classe nano 2010-2011

• Calendrier 2010-2011
• Introduction aux nanosciences - Compte rendu élève
• Notions de base - Compte rendu élève sur les notions de base
• Introduction à la physique quantique - Compte rendu élève
• Journée au CIME Nanotech
• Les secrets de la cryptographie quantique - compte rendu élève
• Introduction à la micro et nanoélèctronique, aux MEM'S et NEM'S
• Préparation des lycéens au débat
• Biopuce 
• des microscopes pour voir le nanomonde
• Le debat
• Exposition au CDI 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Le calendrier 2010-2011

 

 

14 décembre 2010 - Introduction en Anglais par des étudiants de l'INP dans le cadre de leurs cours sur les nanotechnologies : les étudiants ont présenté des expériences du kit nano développé par le CCSTI

 

3 janvier 2011 -  Petite introduction à la mécanique quantique (Elsa Couderc, doctorante à l'INAC)

                       - Retour sur les notions de base, définitions et perspectives (Fanny Poinsotte, enseignante à Grenoble INP Phelma)

21 janvier 2011 - Une journée de manipulation au Cime Nanotech . Les élèves ont pu manipuler avec des outils normalement réservés à la recherche ou à l'enseignement supérieur.

 

31 janvier 2011 - Cryptographie quantique (Loïc Pillard, enseignant au Lycée Mounier)

 

16 mars 2011 - Une entrée dans le monde de la micro- à la nano-électronique (Laurent Montes, enseignant- chercheur à Grenoble INP Phelma et IMEP-LAHC)

21 mars 2011 - Une entrée dans le monde des biopuces (Marianne Weidenhaupt, enseignant-chercheur à Grenoble INP Phelma et LMGP 

22 mars 2011 - Des outils pour voir le nanomonde (Clemens Winkelmann, enseignant- chercheur à Grenoble INP Phelma et Institut Néel / CNRS)

1. Les microscopes à champ proche
2. le microscope électronique à balayage

Février à Avril - 4 séances de 2h de préparation au débat en cours d'ECJS dont 1 rencontre avec 3 experts : 

 

 

 

14 avril 2011 - Débat au lycée sur le thème :

«Perspectives et risques des nanotechnologies sur le corps humain».

 

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Introduction aux nanosciences

 

Première séance tout à fait originale pour les 32 élèves de la terminale S1 avec une introduction aux nanosciences, en anglais, réalisée par des étudiants de 1ère année de l’école Grenoble INP - Phelma.

 

 

• 13h15 : Accueil de Noel 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, de Lauren Ayotte (professeur d'anglais à Phelma) et de ses 15 étudiants

• Puis les lycéens ont circulé pendant 1h30, par groupes  de 3 ou 4 élèves, sur 9 ateliers présentés en anglais par les élèves ingénieurs de PHELMA. Chacun de ces ateliers s’appuyait sur une expérience du "Kit Nano" développée dans le cadre du projet européen "Time for Nano", porté à Grenoble par le CCSTI. Tissu hydrophobe, « sable magique », fullerène et spray antibuée constituent quelques exemples d'application des nanosciences dans la vie de tous les jours.

 

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comptes rendus élèves - Introduction aux nanosciences

 

Elève A

INTRODUCTION AUX NANOSCIENCES

Ce jour là, nous avons eu une introduction aux nanosciences en anglais par des étudiants de Grenoble INP Phelma. Nous étions en petits groupes de quatre et passions d’atelier en atelier.

Nous allons vous présenter l’atelier 2 : la dilution.

Le but de cet atelier est de montrer que même si on ne peut pas voir les « nanos », ils peuvent agir à l’échelle humaine, ici sur l’odorat.

Dans différents tubes à essai, on dilue à des concentrations de plus en plus faibles le colorant alimentaire odorant. Dans le 1^er tube où la concentration est élevée, on voit le colorant : la solution est colorée. Quand la concentration diminue, il arrive un moment où on ne voit plus le colorant (la solution est incolore) mais on peut encore le sentir.

Remarque : nous avons bien compris en général bien que l’étudiant ait parlé en anglais, mais nous avons eu plus de mal à comprendre certains exemples de la vie courante comme l’utilisation de l’or pour la fabrication du verre coloré des vitraux.

