Action de sensibilisation/formation de lycéens 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 1

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 ) Géré conjointement par Grenoble INP et par l’UJF. Mettent à disposition des moyens humains et matériels. Plateformes d’enseignement mutualisées ouvertes aux formations nationales en microélectronique ainsi qu’à l’activité de recherche. 3

Moyens du CIME Nanotech : 8 plateformes spécialisées Salles Blanches Conception Circuits Intégrés Biotechnologies Nanomonde Systèmes Embarqués Hyperfréquence & Optique Guidée Caractérisation électrique & PV Capteurs et Microsystèmes

CIME Nanotech Key data 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€

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 Offre MINATEC rapidement dépassée par le fort intérêt suscité (accès, disponibilité, support pédagogique,…)

Faire une carrière scientifique ? « Je souhaite devenir un(e) scientifique  » Peu de jeunes européens ont l’intention de devenir scientifique ! Offre MINATEC rapidement dépassée par le fort intérêt suscité (accès, disponibilité, support pédagogique,…) 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

Les Nanotechnologies et Pôle CNFM Grenoble 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 Scientifique : Sujet en pleine effervescence générateurs de Nouvelles connaissances et de ce fait il a toute sa place à l’école. Actualité : A en juger par la demande croissante d’information sur le sujet. Controversé : avec toutes les interrogations sur l’impact des nanotechnologies sur la santé et sur les libertés individuelles, ce qui a poussé les pouvoirs publics à mettre en place une commission de débat publique sur les nano Sujet éminemment interdisciplinaire qui fait sauter les cloisons entre disciplines qui existe à l’école et représente une nouvelle façon d’aborder la science.

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 9

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) 10

~100 profs Formation de professeurs Encadrée par 28 enseignants ou chercheurs EN + CIME + UJF + GreINP + MINATEC + INRIA ~100 profs 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 Formation de professeurs aux ateliers Nano@school novembre 2012 : 13 Profs sélectionnés par l’académie et MINATEC Présentation, Ateliers au CIME, fiches pédagogiques “étonnement des stagiaires d'un lien entre nanos et vie quotidienne”… ….. “impressionnés par l'accueil , l'adaptation au public et par la qualité du travail de vulgarisation : revisiter la photodiode sans rien sous le tapis et sans équations !” 13 sessions Nano@school De novembre à mai : 35 profs accompagnants PC-SVT

« Physique et chimie modernes » 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 “étonnement des stagiaires d'un lien entre nanos et vie quotidienne”… ….. “impressionnés par l'accueil , l'adaptation au public et par la qualité du travail de vulgarisation : revisiter la photodiode sans rien sous le tapis et sans équations !”

Ateliers lycéens 13

Classes Nano@School Objectifs et Modalités pédagogiques (Rectorat) 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

Journée au 9h-9h30 Introduction 9h30-12h Ateliers 12h-13h30 Déjeuner Salle Blanche Biotech Nanomonde Coeur de la proposition: accueil répété de 1 classe / 2 semaines au CIME Nanotech Mise en forme de l’offre pédagogique sur 1 jour - fiches pédagogiques pour les enseignants (préparation amont et après) Mise à disposition de moyens et ressources humaines : enseignants cycle universitaire (1EC/DOC pour 8 élèves), 2 référents lycée détachés, docs

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) Coeur de la proposition: accueil répété de 1 classe / 2 semaines au CIME Nanotech Mise en forme de l’offre pédagogique sur 1 jour - fiches pédagogiques pour les enseignants (préparation amont et après) Mise à disposition de moyens et ressources humaines : enseignants cycle universitaire (1EC/DOC pour 8 élèves), 2 référents lycée détachés, docs

4 départements 12 lycées 100 profs 330 lycéens 45 17 220 45

Encadrement 42 intervenants 400 heures

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

Quelques Exemples d’Ateliers

ATELIER TELECOMMUNICATIONS HYPERFREQUENCES OPTIQUE GUIDEES

Les télécommunications : une place dans l’enseignement secondaire 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

Construction d’un parcours HOG 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 …

ATELIER CARACTERISATION solaire photovoltaïque

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

Energie solaire et cellules PV, semiconducteurs : place dans l’enseignement secondaire 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

Construction d’un parcours professeurs Cellules 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)

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)

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

Visualiser le circuit en 3D 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 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). Coeur de la proposition: accueil répété de 1 classe / 2 semaines au CIME Nanotech Mise en forme de l’offre pédagogique sur 1 jour - fiches pédagogiques pour les enseignants (préparation amont et après) Mise à disposition de moyens et ressources humaines : enseignants cycle universitaire (1EC/DOC pour 8 élèves), 2 référents lycée détachés, docs

Organigramme programme initié par MINATEC et CIME Nanotech depuis 2008 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