Programmer des objets connectés
Troisième · Technologie · Informatique et programmation
Informatique et programmation
Algorithmes et programmes : les briques de base
Une barrière de parking qui se lève, un thermostat qui déclenche le chauffage, un feu tricolore : derrière chacun de ces objets, il y a un programme. Et derrière chaque programme, un algorithme. Dans ce chapitre, tu vas apprendre à lire, écrire et corriger ces suites d'instructions — c'est exactement ce qu'on te demandera au brevet. Bonne nouvelle : tous les programmes du collège, même les plus longs, sont construits avec seulement quatre briques. Si tu les connais, tu peux lire n'importe quel programme.
Les quatre structures qu'il faut maîtriser
| Structure | À quoi ça sert | Exemple (langage naturel) |
|---|---|---|
| Séquence | Enchaîner des instructions dans l'ordre, de haut en bas | avancer de 10 ; tourner à droite ; avancer de 5 |
| Variable | Mémoriser une valeur et la modifier pendant l'exécution | mettre compteur à 0 ; ajouter 1 à compteur |
| Condition (test) | Faire un choix selon qu'une affirmation est vraie ou fausse | si température < 18 alors allumer le chauffage sinon l'éteindre |
| Boucle | Répéter des instructions sans les réécrire | répéter 4 fois : avancer de 100 ; tourner de 90° |
Variables, conditions et boucles
Une variable, c'est une boîte étiquetée dans la mémoire de la machine : elle porte un nom (par exemple compteur, temperature) et contient une valeur qui peut changer au fil du programme. L'instruction mettre compteur à 0 crée la boîte et y range 0 ; l'instruction ajouter 1 à compteur remplace la valeur par l'ancienne augmentée de 1. Bien nommer ses variables, c'est déjà rendre son programme lisible : nbPassages est bien plus parlant que x.
Une condition permet au programme de prendre une décision. On écrit si … alors …, et éventuellement sinon …. Ce qui est testé s'appelle une expression booléenne : elle vaut seulement vrai ou faux. On peut combiner plusieurs tests : ET exige que les deux conditions soient vraies en même temps, OU se contente d'une seule, et NON inverse le résultat du test.
Une boucle, enfin, évite de réécrire les mêmes instructions. Il en existe trois formes : la boucle bornée (« répéter 10 fois »), où le nombre de répétitions est connu d'avance ; la boucle non bornée (« tant que… »), où le nombre de tours dépend d'une condition et n'est donc pas prévisible ; et la boucle infinie (« répéter indéfiniment »), très utilisée dans les objets techniques, qui doivent surveiller leurs capteurs en permanence tant qu'ils sont alimentés.
Informatique et programmation
L'objet connecté : capteurs, actionneurs et réseau
Un programme, tout seul, ne sert à rien : il doit percevoir le monde et agir dessus. C'est le rôle des capteurs et des actionneurs, pilotés par un microcontrôleur. Quand on ajoute une liaison réseau, l'objet technique devient un objet connecté.
Dans tout objet technique, on distingue la chaîne d'information (qui gère les données) et la chaîne d'énergie (qui fournit et transforme l'énergie). La chaîne d'information suit toujours le même schéma :
ACQUÉRIR → TRAITER → COMMUNIQUER
Acquérir, c'est le travail des capteurs. Traiter, c'est celui du microcontrôleur. Communiquer, c'est transmettre l'information au reste du système ou au réseau — et c'est ce qui déclenche enfin les actionneurs de la chaîne d'énergie.
| Élément | Rôle | Exemples |
|---|---|---|
| Capteur | Transforme une grandeur physique en signal électrique exploitable par le programme (entrée) | capteur de température, photorésistance, capteur de distance à ultrasons, bouton-poussoir, détecteur de mouvement |
| Microcontrôleur | Exécute le programme : lit les entrées, applique les tests et les calculs, commande les sorties | carte micro:bit, Arduino, ESP32 |
| Actionneur | Transforme une énergie en action physique observable (sortie) | LED, moteur, servomoteur, buzzer, électrovanne, résistance chauffante |
| Interface de communication | Échange les données avec l'extérieur | module Wi-Fi, Bluetooth, antenne radio |
- Signal logique ou analogique ? La distinction change la façon d'écrire les tests.
- Capteur TOR (tout ou rien) : il ne renvoie que deux états, 0 ou 1, appuyé ou relâché. Exemples : bouton-poussoir, capteur de fin de course, détecteur de présence.
- Capteur analogique : il renvoie une valeur dans une plage continue, que le microcontrôleur convertit en nombre. Exemples : capteur de température, photorésistance, potentiomètre.
- Cette distinction change la façon de tester : pour un TOR on écrit « si bouton = 1 », pour un analogique on compare à un seuil, « si température > 25 ».
Communiquer : quel réseau choisir ?