 

Elève B

INTRODUCTION AUX NANOSCIENCES

• Le sable magique

• Composition : le sable magique est du sable normal (oxyde de silicium ou silice, SiO₂) qui est enrobé d’une nanocouche spéciale. La particularité de cette nanocouche réside dans le fait qu’elle repousse l’eau, c’est-à-dire qu’ellle est hydrophobe. Le sable est composé de petites particules (entre 0,06 et 2 mm).

• L’expérience :

  • Manipulations

    • Verser le sable magique dans un petit pot rempli d’eau.

    • Retirer le ensuite de l’eau avec une petite cuillère.

  • Observations

    • Lorsque le sable est plongé dans l’eau, il ne se mélange pas et coule.

    • Lorsqu’on le sort de l’eau, il n’est pas humide, il est resté sec.

• Interprétation : Le sable magique étant entouré d’une nanocouche hydrophobe, en contact avec l’eau il la repousse et ne se mélange pas ce qui explique qu’il reste sec.

  • Le tissu hydrophobe

• L’expérience :

  • Manipulation : déposée une goutte d’eau sur le tissu hydrophobe l’aide d’une pipette.

  • Observations : le tissu n’est pas mouillé et la goutte est restée intacte.

• Interprétation : le tissu, comme le sable magique, est une surface hydrophobe qui repousse l’eau. Le tissu, comme d’autres composants de la nature (feuilles de lotus, plumes de volaille), applique l’effet « lotus » : lorsque l’eau tombe sur la surface, sa nanostructure conserve la forme sphérique de la goutte et, de ce fait, l’eau glisse sur la surface et n’est pas absorbée.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Notions de base

 

 

Fanny Poinsotte, revient sur les notions de base :

 

"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.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Compte rendu élève - Notions de base

 

Elève A

Les nanosciences

• Nanosciences : ce sont les sciences qui concernent l’infiniment petit, à l’échelle du nanomètre. 1 nm = 1 milliardième de mètre.

• 1 nm = 10^-9 m, 30000 fois plus fin qu’un cheveu.

• Exemples d’utilisation des nanotechnologies

• • • Raquette de tennis (nanotubes de carbone)

    • Peintures et vernis (nanoparticules)

    • Cosmétiques

• Secteurs : électronique, défense, matériaux, environnement, médecine, art,…

• La mécanique quantique est la mécanique de « l’infiniment petit » (atome, nanoparticule).

• Une théorie donne une explication à nos observations mais ne donne pas La vérité.

Elève B

 

Nanosciences

 

 

Un nano correspond à un millionième de millimètre.

A cette échelle, la matière change radicalement de visage.

Ce n'est pas juste un monde en réduction mais bien un autre univers.

 

Les « Nanos » sont distribués et consommés au quotidien sans que les consommateurs ne le sachent.

C'est pour ça que, bientôt, une loi paraîtra afin d'obliger les fabricants à indiquer la présence de nanoparticules dans leurs produits.

 

 

Les avis concernant la question de l’impact des Nanos sur l'environnement sont partagés :

 

•  

  • Beaucoup de mouvements ont surgi affirmant que les Nanos représentent un véritable danger.

  • Certaines personnes affirment au contraire, que les Nanos sont inoffensifs en se basant sur le fait que les Nanos existent dans la nature: par exemple :

 

 

Ces dernières n'ont, on le sait, aucun effet néfaste sur l’environnement.

 

Elève C

 

 

 

 

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Introduction à la physique quantique

 

par Elsa COUDERC, doctorante à l’INAC (Institut Nanosciences et Cryogénie de Grenoble).

 

 

Les théories physiques sont notre moyen d’expliquer nos observations expérimentales. Elles doivent aussi permettre de prédire les résultats expérimentaux. En fait, elles évoluent sans cesse. Ainsi, jusqu’à la fin du XIXe siècle, la lumière était décrite avec succès comme une onde. Certaines expériences ont alors mis en défaut cette explication, et Einstein a montré que la lumière devait parfois être décrite comme une particule!

Depuis, nous vivons dans un monde où deux descriptions de la lumière co-existent...

 

Soulignons que « l’ouverture au monde quantique » est l’un des points du programme de physique de la terminale S.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Compte rendu élève - Introduction à la physique quantique

 

 

 

 

Elève A

Physique quantique

La physique quantique est l’étude des phénomènes physiques à l’échelle du « nano ». A cette échelle, on observe que les phénomènes physiques obéissent à des lois différentes de celles à l’échelle « normale ».

