Créer un labo Arduino au collège : kits, rangement et budget

Pour créer un labo Arduino au collège ou au lycée, découpe ta liste d'achats en trois niveaux : les kits de groupe (la carte, la breadboard, les fils et les composants de base de chaque table), le matériel partagé (multimètres, outils à main, une boîte de pièces de rechange et, si tu veux, une station de soudage) et l'infrastructure (ordinateurs, connexion USB, prises, tables et rangement fermant à clé). Imaginons que tu l'installes pour une classe de 24 élèves : 8 groupes de 3, un kit Arduino Uno par groupe, 4 ESP32 et 4 Raspberry Pi Pico pour tout le labo, 2 Uno de rechange, 5 multimètres et 8 ordinateurs forment une base solide. Consacre d'abord le budget au premier niveau, puis élargis la deuxième année avec des boîtes de capteurs et de modules. La première année d'un labo, on achète ; les années suivantes, on le fait tourner. C'est pourquoi les boîtes numérotées, le code couleur et l'inventaire à chaque trimestre comptent autant que les composants eux-mêmes.

Cet article porte sur l'installation du labo et son fonctionnement sur la durée. La première liste d'achats d'un seul élève se trouve dans l'article sur le kit de démarrage Arduino, et les rôles de groupe, la file d'aide et la distribution des boîtes en début de cours dans enseigner Arduino à une classe nombreuse. Tu trouveras ici, dans l'ordre, le tableau des kits, le matériel partagé, l'aménagement des tables et des ordinateurs, un modèle de budget avec une colonne de prix vide, les boîtes d'extension de la deuxième année, le rangement de l'armoire, une estimation des consommables, les règles de sécurité, un calendrier annuel et un dossier pour les dons. Nous ne donnons pas de prix, car ils changent d'un pays à l'autre et d'un mois à l'autre ; chaque article est donné avec sa quantité et tu ajoutes le prix de ton fournisseur.

Trois niveaux : kits de groupe, matériel partagé, infrastructure

Découper le labo en niveaux aide de trois façons. D'abord pour les priorités : avec un budget serré, les kits de groupe passent en premier, car tout ce que l'élève manipule s'y trouve ; multimètres et outils peuvent démarrer en petit nombre, et l'essentiel de l'infrastructure existe déjà dans l'établissement. Ensuite pour la responsabilité : le kit est la boîte du groupe, que le groupe compte en fin de cours ; le matériel partagé reste sous le contrôle de l'enseignant et se prête ; l'infrastructure fait partie de l'inventaire de l'établissement. Enfin pour la durée de vie : cartes, breadboards et multimètres durent des années, alors que LED, résistances et fils de connexion sont des consommables à compléter chaque année. Dans le modèle de budget, tu suivras cette distinction avec deux types, ponctuel et annuel.

8 groupes, 24 élèves : le tableau du kit de base

Le tableau suppose 24 élèves, 8 groupes de 3 et une ou deux séances par semaine. La colonne total ajoute environ 20 à 25 % de réserve aux besoins des 8 groupes, puis arrondit ; les pièces robustes comme les cartes et les breadboards ont peu de réserve, celles qui se perdent facilement comme les LED et les fils en ont davantage. Les composants ne sont pas choisis au hasard : la plupart des capteurs et sorties de la liste correspondent à au moins un projet gratuit dans BlueGrays, avec son schéma et son code, si bien que le premier trimestre se remplit sans rien acheter de plus. Si tu as un autre nombre de groupes, multiplie la colonne par groupe par ce nombre et ajoute la même réserve.

Donner la majorité du parc à l'Arduino Uno a une raison simple : elle fonctionne en 5 V, presque tous les capteurs pour débutants s'y branchent directement, sa prise USB-B supporte les branchements répétés et la plupart des supports de cours sont écrits pour elle. Sur les 200+ projets de BlueGrays, environ 110 sont pour Arduino, 50 pour l'ESP32 et 30 pour la Raspberry Pi Pico. Prends l'ESP32 pour une séquence objets connectés qui demande du Wi-Fi et du Bluetooth, et la Pico pour passer à la programmation textuelle en MicroPython. Comme ces deux cartes arrivent en général dans la seconde moitié de l'année, 4 de chaque suffisent la première année : pendant cette séquence, 4 groupes travaillent sur ESP32 ou Pico pendant que les 4 autres continuent un projet sur Uno, puis ils échangent la semaine suivante. La comparaison est dans Arduino ou ESP32, et les premières séances dans le plan de première séance ESP32 et le plan de cours Pico MicroPython.

