Chime générale

Projet CAP’VR - Quand la réalité virtuelle s’invite en cours de chimie

cecile.coutu@lecnam.net (Cecile COUTU) — Tue, 15 Feb 2022 23:00:00 GMT

Les confinements successifs n’auront pas eu raison de la volonté des promoteurs du projet CAP’VR, pour Chimie Agro Pharma Virtual Reality. Après deux ans d’efforts et 36.000 premiers euros investis*, la réalité virtuelle s’invite donc au cœur des cours de chimie du Cnam. L’impossible va devenir possible, à savoir réaliser des expériences qui, sans cet outil, n’étaient pas faisables jusque-là. On sait que la manipulation des produits chimiques peut être dangereuse. Avec la réalité virtuelle, apprendre des gestes techniques en toute sécurité va devenir beaucoup plus simple.

Ce projet, porté par l’équipe pédagogique nationale Chimie-vivant-santé, et plus particulièrement par Maité Sylla, professeure des universités, n’est cependant pas une première au Cnam. Ni même une dernière! Les formations en nucléaire sont déjà pourvues d’instruments de réalité virtuelle, permettant notamment de s’immiscer au cœur d’une centrale. Et bientôt, ce sera au tour des équipes pédagogiques s’intéressant à la thématique de la voiture électrique!

Le développement de cette formation virtuelle interactive en chimie n’en est qu’à ses balbutiements. Bien d’autres travaux pratiques immersifs sont à l’étude, et bientôt deviendront le lot quotidien (ou presque) des élèves. Grâce à l’accompagnement de la direction nationale des usages du numérique, la société Mimbus et le pôle de compétences Immersive Learning Lab (i2L), se sont mobilisés pour apporter leur expertise et retranscrire les idées de l’équipe enseignante pour renforcer la compétitivité et l'intérêt de ses cours. Trois maîtres mots pour réussir ce projet : imaginer, intéresser, transmettre. Transmettre le savoir et rendre la chimie accessible au plus grand nombre. Y compris aux centres Cnam en région, bientôt associés à cette modalité d’enseignement de plus en plus présente.

* La seconde partie du projet, Geste’VR, est financée par le conseil régional d’Île-de-France pour la période 2020-2023.

INTERVIEW DE MAITÉ SYLLA, PROFESSEURE DES UNIVERSITÉS, PORTEUSE ET RESPONSABLE PÉDAGOGIQUE DU PROJET CAP’VR

Pour commencer, parlons chimie pour bien planter le décor. Il existe plusieurs disciplines de la chimie. Quelles sont celles qui sont enseignées au Cnam?

Le Cnam dispense des cours dans plusieurs disciplines liées à la thématique chimie : analyse chimique et bioanalyse ; chimie générale ; chimie moléculaire et formulation, chimie des matériaux, industries agroalimentaires et génie des procédés. Toutes ces matières concernent les métiers des industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires. Trois équipes pédagogiques nationales, au sein de l’établissement, sont concernées par l’enseignement de la chimie, quelle que soit son orientation : Chimie-vivant-santé ; Ingénierie mécanique et matériaux ; Bâtiment et énergie. La chimie au sens large est une science transverse qu’on retrouve dans bien des domaines.

Revenons à présent au sujet qui nous préoccupe : la réalité virtuelle appliquée au cours de chimie du Cnam (voir les vidéos de démonstration ci-contre). Quelles expériences pensez-vous pouvoir rendre possibles, à commencer par celles qui sont impossibles aujourd’hui du fait de la dangerosité du sujet dans des conditions réelles?

Les premiers modules immersifs que nous avons développés concernent la sécurité au laboratoire. Ils permettent aux élèves de maîtriser plus rapidement les compétences clés et les bons automatismes en termes de procédures de sécurité. Cela réduit l’appréhension lors du passage à la phase d’apprentissage en condition réelle. Ces modules sont constitués de plusieurs exercices, avec des mises en situation afin d’acquérir les bons réflexes face à différents risques pouvant se produire dans un laboratoire : coupures, inhalation de produits chimiques, projections.

