CAP’VR : la réalité virtuelle pour enseigner et apprendre

Les usages pédagogiques du numérique sont intégrés dans les pratiques d’enseignement du Conservatoire national des arts et métiers (Cnam) depuis une trentaine d’années. Cette solide expérience a conduit un collectif d’enseignants-chercheurs à innover dans le domaine de la réalité virtuelle et à créer le jumeau numérique d’un laboratoire de travaux pratiques dédié aux enseignements dans les domaines des industries chimiques, agroalimentaires et pharmaceutiques : le projet CAP’VR (Chimie Agro Pharma Virtual Reality). Plusieurs disciplines sont concernées, notamment l’analyse chimique et bionalyse, l’agroalimentaire, la chimie moléculaire et formulation, les matériaux et le génie des procédés.
L’utilisation de nouvelles technologies immersives dans l’enseignement supérieur a montré un effet positif sur la qualité de l’apprentissage, notamment en agissant sur l’attitude des apprenants. Imaginé pour renforcer les enseignements pratiques, ce dispositif de réalité virtuelle permet de rendre les cours plus accessibles et plus attractifs pour l’ensemble de nos élèves.

Immersion, simulation et interaction

Le projet CAP’VR a pour objectif de développer un enseignement en immersion pour les métiers des industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires au moyen des nouvelles technologies de la réalité virtuelle et de la simulation expérimentale interactive.

Projetées dans des casques de réalité virtuelle, les modules pédagogiques immersifs permettent de mettre en situation les apprenants pour les sensibiliser à la sécurité en laboratoire, à la maîtrise des équipements de protection collective et individuelles, aux situations de danger, aux bonnes pratiques de manipulations courantes utilisés dans le laboratoire.
Ce dispositif pédagogique, développé à plusieurs niveaux (débutant, avancé ou expert), peut être utilisé dans n’importe quelle partie d’un parcours pédagogique, en amont, en aval, en autonomie ainsi qu’en mode évaluation.

Actuellement, plus d’une vingtaine d’institutions françaises, du lycée aux établissements d’enseignement supérieur, ont acquis les licences de modules pour les exploiter dans leurs propres cours. CAP’VR est aussi utilisé à l’étranger, notamment en Corée du Sud et aux États-Unis.

Un projet collaboratif

CAP’VR réunit des enseignants-chercheurs, des ingénieurs et techniciens pédagogiques, les équipes de la direction nationale des usages du numérique du Cnam et des partenaires du monde socioéconomique, tels que Mimbus et La Présence. 

Les équipes du Cnam

• Chimie vivant santé (analyse chimique et bioanalyse, chimie générale, chimie moléculaire et formulation, sciences et procédés pour l’industrie agro-alimentaire)
• Bâtiment, énergie (génie des procédés)  
• Électronique, électrotechnique, automatique et mesures (radioprotection)
• Ingénierie mécanique et matériaux
• Travail, orientation, formation, social (ergonomie) 
• Direction nationale des usages du numérique

Les étapes du projet

Le projet CAP'VR, débuté en 2019, poursuit son développement. Plusieurs étapes sont nécessaires pour scénariser, créer les infographies 3D et concevoir les modules immersifs et les vidéos à 360°.

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2019-2020 : CAP’VR remporte un appel à projet interne au Cnam

Douze enseignants-chercheurs, issus de six spécialités différentes dans les métiers des industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires (chimie générale, chimie organique et formulation, analyse chimique et bioanalyse, biochimie et agroalimentaire, chimie des matériaux et génie des procédés) créent un collectif et s’acculturent à la réalité virtuelle pour mieux appréhender ses enjeux dans le domaine de l’enseignement.

2020 : phases de démarrage et de cadrage, scénarisation, développement des infographies 3D et premiers modules de sécurité en laboratoire.

2021 : suite de la scénarisation et développement des infographies 3D des modules de manipulations courantes. Début du déploiement des modules immersifs avec les élèves des disciplines concernées.

2022 - 2025 : 5 heures de contenus immersifs sont créées. Développement en cours de nouveaux modules.

• Simulations immersives :
  - Entraînement aux gestes techniques simples dans le respect des normes de sécurité pour contrer certains dangers (tels que les coupures, inhalation de produits chimiques, projections, feu, explosion) et appréhender l’organisation de l’espace de travail
  - Manipulations permettant l'entraînement aux gestes professionnels selon différents scénarios (utilisation d’une balance de précision, montage à reflux, extraction liquide/liquide, chromatographie sur couche mince, évaporateur rotatif, chromatographie sur colonne)
• Vidéos à 360° : production de visites virtuelles et interactives du laboratoire (en cours de développement) : ces modules vidéos à 360° seront accessibles soit via la plateforme d'apprentissage Moodle, soit en utilisant les casques VR. Ils seront complémentaires aux modules immersifs

Les formations

En lien avec la thématique, près de quarante formations et diplômes sont proposés, du Bac+1 au niveau ingénieur.

