# Dynamiser l'enseignement des appareillages en spectroscopie : l'intégration d'un jeu sérieux - Spectrowave

Anne-Cécile Ribou, Michaël Canu

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Anne-Cécile Ribou, Michaël Canu. Dynamiser l'enseignement des appareillages en spectroscopie : l'intégration d'un jeu sérieux - Spectrowave. 16 colloque de l'Enseignement des Technologies et des Sciences de l'Information et des Systèmes (CETSIS 2025), Jun 2025, Perpignan, France. pp.19, 10.1051/j3ea/20250019 . hal-05418650

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Submitted on 23 Jan 2026

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# Dynamiser l'enseignement des appareillages en spectroscopie :
l'intégration d'un jeu sérieux - Spectrowave

Anne-Cécile Ribou<fnref n="1" />,<fnref n="2" />*, Michaël Canu<fnref n="3" />,<fnref n="4" />

**Résumé** : Afin de faciliter l'apprentissage et accroître l'intérêt, l'implication et la motivation des étudiants, un jeu sérieux basé sur un jeu de plateau a été introduit en L3 et M1. Cet « edugame » permet aux étudiants d'acquérir des connaissances sur les composants et le fonctionnement des appareils de spectroscopie les plus couramment utilisés en laboratoire d'analyse. Dans cet article, nous présentons l'évolution de ce jeu, de sa version sur un plateau physique à une version numérique jouable en ligne et en distanciel. Enfin, nous discuterons des améliorations apportées, notamment l'ajout d'interactions en séance, qui se sont révélées essentielles pour maintenir l'engagement des étudiants.

**Mots clés** : Jeu sérieux, Pédagogie universitaire, Appareillage de spectroscopie, Jeu de plateau, Enseignement à distance.

## Abstract: Revitalizing the Teaching of Spectroscopy Equipment: The Integration of a Serious Game - Spectrowave

To enhance learning and strengthen student interest, involvement, and motivation, a serious game was introduced at the L3 and M1 levels. This game enables students to develop knowledge of the components and functioning of the spectroscopy instruments most commonly used in analytical laboratories. In this article, we describe the evolution of the game, from its initial physical board format to its digital version, which can be played online and remotely. We also discuss improvements implemented over time, particularly the addition of interactions during sessions, which have proven essential for maintaining student engagement.

<footnote n="1">¹ Espace-Dev, Univ. Perpignan Via Domitia, Bat. B, 52 av. Paul Alduy, 66860 Perpignan, France</footnote>

<footnote n="2">² Espace-Dev, UMR 228, Univ. Montpellier, UPVD, IRD, Montpellier, France</footnote>

<footnote n="3">³ Laboratoire de Didactique André Revuz, UR 4434, Université Paris Cité, Paris, France</footnote>

<footnote n="4">⁴ Service Platinum, Univ. Perpignan Via Domitia, perpignan, France</footnote>

<footnote>*Auteur de correspondance : ribou@univ-perp.fr</footnote>
**Keywords:** Serious game, Higher education, Spectroscopy, Laboratoty equipment, Board game, Distance learning.

# 1. Introduction

La spectroscopie est enseignée à l'Université dans de nombreux domaines, de la physique fondamentale aux applications pratiques en chimie, biotechnologie, sciences de l'environnement ou science pharmaceutique. La spectroscopie permet l'analyse d'échantillons et la quantification d'atomes, de molécules, de biomolécules ou encore de contaminants d'intérêt. Au sens large, la spectroscopie étudie les interactions entre différents types de rayonnements et la matière. Le terme « spectrométrie » désigne plus précisément l'instrumentation et les mesures associées à ces analyses.

L'interprétation des spectres - obtenus par absorption ou émission de rayonnement - repose sur des appareils spécialisés, dont la compréhension et la manipulation constituent un objectif clé de la formation universitaire. Toutefois, l'approche classique en cours magistral, qui présente ces instruments composant par composant, peut vite devenir rébarbative. Pour y remédier, nous avons introduit, il y a une dizaine d'années, un jeu sérieux afin de rendre cet apprentissage plus interactif et stimulant. En effet l'usage du jeu dans l'enseignement supérieur a en effet montré des bénéfices notables, même au niveau universitaire [1], et plusieurs exemples de jeu sérieux ont été décrits dans la littérature, accompagnés de recommandations pour une conception efficace [2].

