Classe nano 2011-2012 (1/2)

La classe nano au lycée Emmanuel Mounier 2011-2012

• Le projet

• le calendrier 2011-2012

• Séance d'introduction

• Séance d'introduction – CR élèves

• Jeu Play Decide – CR élève

• Journée de manipulation au CIME Nanotech

• Des microscopes pour voir le nanomonde

• La biopuce

• Notre besoin de consolation

• Les risques des nanoparticules

• Nanomédecine

• Interfaces Cerveau machines (ICM)

• NanoArt

• Prix Nobel

• Cryptographie quantique

• Introduction à la physique quantique

• Préparation au débat

• Le débat

• La venue d'Albert Fert au lycée

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LE PROJET 

QUAND L'EDUCATION A LA CITOYENNETE PASSE PAR LES SCIENCES : GRENOBLE INP FAIT VIVRE UNE EXPERIENCE EDUCATIVE ORIGINALE A UNE CLASSE DE TERMINALE S.

Le projet

Un nanomètre correspond à un millionième de millimètre, soit la taille de quelques atomes ou celle d'un cheveu coupé en 100 000 dans son épaisseur. Les nanosciences concernent l'étude des phénomènes observés pour des objets « nanométriques ». Elles offrent un potentiel de développement inédit.

Cependant, les moyens mis en œuvre dans le monde entier pour en assurer le développement rapide et massif génèrent des enjeux industriels et économiques immenses. Du fait de leur convergence avec d'autres technologies – par exemple celles du vivant ou de l'information – les nanotechnologies laissent entrevoir des développements dont les finalités sont sujettes à controverse et doivent être examinées. Elles constituent ainsi une question socialement vive de notre société.

 

Notre projet s'articule autour de deux aspects indissociables en nanosciences : des concepts scientifiques nouveaux et des réflexions sociétales et éthiques. Tout au long de l’année scolaire 2010-2011, des élèves ingénieurs, des enseignants et des chercheurs vont donner à voir le nanomonde à une classe de 32 élèves de terminale S du lycée Emmanuel Mounier de Grenoble. Ce volet scientifique vise à la fois à enseigner de nouvelles notions aux lycéens mais également à leur donner les connaissances leur permettant de s’approprier ce sujet, de découvrir la démarche scientifique et de développer leur propre esprit critique. Ce travail aboutira à l'organisation d'un débat au lycée, préparé par les élèves et l'ensemble de l'équipe enseignante.

 

Le projet « Classe Nanosciences au lycée » s’inscrit dans la durée, sur toute l'année scolaire, tout comme la terminale « Nano » expérimentée avec succès au lycée Saint Sernin à Toulouse. Il s'adapte de plus au contexte scientifique grenoblois : des laboratoires et grands instruments de recherche ainsi que de grandes entreprises de microélectronique.

•  
  Ses objectifs

• permettre aux lycéens de développer leur sens critique à travers une question d'actualité qui fait débat,

• valoriser les sciences et montrer aux lycéens l'importance de la culture scientifique dans les questions de société,

• ouvrir le lycée au monde de la recherche scientifique.

  Les moyens mis en œuvre

Nous aborderons les nanosciences en choisissant un fil conducteur : voir et caractériser des nano-objets – application à la nano-électronique et aux biopuces.

 

Nous ferons intervenir des « experts » dans l'enceinte du lycée. Toutes les questions abordées s'appuieront sur des concepts inscrits au programme de la Terminale S¹.

 

L'interdisciplinarité est une des caractéristiques essentielles des recherches menées dans les nanosciences, elle est aussi un des fondements de notre projet, qui, s'il a été initié avec les enseignants de sciences, mobilise aujourd'hui l'ensemble des enseignants de la classe. Ce projet permettra ainsi de faire le lien entre des disciplines traditionnellement cloisonnées.

•  
  Trois temps forts

• 20 heures de cours au lycée Emmanuel Mounier réalisées par des experts (enseignants de Grenoble INP – Phelma et chercheurs grenoblois) et des étudiants de Grenoble INP – Phelma sur le thème des nanosciences.

• Une journée de travaux pratiques en lien avec ces cours sera effectuée au CIME – Nanotech dans le cadre du projet nano@school. Les lycéens découvriront les instruments permettant de « voir » le nanomonde. Ils réaliseront des expérimentations sur du matériel de pointe destiné habituellement à la recherche et à la formation des élèves ingénieurs de Grenoble INP – Phelma.

• Un travail de réflexion et de documentation qui conduira à un débat argumenté sur une Question Socialement Vive liée à l’utilisation des nanotechnologies dans notre société. Ce débat sera préparé par les lycéens avec l'ensemble de l'équipe pédagogique de la classe et plusieurs intervenants extérieurs (experts en sciences dures et sciences humaines).

  Les acteurs

Sont engagés dans ce projet, deux acteurs qui entretiennent depuis longtemps un partenariat fort et pérenne sous la forme d’expériences éducatives originales :

 

• le lycée Emmanuel Mounier de Grenoble,

• Grenoble INP (et plus particulièrement son école nationale supérieure de physique, électronique, matériaux : Grenoble INP – Phelma).

Cette nouvelle action constitue les prémices des actions pédagogiques qui seront mises en œuvre au Lycée Emmanuel Mounier dans le cadre du lycée scientifique envisagé par la Mairie de Grenoble

Fanny Poinsotte – fanny.poinsotte@phelma.grenoble-inp.fr

Grenoble INP – Phelma

Minatec - 3, Parvis Louis Néel - BP 257 - 38016 GRENOBLE CEDEX 1

Tél : 04 56 52 91 61

 

Emmanuel Quillasi - emmanuel.quillasi@ac-grenoble.fr

6 Avenue Marcelin Berthelot - 38100 Grenoble

Tel : 04 76 86 64 32

 

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LE CALENDRIER 

• Mardi 4 octobre 2011:  Séance d'introduction
• Mercredi 19 octobre : Jeu Play Decide
• Jeudi 12 décembre : Journée de manipulation au CIME Nanotech
• Lundi 23 Janvier : Des microscope pour voir le nanomonde
• Jeudi 26 Janvier : Biopuces
• Jeudi 2 Février : Spectacle "Notre besoin de consolation"
• Vendredi 3 Février : Applications et risques des nanotechnologies
• Vendredi 2 Mars :
  • Inauguration de l'exposition au CDI
  • Vernissage du travail sur les nanos des élèves d'arts plastiques
  • Rencontre avec des experts (nanomédecine, thérapeutique, interface homme machine)
• Vendredi 9 Mars : Les secrets de la cryptologie quantique
• Mercredi 14 Mars : Introduction à la physique quantique
• Vendredi 6 Avril : Débat

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Séance d'introduction

 

Accueil de Noël Chevallier, proviseur du Lycée, et présentation du projet par Fanny POINSOTTE (professeur de physique à Phelma, responsable du projet) en présence de l'ensemble de l'équipe pédagogique de la classe de terminale.

Fanny Poinsotte, revient sur les notions de base et sur ce que les élèves ont vu en classe de 1ére lors de la présentation du kit nano en anglais faite par les étudiants de Grenoble INP Phelma:
 
"Nano" fait référence à une échelle, une dimension : 10^-9m. C'est aussi un préfixe d'actualité. Les définitions des nanosciences et des nanotechnologies sont le point de départ de cette séance d'introduction. Les propriétés spécifiques dues à la structuration de la matière à l'échelle nanométrique sont présentes partout dans la nature (caractère auto-nettoyant de la feuille de nénuphar, adhésion des geckos, résistance des toiles d'araignée etc.). Aujourd'hui les nanotechnologies cherchent à reproduire certaines de ces propriétés (résistance accrue, hydophobie, etc.). Les questions éthiques et celles des risques potentiels sont également introduites.

