibilité de partager les données serait aussi appréciable dans certains projets de recherche collaboratifs nécessitant, à terme, des conditions de partage.

Mais il est vrai que ces objectifs généraux créent à la fois des simplifications des processus d’investigation et des barrières difficilement surmontables selon les domaines, voir sujets de recherche. Voilà pourquoi il y a une prolifération d’outils, soit propriétaires, soit open-source. Les premiers visent à s’adapter à des exigences particulières. Les deuxièmes ont libre accès, mais ils sont plus génériques.

En tenant compte de ce principe nous cherchons à évaluer ci-dessous les avantages et inconvénients liés à l’utilisation des cahiers de laboratoire électroniques.

Avantages

Un environnement numérique consacré à sauvegarder les données d’une recherche a l’avantage d’augmenter la traçabilité des données, de pouvoir remonter au database et encore de permettre de manipuler les métadonnées de la recherche. Il ouvre la porte à des fonctions de recherche textuelle beaucoup plus rapides et avancées. Mais surtout, il simplifie le processus d’entrée des données en variant l’éventail des supports informatifs à insérer (images, films, séquences techniques, etc).

Enfin, il augmente énormément la transparence de la recherche et le niveau de responsabilité des chercheurs qui doivent se préoccuper aussi de documenter leurs études afin de les rendre ouvertes, accessibles et reproductibles aux yeux des communautés scientifique et académique: un CLE permet par exemple de collecter les données directement depuis les équipements de laboratoire, sans sortir de l’environnement de recherche et des outils qu’y sont consacrés.

Inconvénients

La gestion d’un CLE peut créer aussi certaines difficultés au chercheur proprement engagé dans la recherche mais aussi aux personnes qui doivent avoir accès aux données. D’abord l’utilisation d’un cahier de laboratoire électronique est plus compliqué que celle d’un cahier papier car elle implique l’installation d’un logiciel plus ou moins difficile à gérer selon les cas. Cela signifie que des compétences informatiques pourraient être demandées aux chercheurs, mais il n’est pas toujours sûr qu’ils en disposent. Notons ici que ces logiciels ne s’installent pas aussi simplement que n’importe quel autre programme informatique. La plupart d’entre eux demande une installation sur un serveur externe afin de pouvoir accéder aux données sécurisées n’importe où à travers le monde. Certains CLE cependant peuvent être utilisés via un navigateur internet standard (sciNote). Mais en tout cas, l’installation de ces logiciels sont généralement plutôt exigeantes: il faut d’abord préparer l’ordinateur à accueillir ce genre de programmes.

Plus en général, la gestion électronique risque d’être trop standardisée : l'insertion des données dans des architectures rigides difficiles à adapter aux exigences spécifiques de certaines recherches peut poser problème.

Sur le plan financier par contre, dans les cas de logiciels propriétaires, l’achat peut poser des problèmes de coûts et d’investissements.

Finalement la gestion partagée d’un CLE peut créer des problèmes au niveau de définition des droits et restrictions d’accès et aussi au niveau de gestion des droits d’auteur. Un dernier inconvénient est celui du stockage à long terme des données. En effet, les recherches scientifiques de nos jours amassent une énorme quantité de données. Ce pourquoi, avant d’utiliser un CLE, il faut prendre en compte la capacité de stockages des machines et ordinateurs utilisés.

Évaluation technique des logiciels open source

Selon la classification proposée par LIMSWiki les caractéristiques modernes incluent, mais ne sont pas limitées à:

• l’importation de données déjà capturées ailleurs;
• l’enregistrement direct des données sous différentes formes comme du texte, des images et des tableaux;
• la possibilité de rechercher et réutiliser des informations documentées;
• le prêt de structure à des données et informations par l'utilisation de modèles préformatés ou personnalisables qui incluent une gamme de types de champs;
• la création de liens entre les enregistrements, y compris les gestionnaires de référence et autres cahiers;
• le stockage d'enregistrements entièrement interrogeables dans un format de base de données sécurisé, avec sauvegarde automatique;
• l’inclusion d'un système de messagerie pour une meilleure collaboration;
• l’inclusion de données de sécurité, y compris des drapeaux pour les produits chimiques dangereux;
• la protection de l'intégrité des données et des processus dans un environnement sécurisé mais flexible, tout en permettant des changements de processus;
• la génération de formulaires sécurisés acceptant l'entrée de données de laboratoire par l'intermédiaire d'un dispositif informatique et / ou d'un équipement de laboratoire;
• l’hébergement pour les communications en réseau ou sans fil;
• l’accommodement d'une option d'ordonnancement pour les procédures de routine telles que la qualification de l'équipement et les échéanciers liés à l'étude;
• la configuration des exigences de qualification.

Informations générales

Nous précisons que nous avons listé les 11 CLEs open-source selon les critères techniques expliqués dans la source LIMSWiki ici citée et mise à disposition pour savoir dans les détails en quoi ils consistent:

Lien LIMSwiki	Website	Vidéo tutoriels	licence	operating system	Hardware/software requirements
Chemotion ELN	Site Documentation	-	GNU Affero General Public License v3.0	Platform-independent	Docker and docker-compose
CyNote	Site Documentation	-	GNU General Public License	Cross-platform	Python 2.6.1 or greater
eLabFTW	Site Documentation	Seulement un tutoriel d'installation	GNU Affero General Public License v3.0	Cross-platform	Minimum hardware: 512MB RAM, 800 MHz processor, and 300 MB of disk space is the bare minimum. Required software: Docker
eln	Site	-	GNU General Public License v3.0	Cross-platform	No particular installation requirements exist for eln
Indigo ELN	Site	-	GNU General Public License v3.0	Cross-platform	Oracle database 11 R2 or higher Oracle Text (formerly ConText) Bingo RDBMS data cartridge
Jupyter Notebook	Site Documentation	Quelques vidéo explicatives sur YouTube	Revised BSD License	Cross-platform	Python 3.3 or greater
LabTrove	Site Documentation	-	BSD 3-Clause License	Cross-platform	Apache 2 Web Server on Debian MySQL Server ImageMagick, ZIP
Open enventory	Site	-	Affero GNU Public License	Cross-platform	Apache web server running PHP5 MySQL database
OpenBIS	Site Documentation	-	Apache Software License v2.0	Linux or Mac OS X	Linux or Mac OS X operating system PostgreSQL 9.1 or higher Java 1.6 or higher
OpenLabFramework	Site	-	GNU Public License v3.0	Platform-independent	Linux or Mac OS X PostgreSQL 9.1 or higher Java 1.6 or higher
sciNote	Site	Sur le site officiel	Mozilla Public License Version 2.0	Cross-platform	Docker and Ruby on Rails

Fonctionnalités de base

Lien LIMSwiki	Modular	Mobile device integration	Web-based front-end	Admin management	Search field	Instrument integration
Chemotion ELN	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No
CyNote	-	-	Yes	Yes	-	-
eLabFTW	Yes	No (only responsive web design for mobile)	Yes	Yes	Yes	Yes, through a REST API
eln	-	Yes	Yes	-	Yes	-
Indigo ELN	-	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Jupyter Notebook	No	No	Yes	Yes	Yes	No
LabTrove	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Open enventory	No	No	Yes	-	Yes	No
OpenBIS	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
OpenLabFramework	Yes	Yes (limité à une recherche rapide d’infos)	Yes	Yes	Yes	No
sciNote	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	-

Expérience, collaboration et gestion de données

Lien LIMSwiki	Document management	Inventory management	Workflow (task) management	Commenting	Data sharing	Templating	Query capability
Chemotion ELN	Yes	Yes	Yes	No	Yes	No	Yes
CyNote	Yes	Yes	-	-	-	-	-
eLabFTW	Yes	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
eln	-	-	-	-	Yes	-	-
Indigo ELN	Yes	Yes	Yes	-	Yes	-	Yes
Jupyter Notebook	Yes	No	No	No	Yes	Yes	No
LabTrove	Yes	Yes	No	Yes	Yes	Yes	No
Open enventory	Yes	Yes	No	No	No	-	Yes
OpenBIS	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
OpenLabFramework	Yes	Yes	Yes	-	No	No	No
sciNote	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes

Reporting, impression, code barres

Lien LIMSwiki	Import data	File type exportation	Barcode support	QR support	Report support	Label support	Data analysis	Quality, security, compliance
Chemotion ELN	.xsls, .sdf	.xsls, .sdf	Yes	Yes	No	No	No	-
CyNote	-	-	-	-	-	-	-	Time-Stamp Protocol (TSP); 21 CFR Part 11 compliance
eLabFTW	.pdf, .csv, zip	.pdf, .xsls, zip	No	No	No	No	No	Time-Stamp Protocol (TSP); Version control; Secured
eln	-	.pdf	-	-	-	-	-	Version control
Indigo ELN	Yes	Yes	No	Yes	Yes	No	Yes	Yes
Jupyter Notebook	No	.pdf, .html, .LaTeX, .png, .svg	No	No	No	No	Yes	Yes
LabTrove	Yes	xml, png	No	Yes	No	Yes	No	-
Open enventory	Yes	-	Yes	No	No	Yes	No	Not specified
OpenBIS	Yes	.xsls	No	No	Yes	-	-	SOP management
OpenLabFramework	No	.csv, .excel, .ods, .pdf, .rtf, .xml	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes, Spring Security Framework
sciNote	Yes	custom pdf, .xsls	Yes	No	Yes	No	No	Audit trail

Autres fonctionnalités

Lien LIMSwiki	Language	Industries served	API-enabled automated processing	RSS feed, tagging	Programming language	Customizable Database	Scheduler / Planner	Drawing tools	Big data integration
Chemotion ELN	-	Karlsruhe Institute of Technology, chemistry lab	-	-	-	-	Yes	Yes	-
CyNote	-	Biologists and Bioinformaticists labs	-	-	-	-	-	-	-
eLabFTW	Various	Worldwide universities: Cardiff, Uppsala, Washington, Indian institute of science, Kuwait, Helsinki, Hannover...etc. Any kind of lab: chemistry, biology, physics, astronomy domains	Yes	Yes	PHP, Java-script, JSON, YAML, MySQL	Yes	Yes	Yes	Yes
eln	-	-	-	-	C++	Partly	-	-	-
Indigo ELN	Not specified	Support chemistry labs	Yes	No	Java-script	No	Yes	Yes, Integration with EPAM’s chemistry drawing tool Ketcher	Yes, from Pfizer’s services, Protein Bank, URL or local file
Jupyter Notebook	Various	Support interactive data science and scientific computing across all programming languages	Yes	No	Multiple, based on JSON	Yes	No	No	Yes
LabTrove	Not specified	University of Southampton, University of Reading	Yes	Yes	Java-script	No	No	No	No
Open enventory	Not specified	MolecularScience and Chemistry laboratories	No	No	PHP/MySQl et Java-script	No	No	No	No
OpenBIS	Various	Research projects of SystemsX.ch; Research consortia funded by the European Union	Yes	No	Java-script	Not specified	Yes	No	Not specified
OpenLabFramework	Not specified	University of Southern Denmark in Odense	Yes	No	Java-script et Ajax	No	No	No	No
sciNote	Not specified	Biotechnology, clinical research, general	In progress	No	Ruby on Rails 4.2.3.	No	No	No	No

Ressources

1. Electronic Lab notebook. Wikipedia [1]
   
2. Les enjeux du cahier de laboratoire (électronique?). L'actu EPFL.[2]
   
3. Cahiers de laboratoire électroniques: un outil pour l’enseignement des sciences. Numpedago [3]
   
4. Les propositions des bonnes pratiques d'exploitation du Cahier de Laboratoire [4]
   
5. Electronic laboratory notebook classification. LIMSWiki.[5]