Matériel partagé : ce qui reste dans l'armoire, pas sur les tables

La station de soudage est volontairement facultative dans cette liste. Les projets montés sur breadboard avec des fils de connexion ne demandent aucune soudure : la première année du labo peut donc s'en passer. Le premier besoin de souder vient en général des modules vendus sans broches et de la Pico ; acheter des Pico aux broches déjà soudées supprime ce besoin la première année. Quand arrivent les circuits permanents, les expositions ou le club, tu installes un coin soudure avec 2 stations à température réglable, une bonne aération et la surveillance de l'enseignant ; les détails sont dans le guide de soudure. Le multimètre, lui, sert dès le premier jour : c'est le moyen le plus rapide de trouver un fil de connexion coupé, une pile vide ou une patte plantée dans la mauvaise rangée. Les premières semaines, n'enseigne que le test de continuité (le bip) et la bonne mesure de tension, et garde la mesure de courant pour plus tard ; nous expliquons comment dans le guide du multimètre.

Infrastructure : tables, électricité, ordinateurs et rangement

• Disposition des tables : 8 tables de groupe, chacune avec 3 chaises et 1 ordinateur. Place les tables en U le long des murs ou en îlots de 2 ; le bureau de l'enseignant se trouve près du vidéoprojecteur, et un passage d'au moins 1 mètre entre les tables te permet de circuler facilement. Colle au coin de chaque table le même numéro que sur sa boîte.
• Électricité : Une multiprise avec interrupteur et terre par table suffit. Fais passer les câbles derrière les tables ou dans une goulotte plutôt qu'au sol, et ne branche pas les multiprises les unes sur les autres. Éteindre les multiprises en fin de séance fait partie de la routine de fermeture du labo.
• Ordinateurs : 8 ordinateurs de groupe et 1 pour l'enseignant. Les versions de bureau d'Arduino IDE et de Thonny tournent sous Windows, macOS et Linux ; les appareils qui ne font tourner qu'un navigateur ne conviennent pas à cette installation. Des ordinateurs anciens mais fiables suffisent largement.
• Connexion USB : Si le port est à l'arrière de l'ordinateur, une courte rallonge USB fixée à la table évite que la carte pende dans le vide. S'il n'y a pas assez de ports, utilise un hub USB avec sa propre alimentation (hub alimenté) ; les hubs non alimentés peuvent faire redémarrer la carte quand un composant gourmand, comme un servo, est branché.
• Rangement : Une armoire fermant à clé ou un système d'étagères, avec des étagères distinctes pour les boîtes de groupe, les boîtes thématiques et le stock de rechange. Dans l'armoire, une boîte métallique ou un compartiment séparé, lui aussi fermé à clé, pour les batteries et les fers à souder.
• Affichage : Vidéoprojecteur ou tableau interactif. Agrandis la taille du texte d'Arduino IDE sur l'ordinateur de l'enseignant ; permettre au groupe du fond de lire le code prend moins de temps que de le recopier au tableau.

Installation des ordinateurs et des logiciels

1. Installe Arduino IDE sur tous les ordinateurs et attends la fin du téléchargement des composants supplémentaires au premier lancement ; les étapes sont dans l'article sur l'installation d'Arduino IDE.
2. Installe le pilote de la puce USB des cartes compatibles (souvent un CH340) ; sous Windows, cette étape demande des droits d'administrateur. Si le port n'apparaît pas, suis l'ordre de vérification de l'article sur l'erreur de téléversement.
3. Installe le paquet de cartes ESP32 depuis le gestionnaire de cartes (expliqué dans qu'est-ce que l'ESP32). Le paquet est lourd, télécharge-le donc avant les cours, quand le réseau de l'établissement est calme.
4. Installe Thonny pour la Pico et charge une fois le firmware MicroPython sur chaque Pico (qu'est-ce que la Raspberry Pi Pico). Si tu le fais en début de trimestre, il ne reste en cours qu'à écrire du code.
5. Installe à l'avance les bibliothèques demandées par les projets de l'année (par exemple celles du DHT et de l'écran LCD I2C) ; la bibliothèque Servo est fournie avec Arduino IDE.
6. Sur chaque ordinateur, téléverse l'exemple Blink avec la carte de cette table, puis colle le numéro de table sur l'ordinateur quand il fonctionne.
7. Note toutes les étapes sur une liste d'installation d'une page. Quand les ordinateurs sont réinitialisés ou qu'une grosse mise à jour arrive, tu reprends la liste depuis le début.