A la suite de la présentation, des extraits de films portant sur des avancées technologiques pouvant poser problème (sur les ondes émises par les téléphones portables, le nucléaire, les OGM ...)

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Séance d'introduction - Compte Rendu élève 

Présentation du projet nanoscience

 

 

Prémices des nanotechnologies:

“There is plenty of Room at the bottom”
(il y a beaucoup de place en dessous. Feynman 1959)

Quelques informations:

Les nanosciences : sont l'étude des phénomènes lors de la manipulation de la matière à l'échelle nanométrique.

1nm= 10^-9 m, mais c'est aussi :     500 000 fois plus petit qu’un trait de stylo
30 000 fois plus fin qu’un cheveu

La magie de la « Nano » fait changer les lois de la physique à son échelle :

• Les forces et réactions sont amplifiées
• Les forces de gravité deviennent presque négligeables
• La température a une plus grande importance et influence beaucoup plus les réactions
• Certaines lois de la physique changent.Les propriétés optiques changent (exemple de l’or)

Les nanotechnologies : découlent des études des nanosciences, ainsi l'homme peut intervenir à cette échelle nanométrique.


Programme du projet au cours de l'année :

• Des cours seront donnés afin d'acquérir certaines connaissances sur les nanosciences et nanotechnologies.
• Des sorties sont prévues en coopération avec l'école d'ingénieur Phelma de Grenoble INP .
• Un débat sera organisé pour discuter sur un sujet des nanosciences.

Sérine et Brahim

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jeu Play Decide - Compte Rendu élève 

Le jeu Play Decide

Pour nous initier au rapport entre les nanosciences et les risques que cela implique, les intervenants ont mis en place un jeu, « playdecide » developpé par le CCSTI.

La classe a été divisée en deux groupes de 8 binômes.

Pour jouer, chaque binôme, a tiré une carte avec un personnage et sa position sur le sujet (images ci-contre).
Le binôme devait alors adopter l’opinion du personnage et la défendre. Toutes les opinions étaient représentées, du militaire qui favorise la recherche pour construire de nouvelles armes, à l’écologiste qui opposait un refus catégorique parce que les impacts des nanotechnologies sur la nature seraient trop importants.

Nous avions aussi des cartes « info » qui pouvaient nous servir d’argument pour défendre notre position. (image ci dessous).

A partir de là, un débat a été ouvert. Chacun a défendu son opinion et a essayé de la faire adopter aux autres.

Cinq positions étaient adoptables au final :
1. mettre les nanotechnologies dans tout ce qui nous entoure, sans aucune limite.
2. En limiter l’utilisation et se baser sur l’avis de chercheurs, tout en tenant au courant la population.
3. Faire un referendum pour que la population choisisse.
4. Utiliser les nanotechnologies au minimum.
5. Ne pas les développer du tout.

A la suite du débat, un vote a été organisé pour choisir une de ces cinq positions. La seconde fut adoptée.
Les deux dernières ont tout de suite été mises de côté, puis la première, et enfin un dernier vote a été fait pour décider entre les propositions deux et trois.

Cette séance nous a montré les différentes opinions de la population sur ce sujet, et les différents risques que ces nanotechnologies pourraient engendrer.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Journée de manipulation au CIME Nanotech -

Compte Rendu élève 

Découverte de technologies de pointe à Minatec : une journée bien remplie

Dans le cadre de nano@school (élaboré en partenariat par MINATEC, le CIME Nanotech, et le Rectorat de l'Académie de Grenoble), les élèves de la classe nanosciences (TS1) se sont rendus le 12 janvier 2012 au CIME Nanotech, (Centre Interuniversitaire de Microélectronique et Nanotechnologies) , pour une journée de travaux pratiques sur cinq "plateformes" regroupant des équipements utilisés pour la formation des élèves ingénieurs.

 

 

Les élèves, répartis en petits groupes, suivent chacun 2 ateliers de 3h parmi les cinq ateliers qui leur sont proposés :

1. biotechnologies : identification d’un plasmide bactérien par PCR,

2. visite de la salle blanche : équipements et fabrication d'une puce,

3. voir le nanomonde : du microscope optique au microscope à force atomique.

4. caractérisation d'une puce électronique
5. conception d'une puce électronique

Compte rendus d'élèves
Atelier conception

    Dans le cadre du projet nanosciences en collaboration avec Grenoble INP, nous avons effectué une visite d’une journée au CIME (Centre Interuniversitaire de MicroElectronique  et Nanotechnologies) durant cette journée nous nous somme divisés en plusieurs groupes. Chaque groupe était affecté à un atelier retraçant une étape de la fabrication d’une puce qui peut être intégrée dans un téléphone, ordinateur, appareil électroménager, etc.
    Mon groupe a été affecté à l’atelier conception, c’est la première étape qui consiste à imaginer sur ordinateur et dessiner les circuits électroniques.  Pour cela on a utilisé le logiciel Dsch 3.5 qui est un logiciel assez intuitif qui permet de mettre en forme le circuit à l’aide de symboles qui représente les « portes logiques ». Une porte logique est un circuit qui effectue une opération booléenne c'est-à-dire qui effectue des opérations algébriques : ET, OU, NON... Après avoir dessiné notre circuit le logiciel nous donné la possibilité de faire une simulation et ainsi voir le fonctionnement.

    Nous avons fait des circuits de plus en plus complexes avec plusieurs portes logiques et transistors (composant électronique actif fondamental en électronique utilisé principalement comme interrupteur commandé et pour l'amplification)

 
    Après avoir essayé plusieurs circuits nous avons fait la deuxième partie de la conception, c'est-à-dire convertir le schéma en ouvrant ce qu’on a enregistré avec le logiciel micowind 35. Ce logiciel permet de choisir les différents matériaux et voir comment ces derniers réagissent, puis il donne le plan pour que la machine puisse créer le circuit.







    Grace à ce logiciel nous pouvons également avoir une vu en 3D du résultat c'est-à-dire après fabrication de la machine.







   

 

 

 

 

 

 

Pour avoir une idée de la taille si l’on grandit  ce circuit à la taille d’une ville telle que Paris, sa hauteur sera d’environ 10 millimètres...
    Pour finir nous avons conçu un additionneur. Pour cela on a du traduire les données binaires en chiffres à l’aide d’une carte électronique que l’on a programmé à l’aide de l’ingénieur. Nous avons donc fait une petite approche de ce qu’est le langage binaire : c’est le langage machine composé de « 0 » et de « 1 ».
    Cette carte permet de faire plusieurs fonctions telles que, additionner ou soustraire des nombres entre eux, et donc faire plusieurs opérations rapidement.

Souleymane

 

Atelier nanomonde

Au début de la journée au CIME Nanotech, nous avons tout d'abord assisté à une présentation du complexe CIME (Centre Interuniversitaire de MicroElectronique et Nanotechnologies) par son directeur. Il nous a parlé de sa structure, du personnel ainsi que de ce qu'on y faisait à l’intérieur. Le coût des machines comme celui de la salle blanche s'exprimant en millions d'euros en a surpris plus d'un. Il nous a expliqué ensuite les étapes menant à la construction d'un circuit imprimé. La complexité des étapes, la présence de vocabulaire nouveau ne nous ont pas spécialement facilité la compréhension de ces explications. Ensuite, la classe a été divisée en six groupes de telle sorte qu'on puisse visiter le CIME dans de bonnes conditions.