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Bac+1
Certificat professionnel d’agent technique en laboratoire de chimie

Titre RNCP
Titre RNCP 5 (Bac+2) Technicien de laboratoire en chimie, biochimie, biologie

Diplômes
Licences sciences technologies santé, mention sciences et technologies 

• Parcours agro-Industries
• Parcours analyse chimique et bioanalyse
• Parcours chimie
• Parcours génie des procédés
• Parcours radioprotection

Master
Master sciences, technologies, santé mention génie des procédés et bioprocédés

Niveau ingénieur

• Diplôme d'ingénieur spécialité chimie - Parcours chimie moléculaire
• Dipôme d'ingénieur spécialité chimie - Parcours analyse chimique et bioanalyse
• Dipôme d'ingénieur spécialité matériaux - Parcours matériaux polymères
• Diplôme d’ingénieur matériaux en apprentissage
• Diplôme d'ingénieur spécialité génie des procédés - Parcours procédés chimiques
• Diplôme d'ingénieur spécialité agroalimentaire
• Diplôme d’ingénieur en génie nucléaire - Parcours radioprotection
• Diplôme d’ingénieur matériaux - En alternance en partenariat avec Ingénieurs 2000

Unités de travaux pratiques de différentes spécialités concernées par la virtualisation 

• Pratique des outils de contrôle en chimie : applications aux métiers de la santé et de la cosmétique
• Travaux pratiques : molécules organiques et polymères
• Chimie du végétal, du naturel et des actifs cosmétiques
• Chimie expérimentale 1 : initiation aux pratiques de laboratoire
• Chimie expérimentale 2 : pratiques avancées au laboratoire
• Chimie expérimentale 3 : pratiques élémentaires de la chimie organique
• Techniques d'analyse
• Projet expérimental : démarche analytique
• Pratique des outils d'analyse et de caractérisation des procédés chimiques
• Travaux pratiques (TP) Biochimie fondamentale
• TP Formulation et biochimie des aliments
• Pratique des outils de contrôle en agro-industrie
• TP Microbiologie alimentaire
• Radioprotection pratique
• Conception et mise en œuvre d’un projet expérimental dans le domaine des agro- ou bio-industries
• Caractérisation de matériaux

Publications

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Articles 

1. C. Cousquer. Enrichir l’expérience éducative : accessibilité des modules pédagogiques en réalité virtuelle pour un enseignement inclusif de la chimie. L'actualité chimique N° 496 Juillet - Août · Juillet 1, 2024

2. M. Sylla-Iyarreta Veitía ; M. Pommet, G. Miquelard Garnier, N. Lagarde, S. Khaoulani, F. Hauquier, J. L. Havet, C. Gomez, W. Guiga, Mathieu Gervais, R. Garcia, S. Dewez, C. Cousquer. CAP’VR, un projet collaboratif pour développer des travaux pratiques immersifs. Actualité chimique, n° 486, juillet-août 2023, p 37-45.

3. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer. L’intelligence collective au service de la virtualisation pour une pédagogie innovante au Conservatoire national des arts et métiers. La collection du numérique de l’Agence de Mutualisation des Universités et Etablissements (Amue) dont le thème est « Virtuels ? Vous avez dit virtuels dans le Sup' ?»., n° 26, avril 2023, p 24-25.

4. C. Facon, D. Baudry, M. Coffin, L. Cuvelier, S. Dewez, S. Fleury, S. Mraihi, S. Richir, L. Roucoules, M. Sylla, S. Fernagu. Livre Blanc JENII Enseigner avec des jumeaux numériques immersifs et interactifs 2023.

5. J. Augeri, M. Sylla. Tendance Hybride/HyFlex: mythe ou réalité ? Rapport de la délégation française à la conférence annuel EDUCAUSE 2022. Version anglaise disponible depuis mars 2023

6. C. Cousquer, T. Koscielniak et M. Sylla. Immersive Learning : XR Station, un espace de démonstration dédié, Rapport de la délégation française à la conférence annuel EDUCAUSE 2022. Janvier 2023.Version anglaise disponible depuis mars 2023

Les articles 4 et 5 font partie du Rapport de la délégation française à EDUCAUSE, 2022, Denver, EU

Ces travaux ont été présentés lors du séminaire de restitution de la délégation EDUCAUSE 2022, le 27 janvier 2023 au Cnam

Chapitre de livre 

S. Bourliataux-Lajoinie, M. Sylla Iyarreta Veitía ; T. Koscielniak. Jumeaux immersifs, quand la réalité virtuelle est utilisée pour enseigner la chimie au Cnam, l’expérience CAP’VR, chapitre de l’ouvrage « Pratiques pédagogiques innovantes : construire la pédagogie de demain » Editions EMS. Invitation en 2022 et publication du chapitre en juin 2024

