Sciences numériques et technologie (SNT) 2ⁿᵈᵉ
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Objets connectés
Informatique embarquée, capteurs et IoT — programme SNT 2nde (lycée général)
À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « Objets connectés » en seconde permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en sciences numériques et technologie (SNT). Ils suivent le programme officiel de seconde et se résolvent étape par étape. Au programme : Qu'est-ce qu'un objet connecté ?, Architecture d'un objet connecté, Capteurs et actionneurs, Microcontrôleurs et informatique embarquée. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en sciences numériques et technologie (SNT) en seconde.
Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.
Facile
Problème 1 — Calcul de volume de donnéesUne station météo connectée envoie toutes les 10 minutes un message contenant : température (2 octets), humidité (2 octets), pression (2 octets) et horodatage (4 octets).
Quelle est la taille d'un message en octets ?
2 + 2 + 2 + 4 = 10 octets par message.Combien de messages sont envoyés par jour (24 h) ?
Il y a 24 × 6 = 144 intervalles de 10 minutes dans une journée.Quel est le volume total de données généré en une journée, en octets ?
144 messages × 10 octets = 1 440 octets par jour.Ce volume est-il compatible avec le protocole LoRa (limite ~50 kbit/s) ? Réponds par 'oui' ou 'non' et justifie.
Oui, largement. 1 440 octets/jour = 11 520 bits/jour, soit en moyenne 0,13 bit/s. La limite LoRa de 50 kbit/s est bien supérieure à ce besoin.Voir le corrigé
- 10 — 2 + 2 + 2 + 4 = 10 octets par message.
- 144 — Il y a 24 × 6 = 144 intervalles de 10 minutes dans une journée.
- 1440 — 144 messages × 10 octets = 1 440 octets par jour.
- Réponse libre — exemple : Oui, largement. 1 440 octets/jour = 11 520 bits/jour, soit en moyenne 0,13 bit/s. La limite LoRa de 50 kbit/s est bien supérieure à ce besoin.
Problème 2 — Conversion et capteurUn capteur de température renvoie une valeur numérique codée sur 8 bits non signé. La valeur 0 correspond à -40 °C et la valeur 255 à 85 °C.
Quelle est l'étendue de mesure du capteur (différence max - min) en °C ?
85 - (-40) = 125 °C d'étendue.Combien de valeurs distinctes peut représenter un codage sur 8 bits ?
$2^8 = 256$ valeurs différentes (de 0 à 255).Quelle est la résolution du capteur (plus petit écart de température mesurable), arrondie à deux décimales ?
125 °C / 255 divisions = 0,49 °C de résolution (≈ la moitié d'un degré).La valeur numérique renvoyée est 127. Quelle est la température mesurée, arrondie à un dixième de degré ?
Température = -40 + 127 × (125/255) ≈ -40 + 62,3 ≈ 22,3 °C. On peut aussi interpoler linéairement : T = -40 + 127 × 0,4902 ≈ 22,3 °C.Voir le corrigé
- 125 — 85 - (-40) = 125 °C d'étendue.
- 256 — $2^8 = 256$ valeurs différentes (de 0 à 255).
- 0.49 — 125 °C / 255 divisions = 0,49 °C de résolution (≈ la moitié d'un degré).
- Réponse libre — exemple : Température = -40 + 127 × (125/255) ≈ -40 + 62,3 ≈ 22,3 °C. On peut aussi interpoler linéairement : T = -40 + 127 × 0,4902 ≈ 22,3 °C.
Moyen
Problème 3 — Autonomie d'une batterieUn capteur IoT alimenté par une batterie de 3 000 mAh consomme 15 mA quand il transmet et 0,05 mA en mode veille. Il envoie des données pendant 2 secondes toutes les 10 minutes.
Quelle est la durée de veille (en secondes) dans chaque cycle de 10 minutes ?
10 min = 600 s. Durée de veille = 600 - 2 = 598 s.Calcule la consommation en mAh pour une heure de fonctionnement (6 cycles). Formule : $I_{moy} = \frac{I_{actif} \times t_{actif} + I_{veille} \times t_{veille}}{t_{total}}$
Par cycle de 600 s : charge consommée = (15 mA × 2 s + 0,05 mA × 598 s) / 3600 s/h = (30 + 29,9) / 3600 ≈ 0,01664 mAh. Sur 6 cycles par heure : 6 × 0,01664 ≈ 0,0998 mAh/h ≈ 0,1 mAh/h.Estime la durée de vie de la batterie en jours (arrondi à la dizaine).
Durée ≈ 3000 mAh / 0,1 mAh/h = 30 000 h ≈ 1 250 jours ≈ 3,4 ans. Ce résultat illustre pourquoi le mode veille est crucial pour l'autonomie.Voir le corrigé
- 598 — 10 min = 600 s. Durée de veille = 600 - 2 = 598 s.