Le groupe 2, dans lequel  je me trouvais, a eu le plaisir de découvrir l'atelier « Nanomonde ». 
L'animateur, nous a expliqué l'utilisation d'un microscope optique de type USB (marque « veho »). C'est un microscope classique qui se sert de la lumière blanche pour voir des objets de la taille d'un cheveu. Ce microscope a l'avantage d'être orientable dans toutes les directions. Il peut grossir de 20 à 400 fois. Son principal défaut, commun à tout microscope optique, est sa limite de résolution qui est de quelques µm.

A l'aide d'un logiciel de capture d'écran reliée à un microscope optique par l’intermédiaire d'un ordinateur, nous avons déterminé, par binôme, la taille d’objets de petite taille.

 
Expliquons le principe : L'un des élèves du binôme pointe le microscope face à un objet. L'autre fait une impression d'écran. En indiquant au logiciel le grossissement utilisé, il évalue la taille de l'objet considéré.

 Exemples :     
Dans un deuxième temps, on nous a expliqué le fonctionnement d’autres microscopes : microscope électronique dont la taille est comparable aux premiers ordinateurs fabriqués, microscope à effet tunnel (STM) et microscope à force atomique (AFM). Ce dernier permet notamment d'observer des objets de la taille d'un atome. A l'aide de cet instrument haut de gamme, nous avons observé les sillons d'un CD, puis nous avons calculé la distance séparant deux sillons, qui est de 0,5 µm.
En fin de séance, nous avons regardé  un film montrant un ressort observé par un microscope avec un grossissement allant de 1 à 1000 000. 

 
atelier « caractérisation »

 
Prenons un exemple :
Lorsqu'on fabrique un circuit dans une salle blanche, il faut ensuite le tester, c'est la caractérisation. Pour déterminer, si un circuit marche, il y a plusieurs façons de le voir. On peut lui faire subir des tests physiques, chimiques, électriques....  Les matériaux manipulés étant de petite taille et surtout fragiles, nous avons donc opté pour la caractérisation électrique.

On nous a présenté un ensemble d'instruments qui permet de mesurer l'intensité du courant électrique entre deux objets séparés d'une distance moindre. Il est comparable dans l'utilisation au  générateur  muni d'un voltmètre et d'un ampèremètre qu'on utilise au lycée mais il diffère dans la précision. Dans la pratique, nous devons placer les pointes, équivalentes aux pinces crocodiles qu'on utilise au lycée, au niveau de deux points du circuit. La tâche était délicate, mais nous avons finalement réussi à les placer.

Après avoir mesuré l'intensité du courant qui circule entre ces deux points, nous en avons déduit la nature du matériau utilisé.
En dernier lieu, nous avons visité les locaux techniques dans lesquels des machines filtrent l'air qui traverse la salle blanche, afin de le purifier.

Pour conclure, la sortie au CIME, nous a fait découvrir des nouveautés technologiques très performantes. Elle a été très bénéfique pour l'ensemble de la classe. Elle nous a permis de découvrir de nouveaux métiers, des idées nouvelles. Les explications étaient claires. Les intervenants de bonne humeur.  

Bilel  

Atelier BIOTECHNOLOGIE

Nous avons fait une Identification d'un ADN bactérien par PCR.

La Polymerase Chain Reaction (PCR) est un procédé qui permet de produire un grand nombre de fragments d'ADN comportant une séquence intéressante, à partir d’une petite quantité de départ (= on « amplifie » l’ADN). Elle se déroule en 3 étapes répétées 20 à 40 fois appelées cycles. A la fin de la réaction, on observe les séquences amplifiées après électrophorèse sur gel d'agarose (qui est un sucre).

Figure 3 Voici les élèves de l'atelier PCR.

En effet, notre TP s'est déroulé de la manière suivante :

Chaque élève a effectué sa propre expérience, nous avons utilisé des pipettes à 20 microlitres et  2 microlitres (qui sont donc très précises) et nous avons aussi veillé à la stérilité de leur embout.

Nous avons choisi un tube d'ADN source (nous avions le même par groupe de deux) et nous avons pris un Premix A et B pour effectuer l'expérience.
Le temps de la préparation de la PCR s'est déroulé sous 15 minutes et nous avons pu déduire quel ADN allait réagir en fonction de nos tubes. Il fallait ensuite mélanger et chauffer pour séparer les brins d'ADN à 95 degrés pendant 45 minutes environ.
Pendant que notre préparation était à chauffer, il fallait bien s'occuper ! Effectivement, nous avons regardé une vidéo qui explique le principe de fonctionnement de la PCR (disponible sur « youtube » en tapant « PCR video »), et préparé notre gel d'agarose.
Une fois le gel préparé nous l’avons fait couler dans le support en plastique. Chacun notre tour, une fois notre solution chauffée, nous l’avons versée dans le support en plastique. Il était nécessaire de mettre des colorants pour mieux voir l’avancement de la réaction.
Il fallait ensuite pourvoir visualiser l’ADN. Pour cela, le chercheur a trempé le gel dans le bromure d’éthidium pendant 15 minutes environ. Nous n’étions qu’observateurs car le bromure d’éthidium est cancérigène et dangereux.
Une fois le gel trempé, nous avons pu voir nos résultats à l’aide d’une caméra reliée à l’ordinateur. Finalement, seulement 2 préparations sur les 4 ont bien fonctionné. Il était donc utile d’en faire le double. Nous avons donc appris que la précision de l’expérience était nécessaire. Nous avons pris des photos des résultats de l’expérience.

Cette journée de découverte à Minatec nous a permis de découvrir différentes applications aux biopuces et au vaste domaine de la nanomédecine. Chaque élève a donc pu se forger ses propres opinions pour le débat qui aura bientôt lieu.

Sabrinelle

Atelier salle blanche

 Pour commencer, un chercheur nous a expliqué ce qu'était une salle blanche :

Une salle blanche est une pièce ou une série de pièces où la concentration est maîtrisée afin de minimiser les particules à l'intérieur, généralement dans un but spécifique de recherche.
Elle répond à des spécifications très précises : sa maintenance,  la température, l'humidité. Le traitement et la qualité de l'air y sont rigoureusement régulés et contrôlés afin d'éviter de contaminer les équipements, en particulier avec des poussières.
L’air, qui pénètre dans ces locaux est filtré à différentes étapes sur différents niveaux d’efficacité de filtration de façon très rigoureuse de manière à éliminer le plus possible les particules qui pourraient causer l'apparition de défauts dans les micro et nano dispositifs.
L'air circule régulièrement à travers des filtres très performants. La salle est équipée d'un système d'alarme qui détecte les fuites éventuelles de gaz toxiques.

Chaque personne entrant dans la salle blanche doit traverser un tapis collant permettant d’éliminer toute trace de saleté de ses chaussures.
Il doit entrer dans un sas pour se vêtir d'une combinaison spéciale (habit de salle blanche) qui est obligatoire pour pénétrer dans les salles blanches. Viennent ensuite les gants de protection, les sur chaussures, les bottes, le masque et la cagoule.

Avant de rentrer dans les salles, l'enseignant nous a expliqué les procédures d'urgence :
Il y a une douche de corps, qu'on active en tirant sur une poignée triangulaire, une trousse de secours et enfin, des douches oculaires, qui permettent de rincer les yeux et une partie du visage pour les personnes touchées par des éclaboussures de produits chimiques.