Une approche d’apprentissage progressif sera proposée avec trois niveaux : débutant, avancé et expert. Sans prendre aucun risque, l’apprenant pourra par exemple assimiler le danger de certains produits et l’utilisation du matériel. Il sera possible de répéter à l’infini et de manière ludique l’expérience pour apprendre au mieux la manipulation et maîtriser ensuite, plus facilement, le geste dans le monde réel.

De nouveaux modules sont en cours de développement afin d’entraîner les élèves à certaines manipulations courantes en laboratoire: utilisation d’une balance de précision, extraction liquide-liquide, dosages, préparation de solutions, réalisation d’un montage à reflux, etc.

Lorsque votre équipe a pensé au déploiement de la réalité virtuelle, quels étaient les objectifs et visées en termes pédagogiques?

L’idée de départ était d’imaginer des travaux pratiques immersifs pour valoriser notre environnement scientifique. En termes pédagogiques, notre premier objectif était l’initiation et l’entraînement à un apprentissage des gestes professionnels dans un laboratoire de chimie. En toute sécurité, comme je l’ai déjà dit. Nous avions également le souhait d’améliorer la diffusion et l’impact de nos enseignements, ainsi que l’accessibilité de ceux-ci au plus grand nombre.

Comment allez-vous déployer concrètement ce concept de réalité virtuelle appliqué à la chimie dans vos enseignements?

Les modalités de déploiement de nos modules immersifs sont encore à l’étude. Mais nous envisageons d’ores et déjà un parcours multimodalités, ce qui signifie que les modules de travaux pratiques virtuels pourront être utilisés en amont, pendant et/ou après la formation :

En amont : en tant que support des cours et découverte des laboratoires où se dérouleront les TP.
Pendant : les modules pourront s’intégrer pendant le déroulement des travaux pratiques via un travail collaboratif avec un usage à plusieurs.
Après : les modules pourront être utilisés pour faire des révisions et/ou évaluations des TP.

À chaque stade, l’utilisation de ces modules en autonomie sera également possible dans des conditions matérielles qui restent encore à définir (salle ou personnel dédiés).

Enfin, avez-vous d’autres projets d’avenir pour rendre la pédagogie encore plus ludique et immersive?

CAP’VR fait partie d’un projet plus global, il est l’un des quatre projets d’innovation pédagogique portés par le Cnam dans ce cadre-là. À l’avenir, cela nous permettra de développer de nouveaux modules thématiques personnalisés dans le domaine des matériaux, de l’analyse et du génie des procédés. La méthodologie de travail et l’expérience déjà acquise seront mises à profit pour le projet CAP’VR 2.0. Il s’agit d’aller encore plus loin : déploiement des premiers supports virtuels et l’étude de leur développement du niveau bac+1 au niveau ingénieur ; création de parcours personnalisés pour les élèves et de nouveaux contenus intégrant au projet de nouvelles disciplines.

Cycle de conférences "Vous avez dit génie des procédés ?" - Deux problématiques de modélisation dynamique en génie des procédés. Illustration par quelques exemples par Christian Jallut

Mon, 02 Dec 2013 23:00:00 GMT

Au cours de cet exposé, on présentera deux problématiques pour lesquelles on est conduit à proposer une modélisation dynamique d’un système physico-chimique ou d’un procédé :

méthodes transitoires de mesure : en réalisant une expérience dynamique, on peut accéder à la valeur de certaines propriétés qui apparaissent comme paramètres d’un modèle dynamique d’un système physico-chimique. Cette approche est très utilisée en transferts thermiques (méthode « flash » par exemple) et en transfert de matière et thermodynamique (méthode de la chromatographie inverse). On obtient les valeurs recherchées par ajustement paramétrique du modèle sur les résultats expérimentaux. On illustre cette approche par l’exemple de la caractérisation dynamique du transfert de matière dans un système membranaire ;

modélisation dynamique pour la commande : on développe un modèle dynamique d’un procédé comme outil d’aide à la mise au point d’un système de commande. Il s’agit en général de modèles à l’échelle macroscopique, adaptée à la problématique de la commande. Deux exemples sont décrits : modélisation de l’opération d’extrusion réactive, modélisation d’une pompe à chaleur.

À l’occasion de la description des modèles dynamiques illustrant ces problématiques, on illustrera aussi la méthodologie de modélisation dynamique en génie des procédés.

