Nano@school : Action de sensibilisation/formation de lycéens

Pôle CNFM de Grenoble

Francine PAPILLON, MINATEC, GIANT, CEA GrenobleAhmad BSIESY, CIME Nanotech, UJF – Grenoble I

Contexte ; CIME Nanotech, Pôle CNFM Grenoble

Présentation Action : pourquoi, démarche,

partenaires

Action formation professeurs

Action formation Lycéens

Quelques exemples d’Ateliers

Développement

Conclusion

CIME Nanotech

(créé en 1981 site Viallet, puis site Minatec en 2006)

3 000 m2 de plateformes technologiques pour l’enseignement et la recherche(750 m2 de salles blanches de classe 1000 up-gradable à 10 )

Moyens du CIME Nanotech : 8 plateformes spécialisées

8 technology platforms dedicated to education and research

1500 students hosted each year (undergraduate Engineers, PhD and post-doc)

140 000 hours/year in Education and Research 12 universities (nationwide) using the CIME Nanotech facilities each year

(Lyon, Marseille, Strasbourg, Montpellier, Nices,….).

140 instructors (professors) supervising the education programs

15 persons in the technical staff

Annual budget : ~ 3M€

CIME Nanotech Key data

Constat « global » :

Moins d’attraits pour la science dans les pays développés mais les jeunes sont férus de technologies

Les Nanotechnologies à l’école, pourquoi ?

Faire une carrière scientifique ?« Je souhaite devenir un(e) scientifique  »

Peu de jeunes européens ont l’intention de devenir scientifique !

Extrait du ROSE Report (the Relevance Of Science Education). Young People, Science and Technology.

University of Oslo Centre for Science EducationERT event, Brussels Oct 2. 2008

CIME dans MINATEC : un environnement Nano unique, expertise scientifique et d’enseignement, CNFM Des objectifs convergents entre CIME, CNFM et académie:

• Diffusion de la culture scientifique, sensibilisation aux métiers scientifiques et technologiques

• Installer un enseignement de Physique et chimie moderne en prise avec l’actualité de la recherche

…. en Partenariat avec l’Education Nationale… Rectorat de l’Académie - IPR Physique-Chimie

Particularité de l’Action :Permettre à un grand nombre d’élèves d’accéder

aux moyens du CNFMConstruire un parcours pédagogique cohérent

(préparation au lycée, Expérimentation au CIME, restitution au lycée)

Formation Continue (PAF) «Physique et chimie des objets quotidiens »

Deux sessions en 2012 : 55 stagiaires - 150 candidats ! Investigation pour l’utilisation d’expériences nouvelles en classe de physique - chimie - svt

~100 profs

Formation de professeurs aux ateliers Nano@school novembre 2012 : 13 Profs sélectionnés par l’académie et MINATEC Présentation, Ateliers au CIME, fiches pédagogiques 13 sessions Nano@school

De novembre à mai : 35 profs accompagnants PC-SVT

Encadrée par 28 enseignants ou chercheurs EN + CIME + UJF + GreINP + MINATEC + INRIA

2 Stages profs lycée-collège (PAF )« Physique et chimie modernes »

Ateliers CIME o Ondes et télécom (F.Podevin & A.Morales - CIME)o Technologie microélectronique (M.Bonvalot - CIME)o Interfaces (M.Weidenhaupt - GreINP)o Solaire PV (A.Kaminski - CIME)o Effets de surface et agitation moléculaire (F.Marchi - UJF)o Stockage optique (F.Marchi - UJF)o Carbone et nanos (J.Chevrier – UJF & S.Redon - INRIA)

55 profs

Ateliers lycéens

Objectifs o Un projet de classe ambitieux pour les élèveso Une ouverture sur le monde de la recherche et les métiers

scientifiqueso aborder des problématiques liées au nanomondeo démarche d’investigation au lycée & dans un laboratoire de recherche

Démarche pédagogiqueo Une séquence élaborée par chaque lycéen/groupeo Un questionnement dans la durée (7 semaines)

Fil rougeo Travail de groupe en amont dans la classe & construction de

problématiqueso Expérimentation sur le site du CIME-Nanotech en lien avec ces

problématiqueso Exploitation et valorisation au sein de l’établissement

Journée au 9h-9h30 Introduction

9h30-12h Ateliers

12h-13h30 Déjeuner

13h30-16h Ateliers

Salle Blanche

Biotech Nanomonde

Une classe de 1ère S toutes les 2 semaines au CIME Nanotech Offre pédagogique sur 1 jour : 2 ateliers (2x 2h30) Fiches pédagogiques enseignants (amont) Fiches techniques Ateliers chercheur (amont) Interventions en lycée, conférences (aval) Mises à disposition : professeur d’université, prof lycée Appel à candidatures via lettre du Recteur (septembre)

12 classes : 330 lycéens et 35 accompagnateurs

220

17

45

45

42 intervenants400 heures63h

58h

107h

78h63h

4h

MINATEC-LETI

MINATECINAC

UJF G INP EducationNationale

INRIA

Encadrement

Encadrants ( EC&C) : 25 h x 100€ = 2500 € Location des salles : 192 h x 7 € = 1344 € Repas : 40 personnes x 5€ =

200 €

4000 €

Terminale S : Chaine de transmission d’informationProcédés physiques de transmission

Propagation libre et guidée : (câble et par fibre optique ; notion de mode.