L'enseignant nous a expliqué les différentes étapes pour réaliser des circuits intégrés de silicium, en rentrant dans différentes salles.
Nous sommes tout d'abord allés dans la pièce d’implantation ionique, là où l'on place des ions sur le produit pour changer ses propriétés physiques. (Par exemple, la conductivité du silicium qui est un semi-conducteur) 
Ensuite nous avons visité la pièce de traitements thermiques, une pièce pour modifier des propriétés de résistance.
Enfin, nous avons terminé par la pièce de photolithographie.
"La photolithographie consiste à reproduire une image sur un substrat recouvert d'une couche de matériau (résine photosensible) ; cette couche subit une transformation chimique sous l'effet d'un rayonnement ultra violet ; la zone irradiée va voir sa solubilité augmenter ou diminuer suivant le type de résine (+ ou -) ; cette phase est la révélation ; La partie du substrat mise à nu pourra subir des traitements divers: gravure, dépôt, implantations d'ions..." (http://www.laas.fr/TEAM/25-30458-Zone-Photolithographie.php)

Nous avons manipulé chacun à notre tour, à l'aide d'explications données par l'enseignant.Nous devions mettre une plaque de silicium dans une centrifugeuse puis mettre de la résine photosensible.
Ensuite, nous devions sécher la résine, et l'exposer aux UV.
Pour finir, nous devions développer, rincer et sécher à nouveau la résine.
Une fois le tout terminé, nous devions vérifier si cela avait bien fonctionné et si les motifs étaient bien gravés.

Meyssa

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Des microscopes pour voir le nanomonde -

Compte Rendu élève 

  "Les atomes au bout des doigts"

 

par Clemens Winkelmann , enseignant-chercheur à Grenoble INP Phelma & Institut Néel / CNRS 

 

Les nanosciences sont nées de la rencontre du monde macroscopique de la matière condensée et du monde microscopique de la chimie. Une des avancées technologiques qui est devenue emblématique de l'avènement des nanosciences est la microscopie à sonde locale (à effet tunnel ou à force atomique). Cette technique permet non seulement de visualiser des surfaces à l'échelle atomique, mais aussi d'en manipuler les éléments atome par atome, pour créer, modifier et déplacer de nouvelles structures à l'échelle moléculaire.

Nous avons d'abord décrit les principes et problématiques physiques de la microscopie à sonde locale. Puis, nous avons vu certains résultats spectaculaires récents qui en découlent.

 

 

Compte rendu élève 

 

 

 

Lundi 23 janvier, un professeur et chercheur à Phelma, est venu nous présenter les différents moyens de voir à l'échelle nanométrique et de manipuler des composants micros et nanos. Il nous a donc parlé des différents types de microscopes utilisés dans la recherche et la conception.

Le microscope optique est le microscope couramment utilisé au lycée. Il permet d'amplifier les images grâce à un système de lentilles (oculaire et objectif) qui captent et réfléchissent la lumière. Ce microscope n'est pourtant pas adapté à l'échelle nanométrique, car pour des objets plus petits que la longueur d'onde de la lumière (entre 400 et 800nm), l'image ressort floue.

 

Le microscope électronique à balayage fonctionne selon le même principe que le microscope optique, mais permet de voir à une échelle plus petite grâce au principe des interactions entre les électrons et la matière. Il ne permet cependant pas de voir à l'échelle nanométrique : l'image devient floue en raison des vaguelettes produites par les électrons. L’image est en noir et blanc : en effet, on ne travaille plus dans le domaine du spectre de la lumière visible et ce que l’on observe est en fait une reconstitution d’image.

 

Les chercheurs se sont inspirés du braille, et ont inventé en 1986 la technique du nano-braille, avec l'AFM, le microscope à force atomique. Un levier souple équipé d'une pointe très fine (d'environ 10 nm) passe sur une surface, un faisceau laser est envoyé sur ce levier et réfléchi jusqu'à un capteur qui enregistre les déplacements de la pointe, et donc le relief de la surface. Cela permet d'obtenir une image de la surface de ce que l'on veut observer. Il y a cependant des inconvénients : l'image met longtemps à être formée, et la surface risque d'être abîmée par la pointe.

 

 

Principe de l’AFM Photo d’un microscope à force atomique

 

 

Les chercheurs ont donc inventé l'AFM sans contact, qui fonctionne grâce à la force de Van der Waals. La pointe est chargée, et cette force permet de sentir comment, grâce à un système d'attraction et de répulsion, les charges s'attirent ou se repoussent. L'AFM sans contact donne donc une image de la surface de l'objet sans la détériorer avec la pointe.

 

Le microscope à effet tunnel (STM) a valu le Prix Nobel en 1986 à Binnig et Röhrer. Il est basé sur la physique quantique, on parle de nano-braille quantique. Dans la physique quantique, l'électron est un paquet d'ondes, et non un point fixe : il n'a donc pas de limites, et peut en quelque sorte traverser un obstacle. Une pointe passe sur la surface : quand elle passe sur un obstacle, le courant augmente et la pointe se lève pour régulariser le courant. Cela permet de voir la hauteur et l'épaisseur des obstacles. Cependant, il y a des problèmes dus aux courants très faibles et aux conditions de stabilité mécanique difficiles à remplir. Cette technique permet d'observer mais aussi de modifier : on peut découper par exemple un nanotube ou manipuler des atomes. Les conditions sont encore plus contraignantes : la surface du métal ne doit pas être oxydée, et donc il faut travailler dans l'ultravide, ainsi qu'à une température proche du 0 absolu (-270 degrés) pour éviter l'excitation thermique des atomes.

 

En 1989, un chercheur d'IBM a réussi à écrire le mot IBM
avec 35 atomes de xénon placés un à un avec un STM.

 

 

IBM a été la première entreprise à manipuler des atomes en les attirant grâce à une impulsion électrique puis en les laissant tomber à un autre endroit. Mais cette technique est trop lente et laborieuse pour être utilisée dans l'industrie.

 

Cette intervention a été un complément à notre sortie au CIME Nanotech (Centre Interuniversitaire de MicroElectronique et Nanotechnologies), où nous avions déjà abordé le sujet des microscopes. Cela nous a permis d'approfondir nos connaissances sur les différentes techniques utilisées pour voir à l'échelle manométrique.

 

 

Lucie et Camille

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La biopuce - Compte Rendu élève 

un outil permettant de révéler une séquence ADN particulière

 

 

par Marianne Weidenhaupt, enseignant-chercheur à Grenoble INP Phelma & Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique

 

Nous avons étudié comment fonctionne une puce à ADN et avons discuté quelques exemples d'applications de telles puces.

Après avoir revisité la chimie de l'ADN, nous sommes entrés dans le vif du sujet, en étudiant comment on fabrique une puce à ADN et quelles sont les différentes questions biologiques qu'on peut adresser avec une puce à ADN.

Nous nous sommes exercés à l'aide d'un petit "jeu" à comprendre l'interaction entre ADN cible et ADN sonde et avons finalement découvert la seule puce employée cliniquement, la puce qui analyse les variants de deux enzymes, la cytochrome P450 oxidase 2D6 et 2C19.

 

 

 

 

 

 

 

 

Compte Rendu élève - La Biopuce à ADN

Jeudi 26 janvier 2012

 

Introduction

Lors de la séance du 26/01/2012, dans le cadre de la classe nanosciences, nous avons suivi un exposé d’une professionnelle. Elle nous a présenté dans le cas des Biopuces, la puce à ADN, et nous a expliqué son fonctionnement et son utilisation dans le milieu de la médecine.