Règle les restrictions du réseau et des ordinateurs de l'établissement avant le début du trimestre. Dans la plupart des établissements, le droit d'installer des logiciels et des pilotes revient au service informatique ou au référent numérique ; envoie-lui la liste d'installation au moins deux semaines à l'avance et décidez ensemble quels ordinateurs seront utilisés et avec quel compte. Certains établissements bloquent les périphériques de stockage USB ; pendant le chargement du firmware MicroPython, la Pico apparaît sur l'ordinateur comme une clé USB, donc en cas de blocage, fais cette étape avec le service informatique. Les projets ESP32 posent une question à part : l'ESP32 classique ne se connecte qu'au Wi-Fi 2,4 GHz, et la plupart des exemples attendent un réseau simple protégé par mot de passe. Sur les réseaux d'entreprise où l'on se connecte avec identifiant et mot de passe, ou sur les réseaux invités qui ouvrent une page de connexion dans le navigateur, ces exemples ne fonctionnent pas tels quels. Avec l'accord du service informatique, un simple point d'accès 2,4 GHz réservé au labo et allumé seulement pendant les cours règle le problème durablement.

Modèle de budget : remplis les prix avec ton fournisseur

Le tableau ci-dessous n'est pas un devis mais un modèle à remplir. La colonne quantité reprend les tableaux précédents ; tu remplis les colonnes prix unitaire et total avec les devis de fournisseurs locaux. Demande au moins deux devis par article et note lequel tu as choisi et pourquoi ; quand tu sollicites des dons ou une subvention, ces notes deviennent la partie la plus solide de ton dossier. Additionne séparément les dépenses ponctuelles et annuelles : la première année, il faut la somme des deux ; les années suivantes, surtout les dépenses annuelles. Ajoute à la fin une marge de 10 à 15 % pour les imprévus ; elle couvre la livraison, une carte cassée ou un prix qui change en cours de trimestre. Rester sur un seul modèle de carte et, si possible, un seul fournisseur simplifie pendant des années les pilotes et les pièces de rechange.

Deuxième année : boîtes d'extension de capteurs et de modules

Une fois les kits de base bien rodés, crée des boîtes thématiques au lieu d'ajouter de nouveaux modules dans chaque boîte de groupe. Une boîte thématique contient de 2 à 8 exemplaires de chaque module sur un même thème et se prête selon le projet : les groupes qui font un projet avec écran cette semaine-là se servent dans la boîte Écrans et rendent tout en fin de séance. Tu n'as ainsi pas à acheter 8 exemplaires d'un module peu utilisé, et les boîtes de groupe restent aussi simples que le premier jour. Sur la fiche de contenu de la boîte thématique, prévois une feuille de prêt où tu notes, à côté du nom des modules, quel groupe a pris quoi. Pour choisir les modules à acheter, la liste Mon Atelier de BlueGrays décrite plus bas est utile : en saisissant le contenu d'une seule boîte de groupe, tu vois quelle pièce manquante débloque combien de projets.

Armoire et boîtes : numéro, fiche de contenu, code couleur

Tout ce qui se déplace dans le labo doit avoir un nom et une place. Numérote les boîtes de groupe de G1 à G8, les boîtes ESP32 de E1 à E4, les boîtes Pico de P1 à P4, les boîtes thématiques par leur nom et la boîte de rechange R ; la carte, le câble USB et la breadboard de chaque boîte portent le même numéro. Remplis l'armoire selon le poids et la fréquence d'utilisation : les boîtes de groupe à hauteur des yeux, de G1 à G8 de gauche à droite, les boîtes thématiques sur l'étagère du dessus, le stock de rechange lourd tout en bas, les batteries et les fers à souder dans un compartiment séparé fermé à clé. Accroche les outils à un panneau mural et trace le contour de chacun au feutre ; en fin de séance, un contour vide montre l'outil manquant sans avoir à compter. Colle à l'intérieur du couvercle de chaque boîte une fiche de contenu plastifiée : nom de la pièce, quantité, couleur et un petit dessin. La fiche indique aussi la date du dernier comptage et comporte une ligne pour les pièces manquantes.

