Informatique embarquée et objets connectés : du capteur à l’action, sans confondre les notions

Un lave-linge peut exécuter un programme sans accéder à Internet. Un thermostat connecté peut mesurer la température, commander le chauffage et transmettre des informations à distance. La différence est essentielle : un système embarqué n’est pas forcément connecté. Pour comprendre ce thème de SNT en Seconde, il faut suivre le trajet de l’information, puis distinguer commande, contrainte de temps et communication réseau.

Embarqué, connecté, temps réel : des notions qui se complètent

Un système informatique embarqué, ou SIE, est un ensemble de composants électroniques et de logiciels intégré à un équipement pour remplir des fonctions déterminées. Il peut piloter le cycle d’un lave-linge, gérer un freinage ou surveiller une température. Contrairement à un ordinateur généraliste, il est conçu pour les besoins particuliers de l’appareil, avec des contraintes de place, d’énergie et de fiabilité.

« Embarqué » ne signifie donc pas nécessairement « installé dans un véhicule ». Un appareil domestique immobile peut en contenir un. Son fonctionnement ne nécessite pas non plus un clavier ou un écran : les échanges passent souvent par des capteurs et des actionneurs.

Notion	Ce qu’elle décrit	Exemple
SIE : système informatique embarqué	L’intégration d’un système informatique dans un équipement.	Le calculateur d’un lave-linge.
SIC : système informatique de contrôle	La surveillance ou la commande d’un processus physique.	La régulation d’un chauffage.
STR : système temps réel	Le respect de délais imposés pour fournir une réponse correcte.	Le système antiblocage des roues, ou ABS.
Objet connecté	La capacité à échanger des données par un réseau.	Un thermostat commandé depuis un téléphone.

Ces catégories ne s’excluent pas. Un même équipement peut contenir un système embarqué, contrôler un phénomène physique et respecter des contraintes temps réel. Il devient également connecté s’il communique par un réseau, directement ou par l’intermédiaire d’une passerelle.

Temps réel ne veut pas simplement dire « très rapide » : la réponse doit arriver avant une échéance liée à l’usage. Un résultat exact mais trop tardif peut être inutile, voire dangereux, pour le freinage d’une voiture.

Suivre l’information : capteur, traitement, actionneur et IHM

La chaîne fonctionnelle la plus courante se résume ainsi : acquérir une information → la traiter → agir. L’interface homme-machine permet, en parallèle, de recevoir les consignes de l’utilisateur et de lui présenter des informations.

Le capteur mesure, l’actionneur agit

Un capteur transforme une grandeur physique en signal exploitable : température, luminosité, position ou distance. Un capteur optique détecte grâce à la lumière ; un capteur inductif peut repérer un objet métallique ; un capteur de position renseigne sur l’état d’un mécanisme. Certains capteurs optiques de type barrage peuvent atteindre une portée de 30 m, selon le modèle et les conditions d’utilisation.

Un actionneur réalise une action physique à partir d’une commande : un moteur électrique produit un mouvement, un vérin pneumatique déplace une pièce. Dans un chauffage régulé, la sonde mesure la température tandis que l’équipement commandé apporte la chaleur. Le capteur n’effectue pas lui-même la décision.

Le processeur décide, l’IHM dialogue avec l’utilisateur

Le processeur exécute les instructions du programme. Un microcontrôleur réunit généralement sur une même puce un processeur, de la mémoire et des périphériques d’entrée-sortie, ce qui convient aux petits équipements. Lorsqu’un capteur fournit un signal analogique, un convertisseur analogique-numérique permet de le représenter par des valeurs numériques.

L’interface homme-machine, ou IHM, peut être un bouton, un écran, un voyant ou une application. Sur un thermostat, les boutons servent à fixer la température souhaitée et l’écran affiche la mesure. Un écran tactile assure à la fois une entrée et une sortie d’information.

Imaginez une corde qui transmet une traction entre plusieurs points : pour comprendre le mouvement final, il faut suivre toute la transmission. Faites de même avec l’information, sans confondre ce qui circule avec l’énergie nécessaire pour agir. Une sonde transmet une mesure ; elle ne fournit pas l’énergie du chauffage. Cette distinction entre chaîne d’information et chaîne d’énergie aide à analyser un dispositif même lorsque ses composants sont cachés.

