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Sciences numériques et technologie (SNT) · Classe de 2ⁿᵈᵉ

Objets connectés

Informatique embarquée, capteurs et IoT — programme SNT 2nde (lycée général)

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Objets connectés » en seconde permet de faire le point sur ses connaissances en sciences numériques et technologie (snt), comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de seconde et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Qu'est-ce qu'un objet connecté ?, Architecture d'un objet connecté, Capteurs et actionneurs, Microcontrôleurs et informatique embarquée. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde en sciences numériques et technologie (snt).
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Identifier les composants d'un objet connecté

/ 4 pts
  1. Un agriculteur installe un système automatique d'arrosage dans son champ. Voici les composants utilisés : capteur d'humidité du sol, microcontrôleur ESP32, module LoRa, électrovanne (robinet motorisé), batterie solaire.
  2. 1. Classe chacun des composants suivants dans la catégorie appropriée (capteur / actionneur / unité de traitement / alimentation / communication) : capteur d'humidité du sol, microcontrôleur ESP32, module LoRa, électrovanne, batterie solaire. (2 pts)
  3. 2. Pourquoi le protocole LoRa a-t-il été choisi plutôt que le Wi-Fi pour ce système ? Donne deux raisons. (2 pts)

Exercice 2 — Analyse d'une boucle de contrôle

/ 4 pts
  1. Un aquarium connecté maintient la température de l'eau à $25°C$ grâce à un thermostat embarqué. Le microcontrôleur lit la sonde toutes les 30 secondes. Si la température est inférieure à 24°C, il allume le chauffant ; si elle dépasse 26°C, il l'éteint ; entre 24°C et 26°C, il ne change rien.
  2. 1. Comment appelle-t-on ce type de régulation avec une zone neutre entre deux seuils ? (1 pt)
  3. 2. La température est à 23,5°C et le chauffant est éteint. Que fait le microcontrôleur ? (1 pt)
  4. 3. La température est à 25,2°C et le chauffant est allumé. Que fait le microcontrôleur ? (1 pt)
  5. 4. Quel avantage la zone neutre [24°C ; 26°C] apporte-t-elle par rapport à un seuil unique à 25°C ? (1 pt)

Exercice 3 — Calcul de données IoT

/ 5 pts
  1. Un capteur de qualité de l'air connecté envoie toutes les 5 minutes un paquet contenant : un identifiant (4 octets), un horodatage (4 octets), une valeur CO₂ (2 octets), une valeur PM2,5 (2 octets) et une valeur de température (2 octets).
  2. 1. Calcule la taille d'un paquet en octets. (1 pt)
  3. 2. Calcule le nombre de paquets envoyés en 24 heures. (1 pt)
  4. 3. Calcule le volume total de données en octets puis convertis en kilooctets (1 Ko = 1 000 octets, arrondi à une décimale). (2 pts)
  5. 4. Ce capteur utilise LoRa avec une limite de 51 octets par message. Le paquet tient-il ? Justifie. (1 pt)

Exercice 4 — Sécurité et vie privée

/ 4 pts
  1. Léa achète une caméra de surveillance connectée pour sa maison. Elle la configure rapidement et laisse le mot de passe par défaut « admin/admin ». Six mois plus tard, elle découvre que sa caméra a participé à une cyberattaque.
  2. 1. Quel type d'attaque la caméra de Léa a-t-elle probablement subi ? (1 pt)
  3. 2. Comment les attaquants ont-ils pu prendre le contrôle de sa caméra ? (1 pt)
  4. 3. Cite deux mesures que Léa aurait dû prendre pour protéger sa caméra. (1 pt)
  5. 4. En quoi une attaque DDoS utilisant des milliers de caméras infectées peut-elle nuire à des utilisateurs qui ne possèdent pas d'objet connecté ? (1 pt)

Exercice 5 — Synthèse : architecture IoT

/ 3 pts
  1. Décris l'architecture complète d'un système de compteur d'eau intelligent pour une ville, depuis la mesure de la consommation jusqu'à l'affichage sur le tableau de bord du gestionnaire municipal.
  2. Ta réponse doit mentionner : le capteur utilisé, le microcontrôleur, le protocole de communication choisi (avec justification), les trois couches de l'architecture IoT, et une donnée chiffrée sur le volume ou la fréquence d'envoi des données.
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Identifier les composants d'un objet connecté
Corrigé :
1. Capteur d'humidité du sol → capteur (mesure l'humidité). Microcontrôleur ESP32 → unité de traitement (cerveau du système). Module LoRa → communication (transmet les données). Électrovanne → actionneur (ouvre/ferme le robinet). Batterie solaire → alimentation. (0,4 pt par bonne réponse × 5 = 2 pts)