- Réponse libre — exemple : Par cycle de 600 s : charge consommée = (15 mA × 2 s + 0,05 mA × 598 s) / 3600 s/h = (30 + 29,9) / 3600 ≈ 0,01664 mAh. Sur 6 cycles par heure : 6 × 0,01664 ≈ 0,0998 mAh/h ≈ 0,1 mAh/h.
- Réponse libre — exemple : Durée ≈ 3000 mAh / 0,1 mAh/h = 30 000 h ≈ 1 250 jours ≈ 3,4 ans. Ce résultat illustre pourquoi le mode veille est crucial pour l'autonomie.
Problème 4 — Scénario domotiqueUn thermostat connecté mesure la température toutes les minutes. Si la température est inférieure à 19 °C, il active le chauffage. Si elle dépasse 21 °C, il l'éteint. Entre 19 °C et 21 °C, il maintient l'état précédent.
Cet algorithme de régulation porte un nom courant en automatisme. Lequel ?
C'est une régulation par hystérésis (ou 'tout ou rien avec bande morte') : la zone neutre entre 19 et 21 °C évite des basculements trop fréquents.À 18,5 °C, le chauffage était éteint. Quelle action le thermostat effectue-t-il ?
18,5 °C < 19 °C → le thermostat allume le chauffage.À 20 °C, le chauffage était allumé. Quelle action le thermostat effectue-t-il ?
20 °C est dans la zone neutre [19;21]. Le thermostat maintient l'état précédent (chauffage allumé).Cite un avantage de cette zone neutre [19 °C ; 21 °C] par rapport à un simple seuil à 20 °C.
Un simple seuil à 20 °C provoquerait des allumages/extinctions très fréquents (chaque fois que la température oscille autour de 20 °C), ce qui userait prématurément le chauffage et consommerait de l'énergie inutilement. La bande d'hystérésis réduit le nombre de commutations.Voir le corrigé
- thermostat — C'est une régulation par hystérésis (ou 'tout ou rien avec bande morte') : la zone neutre entre 19 et 21 °C évite des basculements trop fréquents.
- allume le chauffage — 18,5 °C < 19 °C → le thermostat allume le chauffage.
- rien — 20 °C est dans la zone neutre [19;21]. Le thermostat maintient l'état précédent (chauffage allumé).
- Réponse libre — exemple : Un simple seuil à 20 °C provoquerait des allumages/extinctions très fréquents (chaque fois que la température oscille autour de 20 °C), ce qui userait prématurément le chauffage et consommerait de l'énergie inutilement. La bande d'hystérésis réduit le nombre de commutations.
Difficile
Problème 5 — Sécurité IoTEn octobre 2016, le botnet Mirai a infecté des centaines de milliers de caméras IP et routeurs domestiques pour lancer une attaque DDoS contre le fournisseur DNS Dyn, rendant inaccessibles des sites comme Twitter, Netflix et Spotify pendant plusieurs heures.
Quelle vulnérabilité principale a permis à Mirai d'infecter autant d'objets ?
Mirai scannait Internet à la recherche d'objets utilisant encore leurs identifiants par défaut (admin/admin, root/root…) et s'y connectait automatiquement.Explique pourquoi rendre hors service le fournisseur DNS Dyn a suffi à bloquer l'accès à Twitter et Netflix.
Le DNS est l'annuaire qui traduit les noms de domaine (twitter.com) en adresses IP. Sans DNS fonctionnel, les navigateurs ne peuvent pas résoudre les noms et donc ne savent pas quelle adresse IP contacter. Même si les serveurs de Twitter et Netflix fonctionnaient, ils étaient inaccessibles car leurs noms ne pouvaient plus être résolus.Propose deux mesures que les fabricants pourraient adopter pour réduire le risque de botnets IoT.
1. Forcer le changement du mot de passe par défaut lors du premier démarrage (impossible d'utiliser l'objet sans en créer un nouveau). 2. Mises à jour automatiques de sécurité déployées par le fabricant. 3. Limiter les services réseau exposés (fermer les ports inutiles). 4. Mettre en place une authentification à deux facteurs.Voir le corrigé
- mots de passe par défaut — Mirai scannait Internet à la recherche d'objets utilisant encore leurs identifiants par défaut (admin/admin, root/root…) et s'y connectait automatiquement.
- Réponse libre — exemple : Le DNS est l'annuaire qui traduit les noms de domaine (twitter.com) en adresses IP. Sans DNS fonctionnel, les navigateurs ne peuvent pas résoudre les noms et donc ne savent pas quelle adresse IP contacter. Même si les serveurs de Twitter et Netflix fonctionnaient, ils étaient inaccessibles car leurs noms ne pouvaient plus être résolus.
- Réponse libre — exemple : 1. Forcer le changement du mot de passe par défaut lors du premier démarrage (impossible d'utiliser l'objet sans en créer un nouveau). 2. Mises à jour automatiques de sécurité déployées par le fabricant. 3. Limiter les services réseau exposés (fermer les ports inutiles). 4. Mettre en place une authentification à deux facteurs.
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