Séquence pédagogique IoT ESP32 : module de 8 semaines en classe

Pour construire une séquence pédagogique IoT ESP32 au lycée ou en voie professionnelle, découpe le module en quatre couches : d'abord la carte perçoit son environnement (GPIO et capteurs), ensuite elle rejoint un réseau (Wi-Fi), puis elle partage des données (serveur web, client HTTP, messages), enfin elle apprend à fonctionner sur batterie et à se protéger (deep sleep et sécurité). Avec deux heures de cours par semaine, ces quatre couches tiennent sans peine en huit semaines : deux semaines de matériel, deux de réseau et de serveur, deux d'échange de données, une d'énergie et de sécurité, et la dernière pour le projet final. À la fin, les élèves rendent un objet qui lit un capteur, affiche la mesure sur une page ouverte depuis un téléphone ou envoie un message au téléphone quand un événement se produit, dont l'autonomie est calculée et dont le mot de passe n'est pas visible en clair dans le code.

Cet article prolonge le plan du premier cours ESP32 ; l'installation, les pilotes, le bouton BOOT et la première LED y sont traités et ne sont pas repris ici. Tu trouveras ici un tableau semaine par semaine avec objectif, vrai projet BlueGrays, notion et production attendue, une trame hebdomadaire de 80 minutes, pourquoi le réseau de l'établissement laisse rarement entrer l'ESP32 et comment s'en sortir, cinq questions pour le service informatique, un code compilable de serveur web Wi-Fi, une partie sécurité et éthique, une liste de matériel pour 8 groupes et les critères du projet final. Les exemples partent de cette hypothèse : tu as 24 élèves en 8 groupes de trois et deux heures par semaine (2 × 40 minutes de travail effectif). Si ta classe est différente, adapte les durées en proportion.

La logique du module : percevoir, connecter, partager, économiser

Un cours sur l'Internet des objets (IoT) n'enseigne pas Internet lui-même, mais la manière dont un objet parle aux autres appareils d'un réseau. Pour cela, il faut d'abord quelque chose à mesurer : une carte qui se connecte au Wi-Fi sans rien mesurer n'a rien à dire sur le réseau. C'est pourquoi les deux premières semaines se passent volontairement sans Wi-Fi : les élèves travaillent avec un bouton, une LDR et un capteur de température et d'humidité, et fixent le choix des broches et l'intervalle de mesure. En semaine trois, la carte rejoint le réseau, en semaine quatre elle devient serveur, en semaine cinq elle se transforme en client qui demande des données à un autre serveur, en semaine six elle signale un événement par un message. La semaine sept est consacrée à deux sujets que la plupart des ateliers IoT courts laissent de côté : l'autonomie et la sécurité. Chaque couche s'appuie sur la précédente, donc ne change pas l'ordre ; si la semaine Wi-Fi se passe mal, règle le problème de connexion avant d'avancer.

La séquence IoT ESP32 sur 8 semaines

Chaque projet du tableau est prêt dans BlueGrays avec son schéma, sa liste de composants et son code. Les projets des quatre premières semaines, connexion Wi-Fi et serveur web compris, sont entièrement gratuits ; les projets client HTTP, Telegram, WebSocket et deep sleep utilisés à partir de la semaine 5 sont Premium. Aucun élève n'a donc besoin de Premium le premier mois ; ce qu'il faut faire quand il devient nécessaire est expliqué à la fin de l'article.

Trois remarques sur le tableau. D'abord, il n'existe pas de projet MQTT prêt dans l'application ; en semaine 6, présente MQTT comme une notion au tableau (les objets ne se parlent pas directement, ils publient des messages sous un sujet, ou topic, sur un serveur intermédiaire, le broker, et ceux qui sont intéressés s'abonnent à ce sujet) et fais la partie pratique avec la notification Telegram et la page WebSocket. Les détails sur Telegram se trouvent dans l'article bot Telegram avec l'ESP32. Ensuite, le projet Async Web Server de la semaine 4 demande les bibliothèques AsyncTCP et ESPAsyncWebServer ; installe-les sur chaque ordinateur avant le cours, sinon la compilation s'arrête dès la première ligne. Enfin, l'exercice avec le groupe voisin en semaine 5 ne demande pas Internet : l'ESP32 du groupe A lit l'adresse /deger du serveur que le groupe B a monté en semaine 4. Si l'établissement n'a pas d'accès Internet, cette semaine fonctionne quand même.