Nous avons ensuite fait une approche sur la différence entre « onde » et « particule ».

Tout d’abord, Isaac NEWTON pense que la lumière est un flux de particules qui se déplacent en ligne droite à une vitesse très importante et qui se réfléchissent sur des miroirs de manière prévisible (cette théorie a été évoquée en 1704).

Par ailleurs Thomas YOUNG démontre que la lumière est une onde. Elle a les propriétés de diffraction et d’interférences (expérience des fentes d’Young).

Pour finir, nous avons découvert la physique quantique avec le postulat d’EINSTEIN.

EINSTEIN dit que les rayonnements électromagnétiques sont constitués de photons d’énergie E = h, fréquence de la radiation électromagnétique associée ; h, constante de Planck)

• Les photons se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide

• un photon a une masse nulle et une charge électrique nulle

 

On peut calculer l’intensité du rayonnement qui est proportionnelle au nombre de photons traversant une surface normale à la direction de propagation :

I = E * (nombre de photons) * (surface) *t

 

Elève B

 

LA LUMIERE :

Ondes ou Particules ?

 

 

Les physiciens ont d'abord prouvé que la lumière était une onde grâce à une expérience de diffraction qui consiste à faire passer la lumière dans une fente, les résultats ont montré que la lumière répondait parfaitement aux lois des ondes.

 

Parallèlement, on a montré que la lumière vérifie la loi des particules grâce à un détecteur de mouvements de photons également.

On a donc qualifié la lumière de « onde-particule ».

 

Elève C

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Les élèves de la classe nanosciences (TS1) se sont rendus le 21 janvier 2011 au CIME Nanotech, Centre Interuniversitaire de Microélectronique et Nanotechnologies, pour une journée de travaux pratiques sur trois "plateformes" regroupant des équipements utilisés pour la formation des élèves ingénieurs.

 

Accueil et présentation de la journée par Ahmad Bsiesy, directeur du CIME Nanotech :

• Introduction à la microélectronique : qu'est-ce qu'une "puce" ? un composant ?

• Comment les fabrique-t-on et avec quels moyens ?

• Histoire et évolution vers la nanoélectronique

 

Ensuite, les élèves, répartis en petits groupes, suivent chacun 2 ateliers de 3h parmi les trois 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.

 

 

1 - Identification d’un plasmide bactérien par PCR

Séance de travaux pratiques sur la plateforme de biotechnologies du CIME à Minatec

(CR rédigé par le professeur de SVT du lycée)

Au cours de cette séance de 3h, les élèves ont pu s’initier aux techniques et matériels utilisés dans un laboratoire de biotechnologies.

 

Il s’agissait d’identifier quel « plasmide » bactérien était présent dans une solution (un plasmide est une molécule d’ADN surnuméraire présente dans une bactérie).

 

Pour cela, les élèves ont dû :

 

 

1. amplifier la « nanoquantité » d’ADN disponible en utilisant la technique de la PCR (Réaction en chaîne par polymérase (de l'anglais polymerase chain reaction), méthode de biologie moléculaire dans laquelle on réalise une réplication enzymatique du fragment qui permettra de disposer de quantités manipulables d'ADN pour sa caractérisation;

2. préparer et réaliser une électrophorèse de la solution obtenue en parallèle avec une solution de fragments de longueurs connues (témoin) ; l’ADN à analyser migre dans un gel d’agarose à une distance qui dépend de son poids moléculaire (de sa taille) et est donc spécifique;

3. révéler les molécules d’ADN grâce à l’utilisation de bromure d’éthydium qui se fixe à l’ADN et est ensuite visible par observation sous lumière ultra-violette.

 

Les élèves ont tous réussi à identifier le plasmide bactérien présent dans la solution de départ. Ils ont ainsi démontré la spécificité de la PCR.

 

2 - Visite d'une "salle blanche"

Séance de travaux pratiques dans la salle blanche du CIME à Minatec

Compte-rendu d'élève

 

"Le vendredi 21 janvier nous sommes allés au CIME Nanotech. Certains des élèves de la classe, dont moi, avons été choisis pour aller en salle blanche.