Tables rondes invitées

1. Immersive Learning et déploiement dans l’ESR
Participants : Maité Sylla, Yannick Prie (U. Nantes), Aline Beca (Pôle Vinci), Léo Lanselle (Arts et métiers Paristech), Axelle Remy (Université de Lille), Dolly Ramella-Georget (U Rennes2)
3e Rencontres nationales de l'immersive Learning à Nantes. Mercredi 19 septembre 2024

2. La stratégie du Cnam et de ses partenaires (Remedis-Hesam) : présentations croisées et discussions.
Participants : Maité Sylla, Pascale Heurtel, directrice de la culture Scientifique et technique du Cnam ; Loic Petitgirard, directeur du laboratoire HT2S ; Matteo Merzagora, directeur du GIS Remedis ; Ghislaine Chartron, directrice de l’INTD ; Maité Sylla, Ecole doctorale Sciences et métiers de l’Ingénieur

Journée transversale de recherche, Sciences et Société : Origines, état des lieux, stratégie et perspectives, 17 octobre 2023

3. Rejoins la métaversité ! Comment les mondes virtuels immersifs révolutionnent la formation. Participants : Maité Sylla, Stéphanie Buisine, Emmanuelle Galichet, Simon Richir, Thierry Koscielniak
Laval Virtual Europe, 14 avril 2022. Le webinaire a été organisé techniquement par KOMODAL.

4. Le métavers dans tous ses états Pourquoi utiliser la technologie immersive pour enseigner au CNAM ?
Maité Sylla, Emmanuelle Galichet, Christian Cousquer, Thierry Koscielniak
Carrefour numérique, Cité de sciences. Mercredi 14 septembre 2022 

Conférences et séminaires invités

1. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Projet Chimie Agro Pharma (CAP’VR), Webinaire JENII : Des jumeaux numériques immersifs et interactifs comme nouveaux dispositifs pédagogiques, 27 septembre 2024.

2. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Développement des enseignements pratiques immersifs dans les disciplines de la chimie, l’agroalimentaire et la pharmaceutique. Projet CAP’VR, Séminaire régional annuel, Cnam Auvergne Rhône-Alpes, 12 septembre 2024.

3. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Projet CAP’VR : Développement des travaux pratiques immersifs pour les filières des industries chimique, pharmaceutique et agroalimentaire., Journées Société française de biochimie et de biologie moléculaire. Conservatoire national des arts et métiers, Paris, 23 novembre 2023,

4. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Pourquoi ? Innovation pédagogiques – exemple du jumeau numérique d’un laboratoire de Chimie Agro Pharma (CAP’VR). Colloque JENII « Métavers et Jumeaux numériques. Les technologies immersives au service de la formation ». Bibliothèque François-Mitterrand, Paris, 23 mars 2023.

Communications orales

1. M. Sylla-Iyarreta Veitía, L’usage des jumeaux numériques au Cnam: Focus sur le projet CAP’VR, travaux pratiques immersifs, pour les filières des industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires Troisième séminaire Cnam / EHESP, 22 mars 2024 au Cnam.

2. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer, S. Dewez, R. Garcia, M. Gervais, W. Guiga, C. Gomez, J-L Havet, F. Hauquier, K. Sohayb, N. Lagarde, G. Miquerlard Garnier, M. Pommet. Comment le Cnam renforce l’enseignement pratique dans les disciplines de la chimie, l’agroalimentaire et la pharmaceutique grâce à la Réalité Virtuelle (CAP’VR) Trois sessions d’atelier avec présentation oral JIREC, Dourdan, 23-26 janvier 2024.

3. M. Sylla-Iyarreta Veitía CAP’VR « Chimie Agro Pharma Virtual Reality » : un projet collaboratif au Conservatoire national des arts et métiers pour développer des travaux pratiques immersifs. Journées des Pédagogies et des Réalités Immersives. Clermont Ferrand, 30 et 31 octobre 2023.

4. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Les enseignements immersifs au Cnam : développement des travaux pratiques virtuels pour les filières des industries chimique, pharmaceutique et agroalimentaire, Journée Portes Ouvertes au Cnam, Paris, 16 septembre 2023

5. M. Sylla-Iyarreta Veitía, M. Pommet, G. Miquelard Garnier, N. Lagarde, S. Khaoulani, F. Hauquier, J. L. Havet, C. Gomez, W. Guiga, Mathieu Gervais, R. Garcia, S. Dewez, C. Cousquer Immersive technology for food science education: digital twin laboratory, safety and experimental modules for practical works. 7th International ISEKI-Food Conference, 5-7 juillet 2023.