 Les Biopuces font partie de la technologie nano car elles servent à observer des choses, telles que l’ADN, qui sont à l’échelle nanométrique.

Tout d’abord on nous a rappelé des notions essentielles pour pouvoir comprendre le fonctionnement de la puce à ADN:

• La définition d’une cellule, de celle de l’ADN et la relation qu’il y a entre eux.

• La composition et les structures de l’ADN (ce qui nous a permis de comprendre un point fondamental du fonctionnement des Biopuces).

• Ce qu’était le génome humain. Ainsi nous avons appris que nos génomes étaient identiques à  99.9% mais qu’il peut exister des variations comme des polymorphismes très observables (ex : la couleur des yeux) ou comme des maladies (ex : diabète). Ces informations sont exprimées en protéines. Le génome, par la transcription, crée le transcriptôme (ARN messager) qui peut ensuite être traduit en protéome.

La Biopuce permet la lecture de tous ces gènes.


Fonctionnement

Deux brins d’ADN peuvent se séparer (cela s’appelle la dénaturation) et ainsi former des brins simples d’ADN.
Le principe de la biopuce est de capter ces brins simples grâce à des sondes qui leur sont complémentaires et reformer un double brin (hybridation). Il peut y avoir énormément de sondes sur une puce.
Avant de mettre ces brins simples sur la puce on effectue un marquage fluorescent sur les brins que nous voulons étudier, soit avec du Cyanin3 (vert) soit avec du Cyanin5 (rouge).
L’ADN marqué est ensuite mis sur la puce. Si les brins simples trouvent une sonde complémentaire ils s’hybrident, mais il arrive parfois que des brins et des sondes pas complètement complémentaires s’accrochent  et faussent le résultat. C’est pour cela qu’il faut laver la puce avant de l’étudier : pour enlever les brins qui ne se sont pas bien accrochés.

Pour réduire le plus possible les erreurs de manipulations, celles-ci se font grâce à des robots très précis.

 Après le marquage et le dépôt, il faut illuminer la puce pour pouvoir capter la lumière fluorescente et faire une acquisition de cette image. C’est comme ça que nous pouvons analyser les résultats.


Utilisation

Cette puce est essentiellement utilisée dans la médecine.
Elle peut servir à analyser l’évolution d’une cellule cancéreuse en comparant les gènes d’une cellule saine avec ceux d’une cellule cancéreuse, et en particulier en observant quels gênes sont réprimés, invariants ou surexprimés dans cette cellule malade.
Par exemple si cette photo était l’analyse de cette comparaison : les sondes jaune verte représenteraient les gênes surexprimés, les rouges les gênes réprimés et les noires les gênes invariants.
    
De nos jours les puces à ADN sont de plus en plus souvent utilisées pour rechercher des mutations dans le génome de patients.

Margot et Dan

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Notre besoin de consolation - Compte Rendu élève

 

Jeudi 2 février au soir, nous avons assisté à une pièce de théâtre intitulée «Notre besoin de consolation», ayant pour thème principal l'influence du progrès scientifique sur nos comportements de la vie quotidienne, notamment la procréation et tous les enjeux qui s'y rattachent.

 

 

 

La congélation,
une technologie permettant
de conserver
nos défunts proches...

 

 

 

 

Durant cette pièce, nous avons suivi le parcours d'un prétendu chercheur, s'informant des progrès fulgurant de la technologie et qui semble parfois se faire dépasser. La mise en scène nous laisse souvent à penser que nous somme plongés dans son psychisme, tantôt calme et pragmatique, tantôt happés par son environnement qui le dépasse. L'atmosphère y est bien souvent oppressante, dérangeante, parfois cauchemardesque, mais les sujets abordés sont on ne peut plus ancrés dans l'actualité, ou plutôt dans un futur bien plus proche qu'on ne le pense:
Biogénétique, clonage, interventions pour ralentir le vieillissement des cellules, manipulation de
l'ADN, congélation des corps après la mort etc.

 

 

 

 

Le personnage principal de
la pièce, dépassé par le
Temps qui lui retire ses
proches...Y a t'il un remède à
la Mort?

 

 

 

 

 

 

Que de progrès dans le dessein d'améliorer notre vie, de nous rendre imperméable aux malheurs biologiques et prétendu inexorables comme la Mort, la maladie ou la stérilité.
Dans cette pièce, chaque aléa négatif de l'existence est perçu comme une maladie qu'il faut soigner, mais au delà de la maladie, on cherche encore le perfectionnement de ce qui est sain, comme la sélection des caractéristique de l'enfant, joués par deux acteurs au visage dissimulés, dialoguant sur le prix de l'intelligence et de la beauté de leur futur nourrisson, le tout non sans  humour un peu décalé mais qui néanmoins soulève des questions éthiques essentielles.

Quatre jambes et deux paires d'escarpins,
le must-have des temps à venir!

Le plus intéressant dans cette pièce, est sûrement la diffusion de séquences vidéo montrant de véritables interviews: celle d'un chercheur faisant allusion à la race aryenne et qui prétend qu'une norme de l'individu sera bientôt instaurée de notre propre gré (une sorte d'eugénisme volontaire), ainsi que celle d'une jeune femme mariée issue d'une famille pauvre en Inde, ayant décidé d'être mère porteuse pour le compte de pays développés comme les États-Unis. Ainsi elle a pu faire vivre sa famille tout en étant heureuse de procurer du bonheur à des gens dont elle ne connaît que
leur enfant.
La plupart d'entre nous ont gardé en mémoire le fait que l'on peut en quelque sorte industrialiser la procréation, le «mode traditionnel» sera bientôt dépassé et c'est principalement cette conception là qui nous dérange quelque peu. Mais la pièce à permis de voir sous un angle encore différent les nanotechnologies. En effet, elles permettent ici de répondre aux besoins émotionnels des gens, elles se veulent un remède aux catastrophes de la vie qu'on pense insurmontables: elles ont pour but de rassasier notre besoin de consolation...En vain ?

Et revoilà notre personnage principal, abdiquant devant le progrès, et laissant place à une
réflexion philosophique sur l'évolution des êtres à travers les âges.

Nous clôturerons ce compte rendu en mentionnant notre entrevue avec les acteurs de la pièce, mais surtout la metteuse en scène Julie Berès, que nous avons eu la grande chance de rencontrer, toute la classe ainsi que des professeurs et étudiants impliqués dans le projet Nano.
Cette rencontre nous a permis de mieux cerner les éléments de la pièce, notamment le message que désire faire passer la metteuse en scène, qui a un grand sens du détail. Cela nous a paru intéressant d'entendre les comédiens émettre leurs avis sur les sujets traités lors de la représentation, et cela a encore enrichi nos connaissances et surtout a développé notre sensibilité face à de tels sujets.

Dans l'ensemble, nous pouvons affirmer que toute la classe a vivement apprécié cette représentation de «Notre Besoin de Consolation».

Soukaina & Sirine

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les risques des nanoparticules 

Les nanos : risques objectifs

 

Par Catherine Durand, Chef de la Cellule Expertise Nano - CEA Grenoble

L’émergence des nanotechnologies amène la société à s’interroger sur les risques potentiels de ces toutes petites particules de matière.
L’intervention a eu pour objectif :

• de revoir ensemble les grands domaines d’application des nanos et leur intérêt attendu (robustesse, légèreté, protection..),

• de démontrer que nous vivons déjà dans un monde rempli de nanoparticules,

• de présenter les risques liés à ces nanomatériaux : attentes exprimées suite au débat public français, état et limites des connaissances actuelles, pistes et recherches en cours,

• de manière à donner aux élèves présents les éléments pour se faire leur propre opinion, et de manière la plus objective possible.