 

Avant d’y aller, une professeur-chercheuse nous a expliqué ce qu’est une salle blanche :

Une salle blanche est une pièce où la concentration en particules en suspension dans l’air est contrôlée pour minimiser la présence de particules à l’intérieur de la pièce. Cela est essentiel pour les procédés de fabrication qui nécessitent un haut degré de propreté, comme dans l’industrie nano technologique.(wikipedia)

 

Ensuite nous sommes allés en salle blanche. Cependant, comme il faut très peu de poussière et/ou particules, nous avons dû nous changer.

D’abord nous sommes entrés dans un sas pour nous habiller. Il y avait des espèces de tapis collants sur le sol pour capter les poussières et les particules de nos chaussures. Puis méthodiquement nous avons mis gants, couvre-chaussures, bottes, combinaison, cagoule, masque, lunettes.

Et enfin nous étions prêts ! Et nous sommes entrés dans la salle blanche. Là nous avons visité la salle, en fait il n’y a pas qu’une salle, c’est un ensemble où il y a des pièces différentes que nous avons visitées. En visitant la professeur nous a expliqué les différentes étapes permettant la réalisation complète de circuits intégrés de silicium.

 

• Pour commencer nous sommes allés dans la pièce de traitements thermiques. Après avoir nettoyé et séché le substrat de silicium, il y a une étape d’oxydation thermique.

 

• Puis vient la pièce d’implantation ionique, c'est-à-dire que l’on envoie des ions sur le solide pour changer les propriétés physiques de celui-ci. Par exemple on peut modifier localement la conductivité d’un semi-conducteur.

 

• Ensuite nous sommes allés dans la pièce de photolithographie.

La photolithographie est l'ensemble des opérations permettant de délimiter l'extension latérale des matériaux sur la surface d'un semi-conducteur. Les motifs deviendront par la suite les différentes zones actives des composants électroniques (exemple : contact, drain...) ou les jonctions entre ces composants. (wikipedia)

 

Là, la professeur nous a montré comment il fallait faire, et puis nous avons manipulé chacun notre tour.

Etapes :

• On met la plaque de silicium dans une centrifugeuse et on étale de la résine photosensible.

• On fait sécher la résine.

• On expose la résine aux UV grâce à une machine spéciale et où il y a une sorte de « masque » qui imprime un motif sur la résine.

• On développe la résine exposée

 

Après que tout le monde soit passé, nous sommes allés contrôler les gravures de nos plaques de silicium pour voir si le(s) motif(s) étai(en)t correctement gravé(s).

 

Puis nous avons discuté de pleins de sujets différents sur les nanotechnologies et les nanosciences. Et c’était la pause déjeuner…

 

3 - Des outils pour " voir le nanomonde "

Séance de travaux pratiques sur la plateforme "Nanomonde" du CIME Nanotech à Minatec

(CR rédigé par le professeur de Physique du lycée)

 

Dans cet atelier, les élèves ont découvert différents outils permettant de voir des objets de très petites dimensions. Le but était d'observer les poussières qui nous entourent au quotidien, de toutes tailles, depuis le millimètre jusqu’au nanomètre.

 

Les élèves ont commencé en utilisant des microscopes optiques de grossissement x400 (Microscope USB Veho), puis x1000 (Macroscope LEICA).

A chaque fois, ils ont pu mesurer la dimension du plus petit objet observable avec chaque appareil, autrement dit leur pouvoir de résolution. Celui des microscopes optiques classiques étant de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière (de l'ordre de la centaine de nanomètres), les élèves ont compris la nécessité d'utiliser d'autres techniques pour voir des objets encore plus petits.

 

Ils ont d'abord étudié le principe du microscope à force atomique (AFM). Grâce à un manipulateur à retour d'effort, Ils ont pu ressentir les forces d'attraction qui s'exercent entre atomes d'une surface et ceux de la pointe de l'AFM. Ensuite, ils ont pu s'exercer à observer les creux et les bosses d'une surface avec un vrai microscope AFM.

Pour terminer cette exploration des moyens d'observation du nanomonde, les élèves ont pu découvrir le microscope à effet tunnel (STM) : après une explication détaillée de son fonctionnement à l'aide d'une maquette faite de balles de ping-pong, ils ont pu vérifier qu'il était possible de "voir" des objets de taille nanométrique.

 

Fin d'une grande journée, riche en découvertes !