• Bleu : boîtes de groupe Arduino Uno (G1–G8) et leurs câbles.
• Vert : boîtes ESP32 (E1–E4) ; l'avertissement 3,3 V est écrit sur le couvercle.
• Violet : boîtes Raspberry Pi Pico (P1–P4) ; le couvercle précise que MicroPython est installé.
• Jaune : boîtes thématiques ; la feuille de prêt est à l'intérieur du couvercle.
• Rouge : ce qui ne s'utilise qu'avec l'enseignant : batteries, fers à souder, alimentation et boîte Alimentation.
• Blanc : boîte de rechange et stock de consommables ; elle ne s'ouvre pas pendant le cours et sert seulement à combler les manques.

Le comptage fonctionne niveau par niveau. Le groupe compte sa boîte à la fin de chaque séance ; nous avons décrit cette routine de deux minutes dans l'article sur les classes nombreuses. Tu comptes le matériel partagé et les boîtes thématiques une fois par semaine ; grâce au panneau d'outils et aux fiches de contenu, cela ne prend pas plus de cinq minutes. Ne compte pas un par un les petits consommables comme les résistances, les LED et les fils : trace une ligne « minimum » sur chaque sachet ou compartiment, et quand le niveau passe sous la ligne, ajoute l'article à la liste de commande. Les cartes, capteurs et modules se comptent en revanche à l'unité, car perdre un HC-SR04 n'a rien à voir avec perdre une LED. En fin de trimestre, on fait un inventaire complet et on teste les cartes une par une. Plutôt que de sanctionner les pièces perdues ou cassées, note-les : quelle pièce manque dans quelle boîte et à quelle fréquence t'indique la prochaine commande et la règle qui ne fonctionne pas.

Consommables : combien en utilise-t-on en un an ?

Les consommables sont les petites pièces qui se cassent, se perdent ou s'abîment pendant les cours. Les chiffres ci-dessous ne sont pas des mesures mais une estimation grossière pour planifier, sur la base de 8 groupes et d'une séance par semaine ; avec les relevés de comptage de ton premier trimestre, trouve ton propre rythme et mets le tableau à jour. Il y a trois causes principales : des pattes pliées si souvent qu'elles cassent, des LED branchées sans résistance ou à l'envers, et des petites pièces qui tombent sous les tables. Les deux premières diminuent avec de bonnes habitudes de câblage, la troisième avec des boîtes à compartiments et une vérification des tables en fin de séance. Acheter LED et résistances en grands lots, avec un sachet séparé par couleur et par valeur, baisse le prix unitaire et facilite le comptage. Pour que les élèves rangent les résistances éparpillées dans le bon compartiment, apprends-leur à lire la valeur sur les anneaux de couleur ; l'outil gratuit Code couleur aide pour cet exercice.

Sécurité : limite de 5 V, soudure, batteries et premiers secours

La règle de sécurité de base du labo est la limite d'alimentation : la première année, tous les circuits sont alimentés par le port USB de l'ordinateur, donc en 5 V. Cette tension est faible du point de vue du risque d'électrocution ; les vrais risques sont les composants et les fils qui chauffent lors d'un court-circuit, les brûlures de fer à souder et les batteries au lithium. Les projets qui commutent des appareils branchés sur le secteur avec un relais ne se font pas au labo ; les projets avec relais n'utilisent qu'une charge en basse tension. Si l'on soude, dis clairement dès le départ que la panne du fer dépasse 300 °C, qu'elle ne reste jamais hors de son support et que les fumées de soudure sont évacuées par une fenêtre ouverte ou un extracteur ; avec de la soudure au plomb, on se lave les mains ensuite. Les batteries Li-ion et 18650 sont rangées dans une boîte fermée à clé et ignifugée, bornes impossibles à mettre en contact, et à moitié chargées pour un stockage long ; une batterie gonflée, écrasée ou chaude n'est pas utilisée mais déposée dans un point de collecte, et on ne la charge jamais sans surveillance (détails dans l'article sur le module de charge TP4056). En cas de petite brûlure, les premiers secours consistent à passer la zone sous l'eau fraîche courante pendant environ 20 minutes ; l'emplacement de la trousse de secours et de l'extincteur est affiché près de la porte, et chaque incident est signalé selon la procédure de ton établissement. Affiche les 8 règles ci-dessous en format A3 près de la porte.