Personnellement, je remercie vivement l’équipe pédagogique qui a monté ce projet, mais également l’ensemble des la classe qui s’est révélée pleine d’intérêt, curieuse, interactive. De vrais citoyens de la planète bleue !

 

Compte rendu élève

 

                                                                          Nanoparticules & nanomatériaux
                                                                                   Vendredi 3 février 2012

Le 3 février, une intervenante du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), est venue nous présenter quelques applications et risques des nanotechnologies.

• Les nanoparticules

On définit une nanoparticule comme étant un corps ayant une dimension de l'ordre de 100nm ou moins. Les nanoparticules nous environnent quotidiennement et ont différentes origines. Elles peuvent être naturelles, leur formation provient de l’activité de la terre (éruptions volcaniques, tempêtes de sable…). Mais certaines nanoparticules résultent de l’activité humaine, ce sont les particules « anthropiques ». Celles-ci ne sont pas forcément crées volontairement mais par exemple, lors de l’utilisation des voitures ou la consommation de cigarettes. Il existe enfin des
particules manufacturées : on est ici sur un concept différent, les nanoparticules sont produites de façon intentionnelle pour leurs propriétés intéressantes.

L’homme inspire près de 10 millions de particules nanométriques à chaque inspiration. Ces nanoparticules sont globalement les mêmes : particules de carbone, particules de soufre… Mais le niveau de concentration en nanoparticules de l’air varie selon les lieux et les altitudes.

On distingue des particules fines et des particules ultra fines (PUF), ces dernières sont inférieures à 100 nanomètres. Les PUF sont considérés comme dangereuses dès lors que l'individu y est  exposé. En raison de leur très petite taille elles peuvent s’insinuer dans les poumons et leur accumulation entraîne des problèmes de santé.
Prenons comme exemple l'amiante, responsable de 35 000 décès de 1965 à 1995. Il était utilisé, notamment dans les canalisations et les bâtiments, pour sa résistance à la chaleur, au feu, aux agressions électriques et chimiques, son pouvoir absorbant et sa résistance à la tension. Sa dangerosité est due au fait que les macrophages, cellules infiltrant les tissus, ne peuvent pas phagocyter les nanoparticules d'amiante accumulées dans les alvéoles. Cette accumulation
provoque des trous dans les alvéoles libérant un liquide dans les poumons, pouvant créer ainsi des cancers. Il existe d'autres particules cancérigènes telles que les particules de soufre ou de bois.

 

• Les applications des Nanos

On compte jusqu'à 1300 objets contenant des Nanos commercialisés dans notre vie de tous les jours. Par exemple, on utilise des Nanos dans les pneus pour en limiter l'usure, dans certains frigidaires dit antibactériens, ou encore dans le dentifrice. Toutes ces nanoparticules sont utilisées dans ces produits parce qu'elles les améliorent.
Les Nanos sont aussi appliquées dans le domaine de la santé (nano médecine).

Diagnostic et Traitement

Actuellement, il existe différents concepts employant les Nanos qui seraient capable de traiter certains cancers. Entre autre les « lipidots », qui sont de petites capsules contenant un médicament, capables de cibler les cellules malades et de les traiter. Elles sont innovantes par leur capacité à traverser certaines barrières que les médicaments ordinaires ne franchissent pas.

 Analyse

Des recherches en cours testent des systèmes autonomes d'analyses de sang à l'instar des « lab
on chips ». Ces laboratoires sur puces permettraient d'effectuer en quelques minutes des analyses
qui se font présentement en quelques jours, voire quelques semaines.

 Dispositifs implantables

Les nanotechnologies ont aussi permis l'invention de dispositifs implantables traitant certaines maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson. Le traitement de la maladie de Parkinson actuel est essentiellement à base de précurseurs de la dopamine (L-dopa) qui visent à compenser le déficit en dopamine. Mais ces médicaments ne sont efficaces qu'au début du traitement et provoquent, à long terme, des mouvements involontaires. De plus ces médicaments ne guérissent pas la maladie mais permettent seulement d'en maîtriser les symptômes. Les dispositifs implantables, quant à eux, engendrent des stimulations intracérébrales profondes supprimant ainsi les symptômes de la maladie (tremblements, contractions) et autorisant les patients à reprendre une vie quasi-normale.

Les nanotechnologies sont de même très présentes dans le domaine de la communication, essentiellement dans les Smartphones, ordinateurs, réseaux et vidéosurveillances. Ainsi ces appareils électroniques sont plus petits, mais aussi plus rapides et plus performants.

 

• Les risques liés aux Nanos

Cependant, les nanotechnologies suscitent des inquiétudes et des questions à propos des libertés individuelles et des manipulations sur la biologie humaine par exemple.
On ne connaît pas encore les dangers engendrés par les nanotechnologies, ni leur toxicité et leur écotoxicité.
La mesure et la caractérisation des Nanos sont très limitées. Il n'existe que deux équipes en France, et seulement 10 dans le monde entier, qui tentent d'assurer la sécurité des établissements manipulant les nanotechnologies. Au jour d’aujourd’hui, on utilise huit appareils pour mesurer la taille, la forme, la solubilité et la composition des nanoparticules. A cause du manque de connaissances sur les Nanos, on ne sait pas exactement ce qu'il faut mesurer.
Pourtant les moyens de protection habituels sont manifestement efficaces sur les Nanos : porter un masque permet de ne pas inhaler de PUF.
Quelques questions persistent quand même : le progrès scientifique est-il bon ou mauvais (d’un point de vue éthique, moral ou sanitaire) ? Quelles sont les limites des nanotechnologies ? Devrait-on stopper les recherches avant l’apparition de graves dégâts ou bien continuer les recherches et intensifier les précautions au niveau de la loi et de la sécurité?

 

• La toxicologie explicative

Voici un schéma résumant le principe de fonctionnement de la toxicologie réglementaire.

Néanmoins ce processus est relativement long, les différents acteurs intervenant les uns après les autres (environ 40 ans pour prévenir et limiter le risque). C'est pourquoi un nouveau modèle a été mis en place, où tous les acteurs de la toxicologie réglementaire travaillent parallèlement, et pour limiter le risque, on applique le principe de précaution en limitant l'exposition.

 

Myriam

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nanomédecine  

Par François Estève - Professeur à l'Institut des Neurosciences de Grenoble & Praticien Hospitalier au CHU de Grenoble

 

 

Nous illustrerons à l’aide d’exemples, le concept de nanomédecineainsi que les problèmes réglementaires et éthiques qui en découlent:

 

« La nanomédecineest un domaine relativement récent des sciences et techniques. Sa définitionsemble parfois imprécise et différentes interprétations sont données à ce terme, notamment entre l’Europe et les Etats-Unis. En interagissant avec des molécules biologiques donc à l’échelle nanométrique, les nanotechnologies ouvrent un vaste champ d’application et de recherche. Les interactions entre assemblages moléculaires synthétiques ou dispositifs nanométriques et biomolécules peuvent se concevoir tant dans le milieu extracellulaire qu’à l’intérieur des cellules du corps humain. L’échelle nanométrique permet d’exploiter des propriétés physiques différentes de celles observées à l’échelle microscopique telles qu'un rapport surface/volume important par exemple.