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les secrets de la cryptographie quantique

 

 

ou "Comment transmettre en toute sécurité des données
confidentielles à distance et à la demande de deux interlocuteurs ?"

 

par Loïc Pillard, professeur de mathématiques au Lycée Emmanuel Mounier

 

 

Un des objectifs de cette présentation est d'amener les élèves à comprendre certains enjeux et fondements de la cryptologie actuelle.
Ensuite, nous voyons comment la physique quantique s'invite dans le domaine de la cryptologie. Ceci à travers deux biais:

• Le protocole de cryptologie quantique BB84

• Les calculateurs quantiques et les perspectives de calculs qu'ils offrent.

•  

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                Compte rendu élève - Cryptologie quantique

 

 

Elève A

La Conférence sur la Cryptologie quantique

Nous avons suivi une conférence dans le cadre de notre projet sur les nanosciences, donnée par M. PILLARD, notre professeur de Mathématiques. Celle ci portait sur la cryptographie quantique.

Nous allons vous résumer une partie de ce que nous avons retenu, celle sur le raisonnement qui a abouti à la conception du système de cryptage BB84. La cryptographie sert, actuellement, à transmettre des informations confidentielles sur des canaux publics. Il existe plusieurs protocoles de clés, secrètes et publiques, qui servent par exemple aux banques pour faire parvenir des données a leurs clients. Les systèmes utilisés sont économiques en calculs, et ne nécessitent pas de puissance de calcul spécifiquepour les utilisateurs. Ces systèmes sont a priori performantsà condition que des personnes voulant espionner le message n'aient pas une puissance trop importante de calculs ou des algorithmes géniaux de factorisation. Pour l'instant bien que nous n'en ayons pas la preuve, cette confidentialité semble acquise.

A la base les protocoles à clés secrètesnécessitent que les protagonistes partagent une clé secrète (exemple : une suite aléatoire de 0 et de 1) qui sert pour le codage et pour le décodage des données. Pour échanger ces clés secrètes, on utilise des protocoles à clés publiques. La sureté de ces systèmes repose  en partie sur la limite des calculateurs actuels. Toutefois, la puissance futuredes PC quantiques pourrait remettre en question cette confidentialité.

Des chercheurs ont alors pensé à utiliser les principes de physique quantique : par exemple pour le protocole BB84. C'est un protocole d'échange de clés. Il consiste en l'envoi de photons, l'information étant codée par leurs polarisations suivant un axe rectiligne ou alors un axe oblique dans une fibre optique, sans clé de codage connu des deux acteurs de l'échange. Après envoi du message par l'émetteur, le récepteur suppose une certaine polarisation pour chaque donnée, et code les informations selon celle ci. Il renvoie à l'émetteur son code de polarité pour savoir quelles sont les erreurs, et l'émetteur lui renvoie le code qu'ils ont en commun. Ainsi, les deux protagonistes peuvent partager des données. Mais si un espion venait à s'immiscer entre eux, il modifierait la polarisation des photons, ce qui serait vite découvert par les émetteurs du message.

Cette technique n'est pas accessible au grand public (même par les lignes d’ADSL, pourtant en fibre optique), et pose certains problèmes (au niveau de la source de photons ou des détecteurs qui ne sont pas encore assez fiables). D'autres systèmes comme le 'Diffie-Hellman' ou le 'RSA' sont beaucoup plus utilisés de nos jours (Le système Diffie-Hellman nous a été aussi présenté par M. Pillard)

 

Cette conférence a été très instructive, tant sur le plan de la physique que des mathématiques, car en plus des connaissances qu'elle nous a données sur les nanosciences, elle rejoint le programme de terminale S sur plusieurs points : Les ondes en physique chimie, et la cryptographie en mathématiques spécialité (elle a d'ailleurs été proposée une seconde fois pour les élèves de spécialité maths du lycée ne faisant pas partie de notre classe et qui n'ont donc pas pu assister à la 1^èreprésentation). Par ailleurs, nous n’avons pas été les seuls à profiter des cette conférence : La majorité des professeurs des matières scientifiques du lycée  y ont assistés !

Elève B

La cryptologie quantique

 

L’exposé portait sur un protocole de cryptographie quantique : le protocole BB84.