La trame hebdomadaire : 80 minutes

Suivre la même trame chaque semaine permet aux élèves de mettre leur énergie dans la nouvelle notion plutôt que dans une nouvelle organisation. Si tu peux placer les deux heures à la suite, le déroulé ci-dessous fonctionne d'un bloc ; sinon, en deux moitiés de 40 minutes, et dans ce cas ne démonte pas le montage à la fin de la première heure, range-le monté dans la boîte. Le carnet réseau est une fiche d'une page que tient chaque groupe : date, adresse IP de la carte, adresse MAC, force du signal, erreur rencontrée et comment elle a été résolue. À partir de la semaine 3, la moitié du débogage se fait en consultant ce carnet.

La réalité du réseau scolaire : pourquoi l'ESP32 ne se connecte pas au Wi-Fi du lycée

La plupart des modules IoT bloquent à cause du réseau, pas du code. L'ESP32 classique ne fonctionne que sur la bande 2,4 GHz ; il ne voit jamais un point d'accès qui n'émet qu'en 5 GHz. Les réseaux des établissements n'utilisent souvent pas un mot de passe partagé comme à la maison, mais une authentification d'entreprise avec identifiant et mot de passe (WPA2-Enterprise) ; l'ESP32 peut la gérer avec du code supplémentaire, mais il faudrait alors écrire dans le code le mot de passe personnel d'un élève ou d'un enseignant, ce qui est inacceptable en classe. Les réseaux invités ouvrent après connexion une page d'acceptation dans le navigateur (portail captif) ; l'ESP32 n'a ni écran ni navigateur, ne peut pas passer cette page et semble connecté sans jamais atteindre Internet. Certains établissements n'acceptent que les appareils dont l'adresse MAC a été enregistrée à l'avance. Le dernier piège est le moins connu : les réseaux invités isolent généralement les appareils les uns des autres (isolation des clients). L'ESP32 se connecte alors et affiche même son adresse IP, mais le téléphone sur le même réseau ne peut pas l'atteindre et le serveur web de la semaine 4 ne s'ouvre jamais.

La solution : partage de connexion du téléphone ou routeur dédié

La solution la plus rapide est le partage de connexion de ton téléphone. Sur iPhone, l'option Maximiser la compatibilité dans les réglages du Partage de connexion fait passer l'émission en 2,4 GHz ; sur Android, tu choisis la bande 2,4 GHz dans les réglages du point d'accès. Cela donne aussi Internet, mais les téléphones n'acceptent qu'un nombre limité d'appareils à la fois, et avec 8 groupes plus les téléphones des élèves la limite est vite atteinte. Règle pratique : si les 8 ESP32 se connectent au téléphone de l'enseignant, les 8 téléphones qui ouvriront le navigateur ne doivent pas se connecter à un deuxième téléphone, car le téléphone et l'ESP32 doivent être sur le même réseau. En semaines 3 et 4, connecte donc 4 groupes à un partage de connexion et les 4 autres à un second, et chaque groupe teste avec un seul téléphone.

Si tu reconduis le module chaque année, la solution durable est un routeur 2,4 GHz dédié à ce cours. Il fonctionne sans être relié au réseau de l'établissement ; les semaines 3 et 4 et l'exercice avec le groupe voisin peuvent se faire sans Internet, car l'ESP32 et le téléphone sont sur le même réseau local. Internet n'est nécessaire qu'en semaines 5 et 6 (météo, NTP, Telegram) ; pour ces deux semaines, utilise un partage de connexion ou prévois avec le service informatique le raccordement du routeur au réseau de l'établissement. Change le nom et le mot de passe du réseau chaque année et le mot de passe d'administration du routeur dès le premier jour. S'il n'y a aucun réseau physique, le nom de réseau par défaut dans le code des projets Wi-Fi de l'application est Wokwi-GUEST ; le même code peut être testé avec ce réseau dans le simulateur Wokwi, dans un navigateur. Pose ces cinq questions au service informatique au moins deux semaines avant le début :

1. Existe-t-il dans l'établissement un réseau qui émet en 2,4 GHz avec un seul mot de passe partagé (WPA2-PSK), et les appareils de la classe peuvent-ils l'utiliser ?
2. Le réseau invité a-t-il un portail captif et une isolation des clients ? Deux appareils du même réseau peuvent-ils se joindre ?
3. Faut-il enregistrer les appareils à l'avance par leur adresse MAC ? Si oui, pour quand vous faut-il la liste des 9 cartes ?
4. Le règlement de l'établissement autorise-t-il, en salle de technologie, un routeur dédié non relié au réseau ou le partage de connexion du téléphone de l'enseignant ?
5. Si les ESP32 doivent accéder à Internet en semaines 5 et 6, quelles connexions le pare-feu autorise-t-il (sites web, serveurs de temps, services de messagerie) ?