 

Les applications en diagnostique étudiées sont applicables tant pour le diagnostique in vitroque pour le diagnostique in vivo. In vitro, les particules synthétisées et les dispositifs de manipulation ou détection permettent la reconnaissance, la capture, la concentration de biomolécules. In vivo, les assemblages moléculaires synthétiques sont essentiellement conçus comme agent de contraste pour l’imagerie.

 

Un second domaine de la nanomédecine présentant un fort développement est celui des « nanomédicaments » où des nanoparticules synthétiques sont conçues pour la vectorisationet la délivrance de principes actifs pharmaceutiques. Le recours à ces vecteurs permet d’améliorer la biodistribution des médicaments, de concentrer leur ciblage vers les tissus pathologiques et de protèger les tissus sains.

 

Un troisième domaine d’application est celui de la médecine régénérativeou les nanotechnologies permettent de concevoir des matériaux biocompatiblesdestinés au support de croissance des cellules utilisées en thérapie cellulaire.

 

L’application des nanotechnologies la médecine soulève des problèmes nouveaux de par certains nouveaux usages qu’elles permettent, par exemple : la puissance nouvelle du diagnostique est elle gérable par le corps médical ? Que signifie traiter un patient sans signe clinique ? Que devient même la notion de patient en l’absence de signes cliniques ? La nanomédecine peut potentiellement contribuer au développement d’une médecine personnalisée ou un diagnostique personnel permettrait de prescrire une thérapie personnalisée efficace. Il existe dans de nombreux pays un cadre réglementaire existant qui couvre les règles de base de sécurité et d’efficacité des nanotechnologies médicales, qu’il s’agisse d’assemblages moléculaires ou de dispositifs médicaux. Mais un besoin de préciser voire de faire évoluer certains aspects de ces réglementations mobilisent de nombreux experts¹. »

 

Compte rendu élève

 

 

Vendredi 2 mars, un enseignant chercheur nous a présenté de quelles façons les nanotechnologies peuvent intervenir dans la médecine. Il nous a donc fait une introduction sur la nanomédecine.

Au tout début, il nous a fait un rappel sur les ordres de grandeur.

Quelques exemples :

•  Glucose : 1 nanomètre
• Hémoglobine : 10 nanomètres

Ce rappel a une importance pour la suite car la réactivité chimique d'une particule dépend en effet  de sa grandeur, sa surface plus précisément.

Il nous a ensuite défini ce qu'est la nanomédecine : « la science et les technologies de diagnostic, de traitement et de prévention des maladies et des traumatismes afin de soulager la douleur, de préserver et d’améliorer la santé humaine en utilisant des outils moléculaires et les connaissances moléculaires du corps humain. »

Actuellement, de grands espoirs sont portés par les nanotechnologies. Scientifiquement et techniquement, on souhaiterait aboutir :

 

•  à court terme, à des thérapies pour les cancers, le diabète et les maladies pulmonaires chroniques ;
• à long terme, à la thérapie réparatrice pour les cellules.

Il y a plusieurs domaines d'application à la nanomédecine : les techniques diagnostiques, les biomatériaux, les nouvelles drogues et administrations, les applications cosmétiques, etc.

Il nous a ensuite parlé des laboratoires sur puces (ou lab-on-chips) qui permettent d'utiliser une application de laboratoire sur une puce.

Les nanobilles d'or ont été présentées plus en détail car elles sont en ce moment très prometteuses. Ce sont des nanoparticules de silicium enrobées d'or qui permettraient de traiter une tumeur qui serait la cause d'un cancer. En s'accrochant à la tumeur, elles la détruisent  lorsqu'elles sont pénétrées par un faisceau lumineux (infrarouge ou rayon X).
Ce serait une solution aux tumeurs cérébrales où la probabilité de survie après le diagnostic d'un cancer au cerveau est d'à peine un peu plus d'un an.

 

 

 

 

 

1 – Nanobille d'or accrochée à la tumeur
2 – Passage du rayon laser
3 – Destruction de la tumeur

 

 

 

 

Malgré tout, cette méthode est encore à améliorer car elle peut entraîner des effets secondaires comme des handicaps à cause des particules métalliques contenues dans les nanobilles d'or introduites dans l'organisme.

La recherche sur les nanoparticules débute en 1955.

Quelques journaux qui publient sur les nanotechnologies:

• Applied nanoscience (2011)
• Journal of nanotechnology (2008)

Dernièrement, la nanomédecine commence à prendre de plus en plus de place dans notre société.
Le marché de nanomédecine a atteint environ 64 milliards de dollars en 2010 et 73 milliards de dollars en 2011. On estime arriver à environ 130 milliards de dollars d'ici 2016.

Dans le futur, on pense trouver des méthodes de cultures cellulaires et tissulaires qui permettraient de développer la médecine régénératrice qui n'existe pas actuellement.
De plus, on espère peut-être arriver à créer des nanorobots capables d'effectuer des opérations sur des organes ou détruire des virus à l'échelle nanométrique. Aujourd'hui c'est encore du domaine de la science-fiction …

Des lois ont été écrites pour réglementer l’insertion des produits issus de la nanomédecine dans le marché.
Mais des questions éthiques subsistent :

• Qu'est-ce qui relève du secret médical ?
• Qui demande un examen génétique ? L'employeur, l'individu ?
• Doit-on soigner un individu sans signe clinique?
• etc.

Michi Avana et Mary-Andréa

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Interface Cerveau Machine 

par Olivier David - Chercheur à l'Institut des Neurosciences de Grenoble

 

Les interfaces cerveau-machine (ICM) consistent à procéder à l’analyse en temps réel des signaux cérébraux afin de dériver des commandes diverses et variées, allant des jeux vidéos aux suppléances fonctionnelles chez les patients souffrant de handicaps sévères.
Les ICM couvrent un large champ scientifique au sein duquel les recherches fondamentales, expérimentales ou cliniques et les développements technologiques de pointe sont tout aussi importants et fortement imbriqués.
Le domaine des ICM est en pleine expansion au niveau international et dépasse le cadre même des neurosciences. Il attire de plus en plus les efforts d’une communauté scientifique multidisciplinaire (ingénieurs, neuroscientifiques, informaticiens, mathématiciens, physiciens et cliniciens). En raison de nombreuses applications possibles des ICM dans le domaine de la pathologie, militaire ou grand public, les ICM suscitent aussi l’intérêt de nombreux media, spécialisés ou non. Ceux-ci utilisent un certain nombre de poncifs (lieux communs). tel que « des machines pour lire dans les pensées, ou commandées par la pensée ».

L’objectif de ce cours est de faire comprendre le fonctionnement des ICM au travers d’une courte introduction sur le fonctionnement cérébral et surtout au travers d’une série de films circulant sur internet qui seront analysés avec les élèves. On pourra conclure sur une discussion générale sur les aspects éthiques des ICM.

 

Compte rendu élève

                                                                             

Interface cerveau machine (ICM)

vendredi 2 mars 2012

Présentation :

Un chercheur de l'Institut de Neurosciences de Grenoble est venu nous présenter son métier qui est d'analyser en temps réel l'activité cérébrale du cerveau humain grâce à des techniques que nous détaillerons ci-dessous.

Il nous a présenté un diaporama riche en vidéos, dont notamment une dans l'introduction où un patient était sensé jouer du piano grâce à ses pensées. Il n'a pas voulu nous dire tout de suite si cette pratique est possible ou fausse, et nous a dit que nous pourrions le savoir à la fin de l'exposé.