La cryptologie sert à transmettre des informations confidentielles sur un canal public (carte bancaire, portable). Il existe deux types de protocole : les protocoles à clés secrètes et les protocoles à clés publiques.

Les protocoles de cryptographie à clés secrètes nécessitent que les utilisateurs partagent une clé secrète, une suite aléatoire de 0 et de 1. La clé sert pour le codage ainsi que pour le décodage.

Dans le protocole BB84, l’information est codée par la polarisation de photons. Les photons peuvent être polarisés de deux manières :

• Rectiligne +: Horizontale H=1

Verticale V=0

• Oblique o : Droite D=1

Gauche G=0

Pour mesurer un photon, on utilise un filtre polarisé : Le photon passe ou ne passe pas selon sa polarité et l’orientation du filtre. Une personne qui ne sait pas si le photon est «+» ou «O» ne peut pas mesurer la polarité. Par contre, la personne qui sait peut la mesurer en orientant bien le filtre polarisé.

Nicolas envoie au hasard un type de polarisation de photon pour chaque nombre à envoyer, la deuxième ligne est ce que Nicolas transmet :

 

  Si une personne tente d’espionner, elle va devoir détecter la polarité des photons, et ainsi, elle va modifier les photons. Donc Bob recevra un message final différent de celui qu’Alice a envoyé. Au final, les erreurs dans le code sont dues soit à l’imprécision des mesures de photons, soit à la présence d’un espion en ligne.

Principe de fonctionnement d’un calculateur quantique : un qbit peut être à la fois 1 et 0 et peut donc faire 2 calculs en même temps. S’il y a n qbits, cela fait 2ⁿbits classiques.

La recherche sur les ordinateurs quantiques a débuté sérieusement en 1994 grâce à Peter Schor qui a montré qu’il est possible de factoriser de grands nombres dans un temps raisonnable à l’aide d’un ordinateur quantique. Actuellement les USA consacreraient plus de 75 millions de dollars annuels pour construire un ordinateur quantique.

 

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Introduction à la micro et nano-élèctronique

« L'évolution et la révolution du transistor »

par Laurent Montès, enseignant-chercheur à Grenoble INP Phelma & IMEP-LAHC (Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique et LAboratoire d'Hyperfréquences et de Caractérisation)

 

Nous commençons par une présentation de l'évolution et de l'impact de l'électronique au cours des cinquante dernières années, avec une emphase sur les transistors et les MEMS (micro-electro-mechanical systems).

Puis, le principe de fonctionnement du transistor, brique de base des circuits électroniques, est expliqué à l'aide d'une analogie hydraulique.

Le principe du transistor à un électron est ensuite détaillé, en montrant que les notions de composants électriques (R, C) et électrostatiques vues en terminale permettent d'en expliquer le fonctionnement.

Des exemples d'applications sont donnés, notamment pour la réalisation de circuits biomimétiques des réseaux de neurones (neuromorphiques) et de nano-radiosen technologie NEMS (nano-electro-mechanical systems).

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Préparation au débat

 

 

Faisant suite aux exposés scientifiques, et dans le cadre d’un travail transdisciplinaire (ECJS, Philosophie, Mathématiques, Physiques, Langues vivantes et SVT), les élèves de TS1 ont été invités à réaliser un débat argumenté sur le sujet suivant :

 

« Perspectives et risques des Nanotechnologies sur le corps humain »

 

Quatre séances de deux heures ont été consacrées à la préparation.

 

Déroulement

Dans un premier temps, une réflexion en groupe sur les termes de la problématique a permis de faire émerger huit thèmes de réflexion et donc de constituer huit groupes de lycéens.

 

Dans un deuxième temps, les élèves se sont consacrés à la recherche documentaires, sur internet et au CDI du lycée, qui a pour l'occasion complété sa collection dans le domaine des nanos et de la conduite de débat (revues, livres, DVD, …).

 

Après cette période d'appropriation de leur thème, les lycéens ont rencontré trois « experts » fortement impliqués dans la réflexion autour des nanotechnologies : 

• Bernadette Bensaude-Vincent, philosophe à l'université PARIS X, pour les questions d'éthique des nanotechnologies,

• Yves Sicard, professeur à l'Université Joseph Fourier de Grenoble, pour la prévention des risques des nanoparticules ,

• Philippe Massé, professeur à Grenoble INP-Phelma, pour les questions relatives aux processus de décision en matière de choix scientifiques et techniques.