Le code : un ESP32 qui rejoint le Wi-Fi et affiche une mesure sur une page

Le code ci-dessous est le cœur de la semaine 4 et n'utilise que les bibliothèques WiFi.h et WebServer.h fournies avec le paquet de cartes ESP32 ; aucune bibliothèque supplémentaire n'est nécessaire. Le montage reste celui de la semaine 2 : VCC du module LDR sur 3V3, GND sur GND, AO sur GPIO34. GPIO34 est sur l'ADC1, il reste donc lisible quand le Wi-Fi est actif. Avant de téléverser, remplace les deux marqueurs AG_ADI (nom du réseau) et AG_SIFRESI (mot de passe) par les informations de ton réseau 2,4 GHz, ou déplace ces deux lignes dans un fichier à part nommé secrets.h, comme tu le feras en semaine 7 ; si le code trouve ce fichier, il l'utilise.

1// ESP32 Wi-Fi + web sunucu: LDR değerini tarayıcıda göster / ESP32 Wi-Fi + web server: show the LDR value in a browser
2#include <WiFi.h>
3#include <WebServer.h>
4
5// Ağ bilgileri: secrets.h varsa oradan gelir / Network credentials: taken from secrets.h if it exists
6#if __has_include("secrets.h")
7#include "secrets.h"
8#else
9const char* WIFI_SSID = "AG_ADI";       // 2,4 GHz ağın adı / Name of the 2.4 GHz network
10const char* WIFI_PASS = "AG_SIFRESI";   // Ağ şifresi / Network password
11#endif
12
13const int LDR_PIN = 34;   // ADC1 pini, Wi-Fi açıkken de okunur / ADC1 pin, still readable while Wi-Fi is on
14
15WebServer server(80);     // 80 numaralı portta web sunucu / Web server on port 80
16
17// Ana sayfa: ölçümü HTML olarak gönder / Home page: send the reading as HTML
18void handleRoot() {
19  int raw = analogRead(LDR_PIN);              // 0-4095 ham değer / Raw value 0-4095
20  int percent = map(raw, 4095, 0, 0, 100);    // Modülde ışık arttıkça değer düşer / On the module the value drops as light rises
21  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>";
22  html += "<meta name='viewport' content='width=device-width'>";
23  html += "<script>setTimeout(() => location.reload(), 5000);</script>";   // 5 saniyede bir yenile / Reload every 5 s
24  html += "<title>ESP32 Grup 1</title></head><body>";
25  html += "<h1>Isik: %" + String(percent) + "</h1>";
26  html += "<p>Ham deger: " + String(raw) + "</p>";
27  html += "<p>Sinyal: " + String(WiFi.RSSI()) + " dBm</p>";
28  html += "</body></html>";
29  server.send(200, "text/html", html);        // 200 = istek başarılı / 200 = request OK
30}
31
32// Yalnız sayıyı döndüren adres / Address that returns only the number
33void handleValue() {
34  server.send(200, "text/plain", String(analogRead(LDR_PIN)));
35}
36
37void setup() {
38  Serial.begin(115200);
39  analogReadResolution(12);                   // 12 bit: 0-4095
40  WiFi.mode(WIFI_STA);                        // İstasyon modu: var olan ağa katıl / Station mode: join an existing network
41  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
42  Serial.print("Baglaniliyor / Connecting");
43  unsigned long start = millis();
44  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - start < 20000) {   // En fazla 20 sn bekle / Wait up to 20 s
45    delay(500);
46    Serial.print(".");
47  }
48  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
49    Serial.println("\nBaglanamadi, yeniden basliyor / No connection, restarting");
50    delay(2000);
51    ESP.restart();
52  }
53  Serial.print("\nIP: ");
54  Serial.println(WiFi.localIP());             // Telefonda bu adresi aç / Open this address on the phone
55  server.on("/", handleRoot);                 // Ana sayfa: IP/ / Home page: IP/
56  server.on("/deger", handleValue);           // Yalnız sayı: IP/deger / Number only: IP/deger
57  server.begin();
58}
59
60void loop() {
61  server.handleClient();                      // Gelen istekleri karşıla / Serve incoming requests
62}