Relation cerveau/machine :

L'activité cérébrale est en fait l'activité des neurones que contient le cerveau. Cette activité est traduite par des signaux électro physiologiques, autrement dit, des signaux électriques produits par les neurones, et mesurables par plusieurs techniques :

• L’IRM, l'imagerie par résonance magnétique, pour avoir une image du cerveau et de son activité en mettant en valeur les zones actives par des couleurs,

• La SMT, stimulation magnétique transcranienne, parlaquelle on obtient l'activité électrique sous forme de graphique suite à une stimulation électrique du cerveau,

•  La SCP, stimulation cérébrale profonde, qui consiste à peuprès à la même chose que la SMT, mais à but thérapeutique dans les maladies cérébrales,

• L'EEG, l'électroencéphalographie, qui consiste à appliquer des électrodes sur le crâne, par lesquelles l'activité du cerveau apparaît sous forme de graphique.

On peut également connaître la réaction d'un individu à quelque chose, grâce à son activité cérébrale, symbolisée sur le graphique par une différence de potentiel plus forte, et donc par une tension du cerveau plus importante. Des essais sont en cours sur des souris, en suivant ce mode opératoire :
Mesure de l'activité cérébrale → Prétraitement des données → Extraction des caractéristiques → Classification
Mais ceci est à but thérapeutique, comme pour les maladies de Parkinson où d'Alzheimer.

Applications possibles :

Les recherches se focalisent également sur l'activité du cerveau comme commande pour des objets mécaniques. En effet les chercheurs ont remarqué que faire un geste, et y penser sans le faire, stimulent la même zone du cerveau, et grâce à un logiciel nommé OpenVibe, les signaux électro physiologiques sont transformés en action sur un écran, comme avancer dans un musée virtuel.

Mais ceci est très lent, puisque le système ne reconnaît pas deux pensées en même temps, et que la concentration du patient doit être très importante, Des tests sont également à l'étude pour commander un fauteuil roulant par la pensée, ce qui pourrait être une révolution pour les personnes handicapées.

 

Les scientifiques ont aussi créé un logiciel d'écriture par la pensée P300 Speller, qui consiste à faire passer des lettres sur un écran, et à mesurer l'activité cérébrale du patient, pour arriver à trouver à quelle lettre il pense, et former des mots. Et même si ce système n'est pas très performant, (5 minutes pour écrire bonjour), c'est quand même une ouverture pour la communication des personnes tétraplégiques.

Il faut noter que ceci est extrêmement fatiguant pour le patient, ce qui fixe des limites au système pour le moment. Et c'est donc à l'unanimité que nous avons décidé de dire que la première vidéo, dans laquelle un individu jouait du piano par la pensée est fausse, car c'est bien trop compliqué de jouer des accords et des rythmes précis à ce niveau de technologie actuel.

Les recherches sont mondiales, et des américains, souhaitant améliorer le système, sont allés jusqu'à implanter des électrodes directement sur le cerveau d'un patient, mais face au risque d'infections trop important, ces électrodes lui on été retirées. Un professeur anglais, Mr Millan, s'est implanté une puce dans le bras, pour mesurer l'activité du nerf qui commande sa main, et peut commander une main robotisée. Et en faisant circuler ces informations par internet, il a pu
contrôler une main aux États-Unis, depuis l'Angleterre.

Mais ces recherches n’en sont encore qu’au stade de test, et ne seront pas commercialisables avant au moins 5 ans.

Sakina et Rémi

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NanoArt 

Parallèlement à la classe nano en terminale scientifique, les élèves de Terminale Littéraires ont été initiés aux nanosciences et nanotechnologies à travers leur cours de philosophie et le Kit nano (développé par le CCSTI).

 

Les élèves de l'option Arts Plastiques se sont essayés au nanoart, nouvelle discipline à l'intersection de l'art, la sciences et la technologie. Ils ont presenté leurs oeuvres lors du vernissage organisé à l'ocasion de l'inauguration de l'exposition nano (en collaboration avec le CCSTI) au CDI du lycée.

 

 

Nanoart

Classe de TL
 option arts plastiques

Neuf photographies numériques
(Impression couleur sur carton plume,  420 x 594 mm.)
 

Paul Klee : « L'art ne reproduit pas le visible. Il rend visible »


     Comment l'art peut-il s'intéresser à l’infiniment petit ?  Comment la structure de la matière au niveau nanométrique peut-elle stimuler l'imagination des artistes?

      Nous sommes parties de  l'idée que le monde dans lequel nous vivons est fondé sur ces éléments matériels "nanos",  invisibles à l'œil nu, et seulement accessibles  grâce aux images révélées  par les nouvelles technologies scientifiques. 
      Nous avons choisi de prendre pour modèles ces évocations  d'étranges galaxies, d'architectures improbables, de structures fractales, de paysages fantastiques…non pas en les copiant mais en  photographiant en plan très rapproché nos expériences liées au corps, thème de notre dossier de bac en arts plastiques:
       Les gouttes d'eau sur la paume de la main, l'épaisseur de la peau, les fibres textiles, les liquides dans le verre, la matérialité des cosmétiques, la surexposition d'éléments organiques…
       Les photographies ont été partiellement retouchées  à l’aide d’un logiciel de traitement d’images.

       Ce projet nanoart, en nous faisant découvrir de nouveaux territoires créatifs, a changé  notre regard sur  le partage des connaissances entre artistes et scientifiques.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Prix Nobel 

Créé suite à la mort d’Alfred Nobel, inventeur de la dynamite, cette distinction a pour volonté de
récompenser des personnes ayant rendu des grands services à l’Humanité. Alfred Nobel légua sa
fortune, issue de son invention de la dynamite, pour pouvoir créer et développer ce prix, qui est
remis pour la première fois en 1901.
Ce prix est toujours remis, le 10 décembre, date de la mort d’Alfred Nobel, par le roi de Norvège
ou de Suède, suivant les catégories.

 

Les 5 prix voulus par Alfred Nobel :

 

•  Prix de Physique
• Prix de Chimie
• Prix de physiologie ou de médecine
• Prix de Littérature
• Prix de la paix (seul remis par la Norvège)

En 1968, il est décidé d’instauré un prix en économie.

Chaque gagnant se voit verser une somme d’argent très importante, lui permettant de continuer
ses recherches sans subir de pressions financières.

Le prix Nobel, depuis 1974, ne peut être remis à titre posthume et ne peut pas non plus être remis
à plus de 3 personnes en même temps.

L’absence des Mathématiques !

Il existe deux explications :

• -A l’époque de Nobel, les inventions étaient surtout reconnues pour leur côté pratique et utilitaire, ce qui n’était pas le cas prépondérant des Mathématiques
• Il existe aussi une autre version : Nobel n’aurait pas souhaité que de prix de Mathématiques soit mis en oeuvre, pour éviter qu’un mathématicien ayant séduit safemme ne puisse un jour obtenir cette glorieuse distinction.

Personnes physiques ou morales connues ayant obtenues un prix Nobel :

ONU (paix), La Croix Rouge (paix), Pierre et Marie Curie (physique), Albert Camus (littérature), Jean-Paul Sartre (littérature, le refusa), Barack Obama (Paix), Lech Walesa (paix), Einstein (Physique)

Le prix Nobel aujourd’hui

Toujours décerné chaque année, le prix Nobel, surtout celui de la paix, subit quelques
controverses. En effet, il est parfois décerné à des personnes n’ayant pas vraiment encore oeuvré
pour une cause certaine et aboutie ou il est accusé de joué un rôle politique, comme dans le cas
du prix Nobel de la paix 2011.

Tanguy et Fanny

Retour au Sommaire