Cycle de conférences "Vous avez dit génie des procédés ?" - L’innovation "systématique" : la quête du Graal en génie des procédés et en génie industriel ? par Jean-Marc Le Lann

Sat, 30 Nov 2013 23:00:00 GMT

Dans cette contribution, nous nous proposons de passer en revue les concepts, méthodes et outils en vue du management de l’innovation “technologique” avec une approche duale tirée à la fois des sciences humaines et sociales (SHS) ainsi que des sciences dites ”dures”. Le but recherché est ici de rendre autant que faire se peut l’innovation plus systématique.
En un mot : « faire de tout futur ingénieur, scientifique et chercheur dans nos métiers et plus particulièrement dans les métiers des arts chimiques et technologiques (chimie, matériaux, génie chimique, génie des procédés et informatique, génie industriel) un innovateur en puissance ou tout un moins, un être ingénieux ».

Cycle de conférences - Un ingénieur Cnam en génie des procédés : pour quoi faire? Comment bien le former?

Mon, 22 Apr 2013 13:27:00 GMT

Avec Jean-Léon Houzelot, professeur à l'Ensic (Nancy) et membre de la Commission des titres d'ingénieur (CTI) ;
Éric Schaer, professeur à l'Ensic (Nancy) et président du groupe de travail Formation de la Société française de génie des procédés (SFGP) ;
des invités industriels et anciens élèves (de Arkema, Covance, Sanofi, Solvay, Technip, Veolia...).
Animé par Laurent Prat, professeur et directeur des relations industrielles à l'Ensiacet (Toulouse).

Entrée libre
Public : amateur de sciences industrielles (ingénieurs, techniciens, enseignants, élèves en formation scientifique...)

Conférence - Vous avez dit le génie des procédés modernes «verts»?

Mon, 18 Feb 2013 14:31:00 GMT

►Revoir la conférence en vidéo :

Aujourd’hui l’industrie chimique et les industries connexes (pétrochimie, industries de santé, cosmétique, alimentaire, environnement, textile, papier, verres, bitume, sidérurgie, nucléaire, matériaux de construction, électronique) font face à des exigences et des contraintes sans précédent : globalisation des marchés, développement durable, protection de l’environnement, économies et demandes de nouvelles sources d’énergies, produits first on the market et demandes de nouvelles technologies et procédés durables.

En parallèle, la connaissance chimique croît aussi rapidement et le taux de découverte augmente chaque jour.

Ainsi aujourd’hui plus de 14 millions de composés chimiques peuvent être synthétisés, 100 000 peuvent être trouvés sur le marché, mais seulement quelques pourcents d’entre eux se trouvent dans la nature et donc la plupart doivent être délibérément conçus, formulés, synthétisés et fabriqués pour satisfaire notre soif de connaissance, pour tester une idée ou bien encore pour répondre au besoin de l’humanité.

En effet un grand nombre de demandes du XXIe siècle concernent le développement de biomatériaux, le relargage de médicaments, les bio nanotechnologies, la conversion de la biomasse et la synthèse de biocarburants de 1ère, 2ème et 3ème génération (essences, gasoils, production de H2), la séquestration du CO2, l’utilisation des liquides ioniques et systèmes aqueux bi phasiques, la préparation de nano particules, etc.

Et si au début des années 70, la durée de demi-vie d’innovation d’un produit (temps d’accès au marché) était d’environ 10 ans, maintenant une année est souvent considérée comme un temps long, conséquence de la compétition croissante qui règne sur le marché. Par suite le génie chimique et plus généralement le génie des procédés doivent répondre à deux impératifs : produire beaucoup plus en consommant beaucoup moins, et produire plus durable. Mais comment ?

Et tout d’abord, qu’est-ce donc que ce « génie des procédés » ? De la chimie? De la physique ? Les deux ? Ou bien encore une autre science ?

Le génie des procédés est la science de l’ingénieur qui concerne le développement de concepts scientifiques, de méthodologies et de technologies pour maîtriser les transformations physico-chimiques et biologiques des matières premières et de l’énergie en des produits utiles au consommateur pour leurs propriétés d’usage.