1. Le câble USB reste débranché pendant que tu montes ou modifies un circuit.
2. La seule source d'énergie est l'USB de l'ordinateur ; piles, adaptateurs et modules d'alimentation seulement avec l'accord de l'enseignant.
3. Si un composant chauffe, sent mauvais ou fume, débranche l'USB et lève la main.
4. Ni nourriture ni boisson sur les tables ; les sacs restent sur l'étagère de l'entrée.
5. Chaque pièce retourne dans sa propre boîte ; pas d'échange de pièces entre les boîtes.
6. Fers à souder, batteries et alimentation s'utilisent uniquement au bureau de l'enseignant et avec lui.
7. Mets tes lunettes pour couper les pattes et tiens l'extrémité que tu coupes.
8. Ne cache pas une pièce cassée, perdue ou abîmée ; note-la sur la fiche de contenu et préviens l'enseignant.

Calendrier annuel de fonctionnement

BlueGrays pour l'inventaire du labo et la planification des projets

Tu peux tenir l'inventaire du labo dans BlueGrays avec Mon Atelier ; comme Pièces est une fonctionnalité Premium, tu le fais sur ton propre compte d'enseignant. Dans Pièces, tu ajoutes les pièces avec leur quantité, tu indiques des détails comme « 330R » ou « LED rouge » dans le champ Nom personnalisé et l'emplacement, comme « boîtes G, armoire 2 », dans la note ; une pièce dont la quantité baisse apparaît avec l'étiquette Stock faible. Le vrai gain est dans la planification : comme Pièces est un inventaire unique, si tu y saisis le contenu d'une seule boîte de groupe plutôt que le total du labo, la liste Projets réalisables montre les projets que chaque groupe peut faire avec les pièces de sa boîte, et Projets avec composants manquants t'indique, avec des étiquettes comme « 2 manquant(s) », quels projets s'ouvrent si tu ajoutes telle pièce ; tu choisis ainsi les boîtes thématiques de la deuxième année. Les détails sont dans l'article sur trouver un projet avec les pièces que tu as. Pendant que les élèves suivent un projet sur leur propre écran, la liste Composants requis affiche les quantités, ce qui te permet de préparer les boîtes de la séance en conséquence. Quand tu dépasses les projets gratuits, tu peux donner Premium à tes élèves avec les paquets éducateur, sous forme de codes payés en une fois, sans carte bancaire et sans renouvellement automatique. Si tu veux faire entrer en cours un projet propre à ton labo, tu le partages via Apprendre > Forum > Nouvelle publication dans la catégorie Tutoriel : ajoute des photos du circuit, ton code avec Ajouter du code et les projets tout prêts correspondants, puis envoie le lien de la publication aux élèves avec Partager (étapes dans l'article enseigner avec ton propre projet).

Dossier pour dons, mécénat et appels à projets

• Synthèse d'une page : objectif du labo, nombre d'élèves et disciplines concernées, nombre d'heures d'utilisation par semaine.
• Liste des besoins en trois niveaux : les tableaux des kits, du matériel et de l'infrastructure de cet article, avec les quantités.
• Modèle de budget rempli : au moins deux devis par article, le devis retenu et la raison, avec totaux ponctuels et annuels séparés.
• Informations sur la salle : photos actuelles, plan d'aménagement simple, état des prises et des ordinateurs.
• Plan de sécurité : affiche des règles, rangement des batteries et du matériel de soudure, premiers secours et personne responsable.
• Plan de fonctionnement : calendrier annuel, routine de comptage et nom de l'enseignant responsable du labo.
• Pérennité : d'où viendra le budget des consommables et du renouvellement les années suivantes.
• Objectifs mesurables : par exemple nombre de projets terminés par trimestre, exposition de fin d'année, activités de club.
• Accord de la direction : une lettre de soutien de la direction et la façon dont le matériel sera inscrit à l'inventaire de l'établissement.
• Engagement de compte rendu : quand et avec quel contenu (photos, liste de projets, inventaire) tu rendras compte au partenaire.

Un labo scolaire n'est jamais installé une fois pour toutes ; la première année, les kits, les boîtes et les règles se mettent en place, la deuxième il s'agrandit avec les boîtes thématiques, et les années suivantes tes relevés de comptage te disent ce qui s'use et ce qui sert vraiment. Une fois ta première boîte de groupe prête, installer BlueGrays sur ton téléphone et regarder quels projets gratuits se font avec les pièces de cette boîte est un moyen simple d'établir la liste des séances de ton premier trimestre.