2. LoRa est préférable car : (1) longue portée (jusqu'à 15 km, utile pour un grand champ éloigné du bâtiment) ; (2) très faible consommation d'énergie (la batterie solaire peut alimenter le système pendant des années). Le Wi-Fi aurait une portée insuffisante et une consommation trop élevée pour une alimentation sur batterie. (1 pt par raison pertinente)

Exercice 2 — Analyse d'une boucle de contrôle
Corrigé :
1. Régulation par hystérésis (ou régulation tout-ou-rien avec bande morte). (1 pt)

2. 23,5°C < 24°C → le microcontrôleur allume le chauffant. (1 pt)

3. 25,2°C est dans la zone [24°C ; 26°C] → le microcontrôleur ne fait rien (maintient le chauffant allumé). (1 pt)

4. La zone neutre évite des commutations très fréquentes (allumer/éteindre en boucle rapide autour de 25°C), ce qui prolonge la durée de vie du chauffant et économise de l'énergie. (1 pt)

Exercice 3 — Calcul de données IoT
Corrigé :
1. 4 + 4 + 2 + 2 + 2 = 14 octets par paquet. (1 pt)

2. 24 h × 60 min/h ÷ 5 min = 288 paquets par jour. (1 pt)

3. 288 × 14 = 4 032 octets/jour = 4 032 / 1 000 = 4,0 Ko/jour. (1 pt calcul + 1 pt conversion)

4. 14 octets < 51 octets → oui, le paquet tient dans la limite LoRa. Il reste même 37 octets libres pour d'éventuels champs supplémentaires. (1 pt)

Exercice 4 — Sécurité et vie privée
Corrigé :
1. La caméra a été intégrée dans un botnet pour participer à une attaque DDoS (Distributed Denial of Service). (1 pt)

2. Les attaquants ont scanné Internet à la recherche d'appareils utilisant encore leurs identifiants par défaut (admin/admin). Ils s'y sont connectés automatiquement et ont installé un programme malveillant. (1 pt)

3. Mesures : (a) Changer le mot de passe par défaut par un mot de passe robuste et unique. (b) Mettre à jour le firmware de la caméra régulièrement. (c) Isoler la caméra sur un réseau Wi-Fi invité séparé. (0,5 pt par mesure, max 1 pt)

4. L'attaque DDoS inonde un serveur cible (ex. : fournisseur DNS) de milliers de requêtes, le rendant inaccessible. Les utilisateurs sans objet connecté qui tentent d'accéder à des services en ligne (YouTube, Netflix…) ne peuvent plus y accéder, même si leurs propres équipements sont sains. (1 pt)

Exercice 5 — Synthèse : architecture IoT
Corrigé :
Réponse attendue :
Couche perception : Un débitmètre numérique (capteur de débit) mesure la consommation d'eau en litres. Un microcontrôleur (ex. STM32 basse consommation) lit cette valeur et calcule la consommation cumulée. Il envoie un paquet de données (ex. 10 octets : identifiant + horodatage + consommation) toutes les heures.

Protocole : LoRaWAN est idéal : longue portée (les compteurs sont disséminés dans toute la ville, parfois dans des caves), très faible consommation (la batterie doit durer plusieurs années), débit suffisant pour quelques octets par heure.

Couche réseau : Les paquets LoRa sont reçus par des passerelles LoRa réparties dans la ville, qui les retransmettent via Internet au serveur de l'opérateur.

Couche application : Un serveur cloud stocke les données dans une base de données. Le gestionnaire municipal consulte un tableau de bord qui affiche la consommation en temps réel, détecte les fuites (anomalies de consommation la nuit) et génère les factures automatiquement.

Barème : couche perception + capteur (0,5 pt) + microcontrôleur + protocole justifié (1 pt) + 3 couches nommées (1 pt) + donnée chiffrée (0,5 pt) = 3 pts.

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