Cette science permet de mieux comprendre, concevoir, dessiner, construire, extrapoler à l’échelle industrielle et de faire fonctionner de façon optimale les procédés et les technologies de production de produits requis par des consommateurs devenus de plus en plus exigeants sur la qualité des produits et sur leur procédé de production.

Et pour répondre aux besoins des industries chimiques et annexes qui doivent satisfaire à la fois ces demandes économiques changeantes et rester mondialement compétitives, le génie chimique et des procédés moderne doit appréhender à la fois la demande des marchés pour des produits à propriétés d’usage ciblées et définies aux nano et micro échelles de temps et d’espace (dimension, granulométrie, goût, succulence, propriétés sensorielles, (pico, nano, micro) émulsions mono disperses, etc.), et les contraintes sociales et environnementales des procédés industriels aux échelles meso et macro de production (procédés zéro pollution, zéro accident, zéro défaut).

Cela requiert une démarche scientifique comportant une approche système intégré multidisciplinaire et multiéchelle de longueur et de temps, appliquée aux différents processus moléculaires et de transferts, complexes, simultanés et souvent couplés qui interviennent aux différentes échelles de la chaîne de production chimique : c'est-à-dire bien comprendre comment les phénomènes à une échelle donnée déterminent les propriétés et comportements à l’échelle supérieure et ce, depuis l’échelle moléculaire jusqu’aux échelles du site de production.

De façon visionnaire cette approche intégrée multiéchelle « molécule-produit-procédé » pourrait concerner la conception d’une raffinerie, d’un site pétrochimique ou d’un site sidérurgique à partir des équations de Schrödinger !

Mais dès aujourd’hui cette approche scientifique moderne du génie chimique et des procédés, « l’approche verte du génie des procédés », est fortement mobilisée sur le génie du couple produits chimiques verts/procédés verts et durables (i.e. couple chimie verte/procédé vert) et sur l’intensification des procédés pour produire « durablement » des molécules aux enjeux environnementaux et économiques, c'est-à-dire pour produire beaucoup plus et mieux en consommant beaucoup moins avec des technologies innovantes qui permettent une meilleure utilisation des matières premières et de l’énergie : ainsi dans cette perspective le génie des procédés moderne est totalement mobilisé et imbriqué dans la conception de l’usine du futur.

Cycle de conférences - Principes et applications de l’intensification en génie des procédés

Mon, 18 Feb 2013 14:31:00 GMT

L’intensification des procédés consiste, par le développement de méthodes, de techniques et d’appareils adaptés, à concevoir des procédés plus compacts et plus économiques dont la capacité de production est de plusieurs fois supérieure à celle d’un procédé conventionnel. Cette définition se résume de manière très synthétique par « faire plus avec moins ». L’intensification s’inscrit dans un contexte de développement durable et répond donc à des enjeux :
- environnementaux, par la mise au point de procédés plus sûrs, moins consommateurs d’énergie, de matières premières et de solvants, et moins polluants ;
- économiques, grâce essentiellement à la miniaturisation qui permet de réduire l’intensité capitalistique des procédés, de diminuer la durée et donc le coût des phases de conception et d’extrapolation. L’intensification est génératrice de nouveaux modèles économiques ;
- sociétaux, provenant des avantages techniques et économiques qui contribuent à la compétitivité de l'industrie chimique. La diminution des étapes de conception et d’industrialisation accélère la mise sur le marché de nouvelles molécules et nouveaux produits. Les technologies intensifiées permettent de réaliser des produits de meilleure qualité ou même de nouveaux produits plus techniques.
L’idée d’intensification des procédés est également fortement liée à la technologie de systèmes microstructurés qui ouvre parallèlement de nombreuses perspectives pour la élaboration de nouveaux produits (en particulier particules, capsules, etc.) dont la taille et la morphologie peuvent être contrôlée grâce à la micro- fluidique.
La conférence présente les principes généraux de l’intensification, et en particulier de l’intensification par microstructuration, illustrés par différentes applications dans le domaine de la chimie et de l’énergie.

Public amateur de sciences industrielles : ingénieurs, techniciens, enseignants, élèves en formation scientifique, élèves
Entrée libre