Nano@school : Action de sensibilisation/formation de lycéens Pôle CNFM de Grenoble

1. Nano@school : Action de sensibilisation/formation de lycéens Pôle CNFM de Grenoble Francine PAPILLON, MINATEC, GIANT, CEA Grenoble Ahmad BSIESY, CIME Nanotech, UJF – Grenoble I

2. Contexte ; CIME Nanotech, Pôle CNFM Grenoble • Présentation Action : pourquoi, démarche, partenaires • Action formation professeurs • Action formation Lycéens • Quelques exemples d’Ateliers • Développement • Conclusion

3. 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 )

4. Moyens du CIME Nanotech : 8 plateformes spécialisées

5. CIME Nanotech Key data 8 technologyplatformsdedicated to education and research 1500 studentshostedeachyear (undergraduateEngineers, PhD and post-doc) 140 000 hours/year in Education and Research 12 universities(nationwide) using the CIME Nanotechfacilitieseachyear (Lyon, Marseille, Strasbourg, Montpellier, Nices,….). 140 instructors(professors) supervising the education programs 15 personsin the technical staff Annual budget : ~ 3M€

6. Les Nanotechnologies à l’école, pourquoi ? Constat « global » : • Moins d’attraits pour la science dans les pays développés mais les jeunes sont férus de technologies

7. 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 Education ERT event, Brussels Oct 2. 2008

8. 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 Les Nanotechnologies et Pôle CNFM Grenoble

9. Action Nano@School : Montée en puissance progressive 2008-10 « expérimentations » 2 classes création et concepts 2011 « validation » 12 classes contenus pédagogiques, partenariat EN, aménagements au CIME 2012 « consolidation » 12 classes supports, fiches techniques et pédagogiques, nouveaux ateliers, coordinations, logistique

10. Action globale • Formation professeurs de lycées (PAF) • Formation de Lycéens • Accompagner les actions dans les lycées • (Dissémination d’objets pédagogiques, kit nano,…) …. 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 CNFM • Construire un parcours pédagogique cohérent • (préparation au lycée, Expérimentation au CIME, restitution au lycée)

11. Formation Continue (PAF) «Physique et chimie des objets quotidiens » Formation de professeurs Encadrée par 28 enseignants ou chercheurs EN + CIME + UJF + GreINP + MINATEC + INRIA ~100 profs • Deux sessions en 2012 : 55 stagiaires - 150 candidats ! • Investigation pour l’utilisation d’expériences nouvelles en classe de physique - chimie - svt • 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

12. 2 Stages profs lycée-collège (PAF ) « Physique et chimie modernes » Ateliers CIME • Ondes et télécom (F.Podevin & A.Morales - CIME) • Technologie microélectronique (M.Bonvalot - CIME) • Interfaces (M.Weidenhaupt - GreINP) • Solaire PV (A.Kaminski - CIME) • Effets de surface et agitation moléculaire (F.Marchi - UJF) • Stockage optique (F.Marchi - UJF) • Carbone et nanos (J.Chevrier – UJF & S.Redon - INRIA) 55 profs

13. Ateliers lycéens

14. Objectifs • Un projet de classe ambitieux pour les élèves • Une ouverture sur le monde de la recherche et les métiers scientifiques • aborder des problématiques liées au nanomonde • démarche d’investigation au lycée & dans un laboratoire de recherche • Démarche pédagogique • Une séquence élaborée par chaque lycéen/groupe • Un questionnement dans la durée (7 semaines) • Fil rouge • Travail de groupe en amont dans la classe & construction de problématiques • Expérimentation sur le site du CIME-Nanotech en lien avec ces problématiques • Exploitation et valorisation au sein de l’établissement Classes Nano@SchoolObjectifs et Modalités pédagogiques (Rectorat)

15. Journée au Salle Blanche Biotech Nanomonde

16. 12 classes : 330 lycéens et 35 accompagnateurs 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)

17. 45 4 départements12 lycées100 profs 330 lycéens 17 220 45

18. Encadrement 42 intervenants400 heures

19. Journée lycée au Encadrants ( EC&C) : 25 h x 100€ = 2500 € Location des salles : 192 h x 7 € = 1344 € Repas : 40 personnes x 5€ = 200 € 4000 €

20. Quelques Exemples d’Ateliers

21. ATELIER TELECOMMUNICATIONSHYPERFREQUENCES OPTIQUE GUIDEES

22. Terminale S : • Chaine de transmission d’information • Procédés physiques de transmission • Propagation libre et guidée : (câble et par fibre optique ; notion de mode. • Transmission hertzienne. • Débit binaire. Atténuation Les télécommunications : une place dans l’enseignement secondaire

23. 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 hyperfréquences • Diagrammes de rayonnement et diffraction • Parcours recherche et innovation (avec IMEP-LAHC) • expérimenter (chambre anéchoïde), simuler (ADS), • innover (métapapiers), science & société, santé … Construction d’un parcours HOG

24. ATELIER CARACTERISATIONsolaire photovoltaïque

25. Plateforme caractérisation • Ouverture sur la recherche pluridisciplinaire • matériaux & énergie LMGP • Nouveau simulateur solaire au CIME Plateforme caractérisation : semiconducteurs, lumière & énergie solaire

26. 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 STI2D • BAC : mission la tente de demain • Toile solaire, Localisation, Stockage de l’énergie Energie solaire et cellules PV, semiconducteurs : place dans l’enseignement secondaire

27. Construction d’un parcours professeursCellules solaires : approche silicium ou colorant ? • Semiconducteurs, Si-PV • Silicium ou autres semiconducteurs ? • Absorption ou émission de photons • Diodes, Applications • La physique des cellules SiPV • A. Kaminski, CIME-Carac. • Cellules Si-PV, Simulateur solaire • Carac. 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)

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

29. Atelier CAO Laurent Fesquet, Katell Morin-Allory, Robin Rolland-Girod, Eric Martinet

30. 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)

31. Niveau 3 • Portes logiques • Niveau 4 • Transistors • Niveau 5 • Masques Logiciel Dsch : éditeur de schemas Appréhender le flot de conception Spécifications & contraintes Niveaux abstraction Algorithmes Niveau 1 for i= 0 to 10 do case input of1 : b = 5; 2 : b = 10;end; Schémas Niveau 2 Begin@ posedge (clock) -> trig;if (trig = 1) a = b&c;end; Masques Plan de fabrication Logiciel Microwind : éditeur de Layout

32. Visualiser les étapes de conception Simuler le circuit Dessiner le plan (masques) Visualiser le circuit en 3D

33. 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 Mire RVB Caméra CCD Carte FPGA

34. Un nouvel atelier pour 2013: Nano safety : mesures et prévention des nanos Mettre 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).

35. 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 Organigramme programme initié par MINATEC et CIME Nanotech depuis 2008

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