Le jeu présenté ici, initialement conçu sous forme de plateau physique, a depuis été informatisé. Il est désormais disponible sous le nom Spectrowave, développé par le Consortium Ikigai Games for Citizens. Il vise à renforcer l'apprentissage de la spectroscopie en associant l'usage des instruments à une meilleure compréhension de leur fonctionnement.

# 2. Contexte

Les appareillages utilisés en spectroscopie occupent une place centrale dans la pratique analytique. Ceux présentés ici reposent principalement sur une séparation dispersive du signal, c'est-à-dire la décomposition du rayonnement initial selon ses différentes longueurs d'onde. Parmi ces appareils figurent les spectrophotomètres (UV-visible) mono et double-faisceaux, le spectromètre infrarouge (IR), le spectromètre d'absorption atomique (AA) et d'émission de flamme (EF), ainsi que le spectromètre de fluorescence. Il convient toutefois de souligner que la spectroscopie infrarouge moderne adopte désormais une approche différente : l'interférométrie. Celle-ci permet de collecter simultanément toutes les longueurs d'onde du rayonnement, comme dans le cas de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF).

## 2.1. Modalités d'enseignement classique

Initialement, l'enseignement des six types d'appareillages spectroscopiques était reparti en quatre cours distincts : spectroscopie infrarouge, spectroscopie atomique, spectroscopie d'absorption UV-visible et spectroscopie de fluorescence. Chaque instrument y était présenté pendant une quinzaine de minutes dans chaque cours. Par la suite, ce dispositif a été modifié
pour regrouper l'ensemble des contenus sur les appareillages dans un seul cours. L'objectif était de mettre en évidence les similitudes fondamentales entre ces dispositifs, tous utilisés lors des travaux pratiques. Cette approche comparative a été renforcée par l'introduction, aux examens, de questions portant sur les similitudes et différences entre deux appareillages parmi les six étudiés. Cependant, ce format magistral, concentré sur une séance entière, s'est révélé peu motivant, tant pour les étudiants que pour l'enseignant. Une réflexion a donc été menée pour rendre cet enseignement plus dynamique et engageant.

## 2.2. Les jeux sérieux

Le jeu sérieux, ou serious game, est de plus en plus promu à tous les niveaux de l'éducation. Il se positionne comme un outil pédagogique prometteur dans l'enseignement de beaucoup de disciplines, des sciences humaines aux sciences juridiques, en passant par les sciences expérimentales comme la chimie-physique, combinant apprentissage et ludification pour favoriser l'engagement et la compréhension. Ces jeux permettent aux apprenants de manipuler des concepts complexes, tels que les réactions chimiques ou les propriétés des matériaux, dans un environnement interactif et immersif (non nécessairement en réalité virtuelle). Par exemple, des initiatives comme "Professeur Chaos" de l'académie de la Réunion, ou "Le prisonnier quantique" du CEA offrent des simulations pratiques qui renforcent les compétences expérimentales tout en stimulant la curiosité scientifique (plusieurs exemples sur le site de l'AMU [3]). Les recherches montrent que les jeux sérieux peuvent augmenter significativement la motivation intrinsèque des élèves en dédramatisant l'erreur et en valorisant l'autonomie, ce qui améliore leur estime de soi et leur engagement actif [4]. De plus, ces outils pédagogiques peuvent favoriser une meilleure rétention des concepts grâce à un apprentissage expérimental actif et à la rétroaction immédiate. Enfin, leur capacité à intégrer des scénarios concrets rend l'enseignement plus attractif, tout en permettant une différenciation pédagogique adaptée aux besoins individuels [5]. Ces résultats soulignent le potentiel des jeux sérieux pour transformer l'enseignement de la chimie-physique en une expérience plus dynamique et efficace, moyennant la prise en compte de leurs limites. Il est en particulier important de bien évaluer le gain de cette approche par rapport à un enseignement plus « classique » qui permettrait sans doute d'aller plus loin au niveau conceptuel mais de manière plus « laborieuse ». Il s'agit d'une modalité complémentaire qui demande à être bien intégrée au reste du cours au même titre qu'un TD ou un TP plus traditionnel.

## 3. Le Jeu

Le jeu a été initié lors d'ateliers organisés par l'Université de Perpignan, dans le cadre de formations aux méthodes de pédagogie innovante.

But du jeu : Le jeu consiste à positionner des cartes sur un plateau, chaque plateau complété représentant un appareil de spectroscopie. Au total, six appareils doivent être complétés.