Après le téléversement, ouvre le moniteur série à 115200 bauds. Quand les points s'arrêtent, la ligne IP apparaît, par exemple 192.168.43.57. Sur un téléphone connecté au même réseau que l'ESP32, ouvre le navigateur et tape cette adresse : la page affiche le pourcentage de lumière, la valeur brute et la force du signal, et se recharge toutes les 5 secondes. Cache la LDR avec la main et le pourcentage baisse. Ajoute /deger à la fin de l'adresse et seule la valeur brute s'affiche ; en semaine 5, l'ESP32 du groupe voisin lira exactement cette adresse avec un client HTTP. Si la carte ne se connecte pas en 20 secondes, elle redémarre d'elle-même, pour que personne ne croie qu'elle est figée. Si la connexion ne s'établit jamais, l'article l'ESP32 ne se connecte pas au WiFi explique le sens des codes d'état.

Sécurité et éthique : la semaine à ne pas sauter

En cours d'IoT, la sécurité ne s'enseigne pas comme un diaporama à part, mais comme une modification que les élèves font dans leur propre code. Dans ce module, ils manipulent déjà de vrais secrets à trois endroits : le mot de passe Wi-Fi, le jeton du bot de la semaine 6 et les données qu'ils mesurent. Consacre la seconde moitié de la semaine 7 à ces cinq points et demande pour chacun une modification concrète dans le projet du groupe :

• Ne pas écrire les mots de passe dans le code : Déplace le mot de passe Wi-Fi et le jeton du bot dans un fichier à part nommé secrets.h et laisse ce fichier de côté quand tu partages du code ou fais une capture d'écran. Une ligne de code au vidéoprojecteur, c'est toute la salle qui connaît le mot de passe.
• Changer les mots de passe par défaut : L'interface d'administration des routeurs, le mode point d'accès (AP) de l'ESP32 et les mots de passe des codes d'exemple sont des valeurs connues de tous. Change le mot de passe du routeur de la classe dès le premier jour et demande aux élèves de ne pas laisser de mot de passe d'exemple dans leurs projets.
• Ta page est ouverte à tout le réseau : Le serveur web de cet article n'a pas d'écran de connexion ; toute personne du même réseau qui connaît l'adresse ouvre la page et, dans un projet avec une adresse /on, allume aussi la LED. C'est pourquoi en cours on ne pilote par le web que des sorties sans danger comme des LED, des buzzers et des écrans ; aucun relais relié à la tension du secteur (230 V) n'est utilisé dans ce module.
• Données personnelles : La température et la lumière ne sont pas des données personnelles, mais un détecteur de mouvement qui enregistre quand des personnes passent dans un couloir, une caméra ou un micro peuvent en devenir. Si une idée de projet final enregistre les déplacements, la voix ou l'image de personnes, fais d'abord répondre la classe : « Qui le voit, combien de temps est-ce conservé, l'accord a-t-il été demandé ? »
• Mises à jour et responsabilité : Un objet connecté à Internet ne s'installe pas une fois pour toutes. Montre aux élèves qu'à la fin du module le routeur de la classe est éteint, les jetons des bots révoqués et les cartes réinitialisées, et discutez de qui est responsable d'un objet pendant toute sa durée de vie.

Liste de matériel : par groupe et pour 8 groupes

La liste est prévue pour 24 élèves en 8 groupes de trois ; 9 kits dont un de rechange suffisent. La plupart des pièces sont achetées pour les premières semaines et réutilisées ensuite ; l'écran LCD, par exemple, sert dans quatre projets de la semaine 2 à la semaine 5. Aucune soudure n'est nécessaire ; les modules comme l'écran LCD I2C et l'OLED se branchent avec des câbles jumper mâle-femelle. Si tu utilises une LDR seule au lieu du module, ajoute une résistance de 10 kΩ par groupe et montez ensemble le pont diviseur en semaine 2.

Évaluation : critères du projet final

Garde une règle simple pour le projet final : un capteur, une connexion Wi-Fi et un moyen de partager (page web ou message). Les groupes écrivent leur idée en une phrase à la fin de la semaine 6, établissent leur liste de matériel en semaine 7, montent pendant la première heure de la semaine 8 et présentent trois minutes chacun pendant la seconde. Note avec les six critères ci-dessous ; chacun vaut 1 à 3 points, 18 au total. Pour la logique générale de la grille, la fiche de rendu et le portfolio, tu peux reprendre tel quel le modèle de l'article grille d'évaluation pour un cours Arduino.