De la boucle de contrôle à une expérience sur micro:bit

Un système de régulation répète généralement les mêmes étapes : mesurer, comparer à une consigne, commander, puis recommencer. Cette répétition forme une boucle de contrôle. Dans une gyroroue, les mesures de mouvement servent à ajuster la commande du moteur pour maintenir l’équilibre.

Sur une carte micro:bit, un exercice simple consiste à afficher un symbole différent selon la luminosité détectée. En MicroPython, une boucle while True permet de répéter le traitement. Sans écrire tout le programme, son algorithme peut se décrire ainsi :

1. Lire le niveau de luminosité.
2. Comparer la valeur à un seuil choisi.
3. Afficher une lune si la valeur est inférieure au seuil, sinon afficher un soleil.
4. Attendre 1 seconde, soit 1000 millisecondes, puis recommencer.

Le seuil doit être testé dans les conditions réelles : une salle lumineuse et un tiroir fermé ne donnent pas les mêmes mesures. Pour commander ensuite un moteur avec une micro:bit ou une Arduino, il faut prévoir une interface de puissance adaptée ; les broches ne peuvent pas alimenter directement n’importe quel actionneur.

Cet exercice montre aussi les limites d’une temporisation. Une seconde convient pour observer tranquillement un changement d’affichage, pas pour piloter un freinage. La fréquence du processeur, exprimée en hertz, ne suffit pas à garantir le temps réel : le programme, les communications et les délais de mesure comptent également.

Du guidage spatial à l’Internet des objets

L’informatique embarquée s’est développée bien avant les objets connectés domestiques. Les ordinateurs de guidage du programme Apollo illustrent les premières grandes applications spatiales. La miniaturisation des composants a ensuite facilité l’intégration de capacités de calcul dans les transports, les machines et les équipements du quotidien.

• 15 novembre 1971 : commercialisation de l’Intel 4004, un microprocesseur 4 bits ; l’Intel 8008 appartient ensuite à la génération 8 bits.
• 15 octobre 1998 : mise en service de la ligne 14 du métro parisien, appelée Météor, exemple d’automatisation des transports.
• 1999 : Kevin Ashton introduit l’expression « Internet des objets ».
• 2007 : un jalon majeur dans la diffusion du smartphone moderne, devenu une interface courante pour piloter des équipements connectés.

L’Internet des objets, ou IoT pour Internet of Things, désigne des objets physiques capables d’échanger des données à travers des réseaux et des services numériques. Une liaison Bluetooth peut relier une montre à un téléphone, lequel transmet ensuite les informations à un service distant.

Les usages concernent la domotique, le suivi de paramètres de santé, l’agriculture ou la maintenance industrielle. Les projections pour 2020 évoquaient selon les estimations 30 ou 50 milliards d’objets connectés : ces chiffres historiques divergents ne constituent pas un décompte actuel.

Sécurité et vie privée : examiner aussi ce que l’objet transmet

Connecter un objet ouvre des possibilités, mais crée une surface d’attaque. Un mot de passe faible ou un logiciel non mis à jour peut faciliter un accès non autorisé. Des appareils compromis peuvent être réunis dans un réseau zombie, ou botnet, puis utilisés pour lancer des attaques.

La vie privée constitue un enjeu distinct : même sans piratage, des horaires de présence, des mesures de santé ou des enregistrements peuvent révéler des habitudes personnelles. Il faut identifier les données collectées, leur destination, leur durée de conservation et les possibilités de suppression.

• Remplacer les identifiants par défaut et utiliser un mot de passe unique.
• Installer les mises à jour de sécurité proposées.
• Désactiver les fonctions et autorisations inutiles.
• Vérifier le fonctionnement prévu en cas de coupure d’Internet ou d’arrêt du service distant.

Enfin, la fabrication électronique, les batteries, les échanges réseau et le stockage ont un impact environnemental. Un objet durable, réparable et utilisable hors ligne peut éviter un remplacement prématuré. Pour réviser comme pour choisir un équipement, gardez quatre questions : que mesure-t-il, que décide-t-il, sur quoi agit-il et avec qui communique-t-il ?