Le choix de la liaison dépend de la portée, du débit et de la consommation d'énergie. Le Bluetooth a une portée courte (une dizaine de mètres) mais consomme très peu : parfait pour une montre connectée reliée à un téléphone. Le Wi-Fi offre un bon débit sur quelques dizaines de mètres, mais consomme davantage. Le réseau mobile (4G, 5G) couvre de très grandes distances, au prix d'un abonnement et d'une consommation importante. Une contrainte de conception revient toujours : un objet sur batterie doit limiter le nombre d'émissions pour tenir plusieurs mois.
Exercices corrigés
Parmi ces composants, lequel est un actionneur ?
- A.Une photorésistance
- B.Un moteur électriqueBonne réponse
- C.Un capteur à ultrasons
- D.Un bouton-poussoir
Réponse : B — Un moteur électrique
Un actionneur agit sur le monde physique : le moteur transforme l'énergie électrique en mouvement, c'est donc bien un actionneur. Les trois autres sont des capteurs : la photorésistance mesure la lumière, le capteur à ultrasons mesure une distance, et le bouton-poussoir détecte un appui (c'est un capteur TOR). Le test à te poser : est-ce que ça mesure (capteur) ou est-ce que ça agit (actionneur) ?
Dans quel ordre se déroulent les trois fonctions de la chaîne d'information ?
- A.Communiquer, puis traiter, puis acquérir
- B.Traiter, puis acquérir, puis communiquer
- C.Acquérir, puis traiter, puis communiquerBonne réponse
- D.Acquérir, puis communiquer, puis traiter
Réponse : C — Acquérir, puis traiter, puis communiquer
L'information est d'abord ACQUISE par les capteurs (mesurer la température), puis TRAITÉE par le microcontrôleur qui exécute le programme (comparer au seuil de 18 °C), et enfin COMMUNIQUÉE : l'ordre part vers les actionneurs ou les données partent vers le réseau. L'ordre est logique : on ne peut pas traiter une donnée qu'on n'a pas encore mesurée, ni communiquer un résultat qu'on n'a pas encore calculé.
Un bouton-poussoir renvoie uniquement les valeurs 0 ou 1. Comment qualifie-t-on ce type de capteur ?
- A.Un capteur TOR (tout ou rien)Bonne réponse
- B.Un capteur analogique
- C.Un actionneur logique
- D.Un capteur proportionnel
Réponse : A — Un capteur TOR (tout ou rien)
Un capteur qui ne renvoie que deux états, appuyé ou relâché, ouvert ou fermé, est un capteur TOR — pour « tout ou rien », on dit aussi logique ou binaire. Un capteur analogique, lui, renvoie toute une plage de valeurs : c'est le cas du capteur de température ou de la photorésistance. Et un bouton-poussoir n'est certainement pas un actionneur : il ne produit aucune action, il détecte un appui.
Un robot exécute : « répéter 3 fois : [ répéter 5 fois : avancer de 1 ] ». Combien de fois l'instruction « avancer de 1 » est-elle exécutée ?
- A.8 fois
- B.3 fois
- C.5 fois
- D.15 foisBonne réponse
Réponse : D — 15 fois
Ce sont des boucles imbriquées : à chaque tour de la boucle extérieure, la boucle intérieure fait ses 5 tours en entier. On a donc 3 × 5 = 15 exécutions de « avancer de 1 ». Répondre 8, c'est additionner 3 + 5 au lieu de multiplier — l'erreur la plus fréquente. Répondre 3 ou 5, c'est n'avoir vu qu'une seule des deux boucles. Astuce : avec des boucles imbriquées, on multiplie.
Un capteur connecté transmet une mesure toutes les 15 minutes. Combien de mesures envoie-t-il en une journée complète ?
- A.96 mesuresBonne réponse
- B.24 mesures
- C.1440 mesures
- D.4 mesures
Réponse : A — 96 mesures
Une heure dure 60 minutes, donc en une heure le capteur envoie 60 / 15 = 4 mesures. Sur 24 heures, cela fait 4 × 24 = 96 mesures. Répondre 24, c'est compter une seule mesure par heure ; répondre 1440, c'est donner le nombre de minutes dans une journée (24 × 60), donc une mesure par minute ; répondre 4, c'est s'arrêter au calcul d'une seule heure. Ce genre de calcul est essentiel pour estimer l'autonomie d'un objet sur batterie.
Un objet connecté doit tenir plusieurs mois sur une petite pile. Quelle liaison est la plus adaptée pour transmettre une courte mesure à un téléphone situé à 3 mètres ?
- A.Le réseau mobile 5G, pour la vitesse
- B.Une liaison filaire Ethernet, pour la fiabilité
- C.Le Bluetooth, faible portée mais très faible consommationBonne réponse
- D.Le Wi-Fi, car il traverse tous les murs
Réponse : C — Le Bluetooth, faible portée mais très faible consommation
Le choix d'une liaison est un compromis entre portée, débit et consommation d'énergie. Ici la distance est très courte (3 m) et les données sont minuscules : on n'a besoin ni de portée ni de débit, mais d'une autonomie maximale. Le Bluetooth est exactement conçu pour ça — c'est pourquoi on le trouve dans les montres connectées. La 5G consommerait énormément et exigerait un abonnement, le Wi-Fi consomme bien plus que le Bluetooth, et une liaison filaire est absurde pour un objet mobile.