Contenu du jeu : Le jeu se compose d'un plateau de 9 cases, 3 x 3, de 19 cartes représentant les différents composants et contenus disponibles, et de 2 marqueurs symbolisant un échantillon et une référence.
Composants proposés : Cristal pyroélectrique, Diviseur de faisceau, Hacheur rotatif, Interféromètre de Michelson, Lampe de deutérium, Lampe à cathode creuse, Lampe à arc au xénon sous haute pression, Lampe quartz halogène, Monochromateurs (x2), Photomultiplicateur (x2), Solide inerte (zirconium et terres rares) porté à haute température. Deux miroirs sont également disponibles et nécessaires pour organiser les composants dans les 9 cases du plateau.

Contenants proposés : Cuve en quartz/verre/plastic (x 2), support NaCl/KBr, Four à graphite, Flamme.

**3.1. Plateau physique**

Le jeu a été déployé pour la première fois auprès d'étudiants de L3 réunis en amphithéâtre, issus de formation variées : « Science de la vie et de la terre » et « Science pour l'ingénieur », avec des parcours en Géosciences, Sciences de l'environnement, Physique-Chimie ou Energie-Matériaux.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1.** Jeu dans sa version physique (A)Plateau de jeux (B) composants, contenants et marqueurs. (C) Plateau de jeux complété pour le spectrophotomètre double faisceau</figcaption></figure>

Sa mise en œuvre a nécessité la préparation matérielle de 70 pochettes. Chacune contenant un plateau de jeu (Figure 1A), ainsi qu'un ensemble de 1400 cartes et 140 marqueurs (Figure 1B). Six couleurs de plateaux ont été utilisées, chacune correspondant à un appareil spécifique. Pour faciliter la prise en main, une case « début » est matérialisée. Seul le spectrophotomètre à double faisceau utilise la totalité des cases disponibles (Figure 1C). Le jeu était conçu pour durer 60 minutes et se déroulait en trois phases distinctes.

Phase1 : des groupes de six étudiants, partageant la même couleur de plateau, complétaient chacun un appareil, puis validaient leur travail collectivement.

Phase2 : les étudiants se déplaçaient pour former de nouveaux groupes, cette fois composés de représentants de chaque couleur de plateau. Ils comparaient alors les similitudes et différences entre les diffé-rents appareillages.

Phase3 : un débriefing permettait à chaque groupe d'une même couleur de présenter un appareillage au tableau et d'échanger avec l'enseignant à travers des questions-réponses.
Cette séance a été globalement bien accueillie par les étudiants. Le principal défi pour l'enseignant a été de gérer efficacement la formation et la reformation des groupes dans un temps limité.

## 3.2. Version numérique Spectrowave

Le passage à une version numérique (Figure 2) a été rendu possible grâce au Pôle d'Accompagnement à la Pédagogie et au Numérique de l'Université de Perpignan (PAPN-Platinum), dans le cadre du projet d'investissement d'avenir Prométhée, en collabora-tion avec le Consortium Ikigai Games for Citizens. Le projet Ikigai développe un portail d'outils d'innovation pédagogique et de jeux vidéo éducatifs gratuits, à destination de l'enseignement et le grand public. Soutenu par les ministères de l'Enseignement Supérieur et de l'Éducation Nationale, adossé à la recherche, il est porté par l'association à but non-lucratif Games for Citizens, en lien avec un large réseau d'acteurs académiques, éducatifs et industriels.

Le jeu Spectrowave est désormais accessible en ligne, avec ou sans installation locale [6]. Il a d'abord été expérimenté par des étudiants de L3 « Sciences, technologies, Santé » mention Physique, Chimie. Une nouvelle fonctionnalité a été intégrée cette année : la connexion via les identifiants de l'Université, permettant de suivre et d'analyser l'engagement des étudiants.

La version numérique reprend la structure du plateau physique, avec une case départ imposée représentant l'unique position possible pour un compo-sant de type « Source ». Les cartes ont été entièrement redessinées, et leurs fonctionnalités précisées afin d'optimiser la jouabilité (Figure 2B). Les composants sont désormais répartis en trois sous-groupes.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2.** Jeu dans sa version informatisé (A) Plateau de jeux (B) Sources, composant génériques, et contenants. (C) Plateau complété pour le spectrophotomètre double faisceau</figcaption></figure>

Le sous-groupe « Sources » regroupe les éléments à placer obligatoirement sur la première case. Un défi particulier a concerné la classification de la flamme, dont le rôle diffère selon les appareils : indispensable comme source (de chaleur) dans le spectromètre d'émission de flamme (EF), elle joue un rôle de contenant dans le spectromètre d'absorption atomique (AA). Cette ambiguité, absente dans la version physique du jeu, a conduit à retenir la flamme comme source pour l'EF, et à l'associer à un four à graphite comme contenant pour l'AA. Une définition claire de ces éléments a été intégrée à la carte du four à graphite.
Le sous-groupe « Contenants » a été précisé : il inclut désormais les cuves spectroscopiques à deux faces polies pour l'absorption UV-visible, et celles à quatre faces polies pour la fluorescence.