Lors de cette rencontre, les lycéens ont pu leur poser des questions pour affûter leurs arguments en vue du débat.

 

Jeu de rôles

C'est à l'issue de cette phase de préparation que le choix d'un débat sous forme de "jeu de rôles" a été fait.

Les lycéens ont choisi leurs personnages à partir de cartes qui leur ont été proposées. Ceci leur a permis de mieux préparer leurs argumentaires.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Biopuce

 

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.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Des microscopes pour voir le nanomonde

 

"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.

Retour au Sommaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le débat

 

Débat de clôture de la Classe "nanosciences" au Lycée Mounier

32 lycéens de terminale S ont mené un débat animé sur « Perspectives et risques des Nanotechnologies sur le corps humain ». Ce débat marque la fin d'une riche expérience éducative conduite par Grenoble INP et le lycée Emmanuel Mounier.

Le débat a eu lieu notamment en présence de Christian Schaeffer, VP-CEVU à Grenoble INP, du proviseur du Lycée.

Etaient également présents, un attaché parlementaire représentant la mairie de Grenoble, Bernard Cohen chargé de la médiation sur le devenir du site du Lycée Mounier, le proviseur-adjoint et l'intendant du Lycée, toute l'équipe enseignante de la classe "nanosciences" ainsi que quelques autres professeurs du Lycée et de Phelma.

Enfin, deux autres classes de terminale S du lycée ont participé, soit près de 45 élèves. C'est donc dans une salle bien remplie que s'est tenu ce débat.

 

Afin de se mettre en situation et de faciliter leur prise de parole, les lycéens ont chacun pris un rôle bien défini : médecins, paysans, chercheurs, industriels étaient représentés sans oublier les transhumanistes et le pasteur ! Le débat était rondement mené par une lycéenne. Chacun leur tour, les élèves ont ainsi tenté de faire valoir divers points de vue qu'ils soient favorables à la recherche et aux investissements en "nanos", pour le respect du principe de précaution ou tout simplement contre le développement des technologies.

Ce "jeu de rôle" a largement contribué au plaisir trouvé par tous, acteurs et spectateurs, comme en témoignent les photos.

 

Le débat a été suivi d'un pot qui a permis à tous d'échanger ses impressions sur la nécessité et la difficulté de "débattre" de questions scientifiques.

 

Préparation des lycéens au débat

Les lycéens avaient préparé leurs argumentaires dans le cadre des cours d'ECJS (Education Civique, Juridique et Sociale). Quatre séances de deux heures y ont été consacrées : la première a permis de cerner huit questions spécifiques et de former huit groupes de lycéens; deux séances ont été consacrées à la recherche de documents au CDI du Lycée; pour les aider, la responsable avait procédé à l'acquisition de plusieurs livres et CD traitant des "nanos" et préparé une importante bibliographie et sitographie; enfin, les lycéens ont rencontré trois "experts" auxquels ils ont pu poser leurs questions et se forger leur opinion : Bernadette Bensaude-Vincent, philosophe à l'université PARIS X, pour les questions d'éthique des nanotechnologies, Yves Sicard, professeur à l'Université Joseph Fourier de Grenoble, pour la prévention des risques des nanoparticules et Philippe Massé, professeur à Grenoble INP-Phelma, pour les questions relatives aux processus de décision en matière de choix scientifiques et techniques.

 

Le biais du jeu de rôle a été très porteur, au point que les autres lycéens venus écouter ont finalement pris part aux discussions. Voilà un bel apprentissage au débat!

 

 

Lettre d'Albert FERT - prix Nobel de physique

 

Bonjour aux lycéens de la classe nanosciences et à leurs enseignants.

Je suis désolé de ne pouvoir être avec vous aujourd'hui.
Je suis allé parler dans une conférence des promesses du graphène pour l'électronique et la spintronique du futur. Ces nouveaux outils, que vous connaissez et que l'on appelle nanotechnologies, permettent aujourd'hui d'explorer un grand nombre de phénomènes nouveaux dans des structures nanométriques. L'une des directions de recherche de notre équipe est l'étude de circuits découpés dans ces monocouches d'atomes de carbone que l'on appelle graphène. C'est une direction de recherche fascinante et passionnante. En réalité, c'est la recherche scientifique en général qui est