Transmission hertzienne. Débit binaire. Atténuation

Transmettre l’information : câble ou fibre optique ?

Parcours expérimental Spectre électromagnétique & télécom

Propagation par câble ; aspects temporels

Télécommunications par fibres optiques :Atténuation, modes; débit binaire

Emetteurs & récepteurs hyperfréquencesDiagrammes de rayonnement et diffraction

Parcours recherche et innovation (avec IMEP-LAHC)expérimenter (chambre anéchoïde), simuler (ADS),innover (métapapiers), science & société, santé …

Plateforme caractérisation

Ouverture sur la recherche pluridisciplinaire matériaux & énergie LMGP

Nouveau simulateur solaire au CIME

Première S Interaction lumière-matière, spectre solaire Sources d’énergie renouvelables, Conversion d’énergie dans un générateur, stockage

Terminale S – spécialité Matériaux : semiconducteurs ; propriétés électriques Epreuve expérimentale BAC

Terminale STI2DBAC : mission la tente de demainToile solaire, Localisation, Stockage de l’énergie

Semiconducteurs, Si-PV Silicium ou autres semiconducteurs ?Absorption ou émission de photonsDiodes, ApplicationsLa physique des cellules SiPVA. Kaminski, CIME-Carac.Cellules Si-PV, Simulateur solaireCarac. électriques, rendement,Technologies

Cellules solaires à colorant, problématiques pluridisciplinaires Extraction et spectres de colorants, photosynthèse, électrolytes

E. Puyoo, LMGP- GreINP Cellule solaire à colorants : une photopile Réalisation é& caractérisation Matériaux nanostructuré (TiO2)

Construction d’un parcours professeursCellules solaires : approche silicium ou colorant ?

Scénario & modalités de l’atelier (A. Kaminski, G. Baudrant, E. Martinet)

Présentation de la problématique : l’énergie solaire, processus quantiques s, diodes, …

Problème 1 : Comment faire fonctionner un ventilateur solaire ?Essais-erreurs, association générateur/récepteur, point de fonctionnement, chaine énergétique, mesures électriques, bilan de puissance … Autre scénario : implantation de modules …

Problème 2 : Comment un scientifique évalue-t-il et optimise-t-il les caractéristiques d’une cellule solaire photovoltaïque au silicium Mise en œuvre du simulateur solaire, caractéristiques, rendement, ombrage, optimisation

5 sessions de cet atelier ; des élèves qui s’engagent et communiquent Fiche Atelier, Support pédagogiques (présentation ppt, feuille de TP, notice, situation problème)

Mise en place de l’Atelier solaire-photovoltaïque avec les classes Nano@School

Atelier CAOLaurent Fesquet, Katell Morin-Allory,

Robin Rolland-Girod, Eric Martinet

Concevoir des systèmes complexes ?

Comprendre les stratégies de conception des systèmes :•comportant plusieurs centaines de millions de transistors•Intégrant de nombreuses contraintes techniques (consommation, vitesse, surface, compatibilité EM, …)•Exploitant des technologies avancées et ultimes (65 nm, 40 nm, 28 nm et bientôt 14 nm)

Appréhender le flot de conception

Niveau 1for i= 0 to 10docase input of1 : b = 5; 2 : b = 10;end;

Niveau 2Begin@ posedge (clock) -> trig;if (trig = 1) a = b&c;end;

Niveaux abstraction

Plan de fabrication

Algorithmes

Schémas

Niveau 5Masques

Logiciel Microwind :éditeur de Layout

Masques

Niveau 3Portes logiques

Niveau 4Transistors

Logiciel Dsch :éditeur de schemas

Spécifications&

contraintes

Visualiser les étapes de conception

Simuler le circuit

Dessiner le plan(masques)

Visualiser le circuit en 3D

Mettre en oeuvre

• Réaliser un système automatique d’adaptation aux conditions lumineuses d’une caméra

• Ecriture d’un code simple en VHDL pour réaliser la fonction

• Prototypage sur une carte FPGA équipée d’une caméra Caméra

CCD

Carte FPGA

Mire RVB

Un nouvel atelier pour 2013: Nano safety : mesures et prévention des nanosMettre en œuvre des techniques de détections de particules aérosols dans le cadre d’une démarche d’évaluation des risques.Mettre en évidence la spécificité des nano-particules : comportement dans l’air et lois d’échelle (frottements vs gravité), réactivité, exposition par les voies aériennes (inhalation).

Direction : CIME Nanotech, MINATEC, Rectorat

Pilotage : F.Papillon, A.Bsiesy, E.Excoffon

Coordination : T. David, E. Martinet (prof du secondaire)

Comité exécutif : T. David, E. Martinet, L. Chagoya-Garzon

Les élèves vous disent MERCI à tous pour votre contribution au programme Nano@school