On exécute : « mettre c à 20 ; tant que c > 5 : retirer 4 à c ». Quelle est la valeur finale de c ?
- A.5
- B.4Bonne réponse
- C.0
- D.1
Réponse : B — 4
Déroule la boucle en testant AVANT chaque tour. c = 20 : 20 > 5 vrai, donc c = 16. c = 16 : vrai, c = 12. c = 12 : vrai, c = 8. c = 8 : vrai, c = 4. c = 4 : le test 4 > 5 est FAUX, la boucle s'arrête immédiatement. La valeur finale est 4, après 4 tours. Répondre 5, c'est croire que la boucle s'arrête pile sur la valeur du seuil, mais 20 n'est pas un multiple de 4 décalé de 5 : la variable saute par-dessus. Répondre 0, c'est continuer un tour de trop.
Qu'est-ce qu'un algorithme ?
- A.Une suite ordonnée et finie d'instructions qui permet de résoudre un problèmeBonne réponse
- B.Un composant électronique qui exécute les calculs
- C.Un logiciel installé sur un ordinateur
- D.Le langage utilisé pour écrire des pages web
Réponse : A — Une suite ordonnée et finie d'instructions qui permet de résoudre un problème
Un algorithme, c'est l'idée : une suite d'instructions dans un ordre précis, en nombre fini, qui aboutit à un résultat. Il peut s'écrire en français ! Le composant qui exécute les calculs, c'est le processeur ou le microcontrôleur (du matériel). Un logiciel est un programme déjà installé, donc la traduction d'algorithmes dans un langage. Et le langage des pages web, c'est HTML, ce n'est pas un algorithme.
Quel est le rôle d'un capteur dans un objet technique ?
- A.Il fournit l'énergie électrique au système
- B.Il exécute le programme enregistré dans la mémoire
- C.Il transforme une grandeur physique en signal exploitable par le programmeBonne réponse
- D.Il produit un mouvement ou de la lumière
Réponse : C — Il transforme une grandeur physique en signal exploitable par le programme
Le capteur est l'organe d'ENTRÉE : il traduit ce qui se passe dans le monde réel (température, lumière, distance, présence) en un signal électrique que le microcontrôleur peut lire. Fournir l'énergie, c'est le rôle de l'alimentation ; exécuter le programme, celui du microcontrôleur ; et produire un mouvement ou de la lumière, celui d'un actionneur. Retiens le sens : capteur = le monde entre dans le programme.
Un programme contient l'instruction « répéter 6 fois : avancer de 10 ». De combien le robot avance-t-il au total ?
- A.10
- B.16
- C.6
- D.60Bonne réponse
Réponse : D — 60
La boucle « répéter 6 fois » exécute six fois l'instruction qu'elle contient. Le robot avance donc 6 × 10 = 60 au total. Répondre 10, c'est ne compter qu'un seul tour ; répondre 16, c'est additionner 6 + 10 au lieu de multiplier ; répondre 6, c'est confondre le nombre de tours avec la distance parcourue.
À quoi sert une instruction conditionnelle « si … alors … sinon … » ?
- A.À faire exécuter au programme des instructions différentes selon qu'un test est vrai ou fauxBonne réponse
- B.À répéter un bloc d'instructions un certain nombre de fois
- C.À mémoriser une valeur dans la mémoire de la machine
- D.À arrêter définitivement le programme
Réponse : A — À faire exécuter au programme des instructions différentes selon qu'un test est vrai ou faux
La condition, c'est ce qui permet à un programme de faire un CHOIX : on évalue un test, et selon qu'il est vrai ou faux, on part dans la branche « alors » ou dans la branche « sinon ». Répéter, c'est le rôle d'une boucle ; mémoriser une valeur, celui d'une variable ; et arrêter le programme, celui d'une instruction de fin. Ces quatre briques sont différentes, ne les confonds pas.
Qu'est-ce qui caractérise un objet connecté par rapport à un objet technique ordinaire ?
- A.Il fonctionne obligatoirement sur batterie
- B.Il possède au moins un moteur
- C.Il échange des données avec d'autres équipements via un réseauBonne réponse
- D.Il est toujours pilotable depuis un téléphone tactile
Réponse : C — Il échange des données avec d'autres équipements via un réseau
Ce qui fait le « connecté », c'est la capacité à ÉCHANGER des données via un réseau (Wi-Fi, Bluetooth, réseau mobile) : l'objet ne garde plus ses informations pour lui. Beaucoup d'objets connectés sont sur batterie ou pilotables au téléphone, mais ce ne sont pas des conditions : un thermostat connecté peut être alimenté sur secteur et ne posséder aucun moteur. L'ensemble de ces objets forme l'Internet des objets.
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