Tous les autres éléments sont regroupés sous le sous-groupe « Composants génériques », offrant une flexibilité d'utilisation accrue. Ces composants peuvent être placés autant de fois que nécessaire, permettant ainsi de créer différentes configurations pour un même appareil. Par exemple, si le spectro-photomètre à double faisceau ne propose qu'une seule configuration possible (Figure 2C), d'autres appareils offrent plusieurs variantes, allant de la plus simple à la plus inattendue (Figure 3).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3.** Plateau complété pour le spectromètre d'émission de flamme dans la version informatisée du jeu (A) Quatre composants sur quatre cases, dont un miroir. (B) Sept composants, dont quatre miroirs, utilisant la totalité du plateau. Le faisceau vert indique le trajet correct dans les deux cas</figcaption></figure>

La fin du jeu est matérialisée par le suivi du faisceau à travers les composants, ce qui permet de s'affranchir des contraintes strictes de placement tout en vérifiant si le dispositif proposé est fonctionnel. L'étudiant peut vérifier son appareil à tout moment (Figure 4). Si le trajet du faisceau matérialisé par la couleur verte, est correct, une fenêtre de félicitations apparaît (Figure 4A). Pour faciliter la détection des erreurs, le premier composant mal placé est mis en évidence en rouge (Figure 4B). Un composant mal orienté ou un contenant vide empêchera également la réussite.

La version numérique permet aussi d'associer chaque carte à des actions interactives accessibles par un simple clic. Ces actions incluent : (i) un point d'interrogation donnant accès à la définition de la fonction du composant, (ii) la possibilité de tourner la carte pour l'orienter correctement afin de laisser passer le signal, (iii) le placement d'une référence ou d'un échantillon, ou les deux (impliquant la réalisation de deux mesures expérimentales successives dans le contenant), et (iv) une poubelle permettant de retirer le composant, une action égale-ment réalisable en ramenant le composant vers la liste.
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Figure 4.** Plateau complété pour le spectromètre d'absorption atomique dans la version informatisée du jeu. (A) Version correcte, comprenant le hacheur rotatif. (B) Version incorrecte, où le hacheur rotatif a été oublié. En haut, deux boutons permettant soit de vérifier l'appareil, soit de revenir au menu (pause). La fenêtre de droite apparait lors de la vérification</figcaption></figure>

## 4. Améliorations

Le cours théorique demeure accessible sur la plateforme universitaire, permettant aux étudiants de consulter le contenu à leur rythme. Cependant, au niveau L3, certains apprenants ont exprimé des difficultés face à la complexité perçue du jeu, malgré une présentation détaillée fournie par le Consortium Ikigai Games for Citizens. Il est possible que tous les étudiants n'aient pas pris le temps de visionner cette présentation. Pour remédier à cette situation, une démonstration en séance a été ajoutée avant l'attribution du travail à distance, clarifiant ainsi le fonctionnement du jeu et facilitant sa prise en main à domicile. Cette année, pour les étudiants de M1 « Chimie », parcours chimie environnementale et écologie chimique, une courte session de jeu (10 à 15 minutes) a été intégrée en présentiel, après une période de quinze jours dédiée au travail à distance. Cette activité, permettant aux étudiants de jouer devant la classe, a été bien accueillie, suscitant un enthousiasme notable et une forte implication, tant pour jouer que pour aider leurs collègues. Ce moment a également favorisé l'émergence de questions. Ce format sera intégré au niveau L3 l'année prochaine.