Ateliers avec présentation orale

1. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer, Benjamin Roecker, Anais Texier, Marion Pommet, Wafa Guiga, et CAP’VR consortium. Présentation du dispositif CAP’VR. Animation des deux ateliers avec présentation au Village de l’industrie, Cité des sciences, 29 novembre 2024.

2. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer. La réalité virtuelle au service de la chimie. Animation des deux ateliers avec présentation aux journées 8e journées de l’association Réseau Analyse, Synthèse et Formulation (RASF), ENCPB, 22-23 novembre 2024.

3. M. Sylla-Iyarreta Veitía, Projet CAP’VR : Développement des enseignements pratiques immersifs dans les disciplines de la chimie, l’agroalimentaire et la pharmaceutique, 3èmes Rencontres nationales de l'immersive Learning à Nantes, 19 septembre 2024

4. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer, Antoine Auchet, Benjamin Roecker, Anais Texier, et CAP’VR consortium. Atelier Immersif CAP’VR : Exploration des Métiers des Industries Chimiques, Pharmaceutiques et Agroalimentaires Animation des trois ateliers avec présentation aux journées « Printemps des compétences et métiers à venir », Cité des sciences, 23-24 avril 2024.

5. M. Sylla-Iyarreta Veitía, C. Cousquer, C. Gomez, et CAP’VR consortium. Comment le Cnam renforce l’enseignement pratique dans les disciplines de la chimie, l’agroalimentaire et la pharmaceutique grâce à la Réalité Virtuelle (CAP’VR). Animation des trois ateliers avec présentation JIREC, 23-26 janvier 2024.

6. F. Hauquier, R. Garcia, C. Gomez, C. Haustant, A. Auchet, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía.et CAP’VR consortium. L’atelier Chimie Agro Pharma (CAP’VR) : à la découverte du métier du chimiste Village de la Chimie, Paris Montreuil Expo, 1-2 mars 2024.

Posters

1. C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitia M., and CAP’VR consortium, Development of accessibility in digital twins in virtual reality for education: two study cases. EDUCAUSE Annual Conference, Octobre, 2024, San Antonio, USA

2. K. BerkalouV. Caqueret, J. L. Havet, W. Guiga, Guiga, C. Haustant, L. Bertrand, N. Habay, M. Pommet, G. Miquelard Garnier, N. Lagarde, S. Khaoulani, F. Hauquier, C. Chapet, C. Gomez, M. Gervais, R. Garcia, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía. Technologies immersives pour l’enseignement des travaux pratiques en génie des procédés : jumeau numérique d’extraction liquide/liquide. SFGP 2024 : 19e congrès de la Société Française de Génie des Procédés, 15-17 Octobre, Deauville, France

3. V. Caqueret, J. L. Havet, W. Guiga, C. Haustant, L. Bertrand, Habay Nicolas, M. Pommet, G. Miquelard Garnier, N. Lagarde, S. Khaoulani, F. Hauquier, C. Gomez, Mathieu Gervais, R. Garcia, S. Dewez, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía. Development of immersive modules of safety and pilot equipment for practical works in Process Engineering Education. 14 European Congress of Chemical Engineering and 7th European Congress of Applied biotechnology, 17-21 septembre. Berlin 2023.

4. Cousquer C., Koscielniak T., Sylla M., Pommet M., Miquelard-Garnier G., Lagarde N., Khaoulani S., Horellou T., Hauquier F., Havet J.-L., Haustant C., Gomez C., Gervais M., Garcia R., Dewez S., Corsyn N., Chapet C., Caqueret V., Guiga W., Amara Z. Feedback from Teaching and Learning with an Immersive Digital Twin of a Chemistry Lab. Educause Annual Conference, 25-28 octobre 2022, Denver, USA.

5. T. Koscielniak, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía et al. GESTE’VR: An immersive twin of a chemistry laboratory in virtual reality. EDUCAUSE, juin 2022 › ELI – Panel online et Poster, San Diego, EU.

6. T. Koscielniak, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía et al. GESTE’VR, un laboratoire de chimie en réalité virtuelle pour l’apprentissage des gestes métier en Chimie › Déc. 2021 › ESN, Journée scientifique autour des Environnements de Simulation Numérique et leurs apports à la pédagogie universitaire.

7. T. Koscielniak, C. Cousquer, M. Sylla-Iyarreta Veitía, E. Galichet, M. Debacq, T. Horrelou , N. Corsyn, J. Leborgne, Z. Amara, V. Caqueret, C. Chapet P. Fravalo, R. Garcia, M. Gervais, C. Gomez, F. Hauquier, J-L Havet S. Khaoulani, N. Lagarde, G. Miquelard, Garnier, M. Pommet . Immersive Training Experience Projects in High Education: feedbacks and prospectives. EUNIS 2021, Annual Congress, Greek Universities Network, Athènes Grèce, 9-11 juin 2021.