Ces ajustements ont favorisé un apprentissage actif, plus engageant que la simple relecture de cours ou l'utilisation du support physique, auparavant limité au présentiel. Une question sur les appareillages est posée chaque année lors de l'examen écrit et les réponses se sont améliorées. Bien que des méthodes d'évaluation de l'efficacité des jeux sérieux aient été proposées dans la littérature [7], de telles études approfondies ne sont pas abordées dans cette
pré-sentation. L'intégration du jeu semble avoir renforcé la compréhension des concepts et l'implication des étudiants dans leur apprentissage. Une analyse des résultats entre 2021 et 2025 montre une légère amélioration des performances sur la question portant sur les appareillages. Afin de limiter l'influence des variations naturelles des cohortes, ces résultats sont rapportés à la moyenne générale de l'examen. En 2025, avec la version numérisée du jeu, le score moyen sur cette question atteint 124 % de la moyenne générale, contre 110 % avec la version sur plateau. L'évolution la plus marquante concerne le nombre d'étudiants ne répondant pas à cette question, passant d'une dizaine avec le jeu physique à moins de trois avec le jeu numérique (deux en 2025). Toutefois, ces résultats pourraient être influencés par l'interaction accrue avec l'enseignant. Une analyse statistique plus approfondie sur plusieurs années et promotions sera nécessaire pour confirmer cette tendance.

## 5. Conclusion

La version numérisée du jeu sérieux présente une avancée significative dans l'approche pédagogique de l'enseignement des appareillages en spectroscopie. Son intégration en tant qu'outil d'apprentissage à distance, complétée par des séances pratiques en présentiel, offre une amélioration notable par rapport aux méthodes traditionnelle. Cette approche favorise l'apprentissage par l'erreur, un processus reconnu pour renforcer l'engagement et la compréhension des étudiants par rapport à une simple relecture de cours. De plus, la possibilité de rejouer à tout moment, notamment lors des périodes de révision, permet aux étudiants de consolider leurs connaissances et d'intégrer progressivement les concepts étudiés.

En somme, l'intégration de Spectrowave dans le cursus universitaire illustre le potentiel des jeux sérieux à enrichir l'expérience d'apprentissage, en rendant les concepts complexes plus accessibles et en stimulant l'intérêt des étudiants pour des sujets techniques tels que la spectroscopie.

## Références

[1] L. Tomaska, *Let's bring games into university class-rooms*, EMBO reports, 23, 11 (2022). DOI 10.15252/embr.202255730.

[2] M. Baaden, O. Delalande, et al., *Ten simple rules to create a serious game, illustrated with examples from structural biology*, PLoS Computational Biology, 14, 3 (2018). DOI 10.1371/journal.pcbi.1005955.

[3] https://bu.univ-amu.libguides.com/seriousgames/seriousgames-sciences

[4] D. S.Widmer, N. Szilas, *Motivation, comportement dans le jeu et expérience de jeu : une relation aux multiples facettes*, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication pour l'Éducation et la Formation, 24, 1 (2017), pp 265-297. DOI 10.3406/stice.2017.1733.

[5] D. Djaouti, *Serious Games pour l'éducation : utiliser, créer, faire créer ?*, Tréma, 44, (2016) pp 51-64. DOI 10.4000/trema.3386.

[6] https://ikigai games/games/gameDetails/spectrowave

[7] E. Oprins, G. Visschedijk, et al., *The game-based learning evaluation model (GEM): measuring the effectiveness of serious games using a standardised method*, International Journal of Technology Enhanced Learning, 7, 4 (2016) pp 326-345. DOI 10.1504/IJTEL.2015.074189.
Remerciements

Equipe Ikigai : Producteur exécutif : Bertrand Laforge, Directeur créatif/Producteur :
Thomas Planques, Game design/Gestion de projet : Thomas Rogulski, Julien Di Natale,
Développement Unity : Guillaume Chiclet, Florian Marcelot, Graphisme : Noémie Dumont,
QA & UX : Eric Enenkel, Direction du conseil scientifique : Fanny Barnabé.

Biographie des auteurs

**Anne-Cécile Ribou** : Maître de Conférences au département de chimie et membre de l'UMR228, ESPACE-DEV, à l'Université de Perpignan Via Domitia. Elle mène des activités de recherche et d'enseignement en physico-chimie et biophysique. Ses travaux portent notamment sur la détection des radicaux libres, l'évaluation des antioxydants, l'interaction protéine-substrat ainsi que l'utilisation de la fluorescence en biologie cellulaire.

**Michaël Canu** : Docteur en Didactique de la Physique (Université Paris 7) et membre associé du laboratoire de didactique André Revuz (UR4434). Il a été professeur associé en automatique et électronique à la faculté d'ingénierie des universités de Los Andes et El Bosque en Colombie, ou il a également été responsable du groupe de recherche GIIE STEM+B. Il exerce actuellement comme conseiller pédagogique à l'université Perpignan Via Domitia.