Questions de sortie par semaine et liste de vérification avant le module

1. Semaine 1 : Sur une broche en INPUT_PULLUP, que renvoie digitalRead() quand le bouton est appuyé, et pourquoi ?
2. Semaine 2 : Pourquoi un potentiomètre sur GPIO4 ne peut-il pas être lu quand le Wi-Fi est actif ? Quelles broches choisir ?
3. Semaine 3 : Si WiFi.status() indique que la carte n'est pas connectée, quelles sont les deux premières choses à vérifier ?
4. Semaine 4 : Pourquoi l'adresse IP tapée dans le navigateur peut-elle être différente la semaine prochaine ?
5. Semaine 5 : Cette semaine, ton ESP32 était-il serveur ou client ? Que signifient les codes d'état 200 et 404 ?
6. Semaine 6 : Que se passe-t-il si le jeton du bot apparaît sur une capture d'écran ? Quel est le rôle du broker dans MQTT ?
7. Semaine 7 : Avec la même batterie, un ESP32 toujours allumé tient des jours et en deep sleep des mois. Qu'est-ce qui fait la différence ?
8. Semaine 8 : Quelles données ton objet collecte-t-il, qui peut les voir et combien de temps sont-elles conservées ?

• Deux semaines avant le module : Poser les cinq questions au service informatique et choisir entre partage de connexion et routeur selon les réponses.
• Deux semaines avant le module : Compter les cartes et écrire l'adresse MAC de chacune sur son étiquette (donner la liste au service informatique si un enregistrement est nécessaire).
• Une semaine avant le module : Installer sur chaque ordinateur le paquet de cartes ESP32 et les bibliothèques DHT, LiquidCrystal I2C, AsyncTCP et ESPAsyncWebServer ; tester avec une carte.
• Une semaine avant le module : Régler le partage de connexion sur 2,4 GHz, changer le nom et le mot de passe, connecter un ESP32 et ouvrir sa page depuis un téléphone.
• Une semaine avant le module : Photocopier une fiche de carnet réseau par groupe, tester les capteurs et les écrans LCD et les ranger dans les boîtes.
• Avant la semaine 5 : Préparer les codes pour les projets Premium et expliquer aux élèves quelles informations les concernant sont partagées.

La place de BlueGrays dans le module

• Projets ESP32 : Dans Découvrir › Projets, utilise Filtrer pour choisir la plateforme ESP32 ; il y a environ 50 projets ESP32, de la connexion Wi-Fi au deep sleep. Chacun comporte un schéma, une liste de composants avec les quantités et un code source à copier. Copier le lien permet d'ouvrir le code sur un ordinateur.
• Comprendre le code : Les minutes 20 à 30 de chaque semaine passent par cet onglet : le résumé Que fait ce code ?, l'explication Étape par étape, Si tu bloques et la tâche À toi de jouer. Il est gratuit sur les projets des quatre premières semaines et s'ouvre avec Premium sur les projets Premium.
• Outil Brochage : Dans l'outil Brochage, chaque broche de l'ESP32 sélectionnée affiche son type et ses avertissements ; pour une broche de l'ADC2, il indique qu'aucune lecture analogique n'est possible quand le Wi-Fi est actif, pour une broche de l'ADC1, qu'elle reste lisible avec le Wi-Fi. Idéal au vidéoprojecteur pour choisir les broches en semaine 2. Brochage est un outil Premium.
• Outil Autonomie batterie : Dans l'outil Autonomie batterie, tu choisis le profil ESP32 · deep sleep ; en saisissant la capacité de la batterie, le courant et la durée d'éveil, le courant en sommeil et le cycle, il calcule la durée de fonctionnement estimée et le courant moyen. La comparaison « toujours allumé ou en sommeil » de la semaine 7 se fait sur cet écran. L'outil est Premium ; sans Premium, on voit un exemple de calcul.
• Paquets Éducateur : À partir de la semaine 5, des projets Premium sont nécessaires, donc un compte par groupe doit être Premium. Un paquet annuel de 10 codes couvre 8 groupes et l'enseignant ; c'est un paiement unique, il ne se renouvelle pas, les élèves n'ajoutent aucune carte, tu vois qui a utilisé chaque code dans Mes Codes et tu peux transférer les codes au groupe de l'année suivante. Un code mensuel de 30 jours distribué au premier cours de la semaine 5 couvre tout juste les quatre dernières semaines ; avec des vacances au milieu, il ne suffit pas. Les détails sont dans l'article codes Premium pour toute la classe.

Au bout de huit semaines, les élèves n'ont pas seulement un objet qui fonctionne : ils ont pris l'habitude de se demander comment un appareil parle sur un réseau, pourquoi il ne se connecte pas, combien d'énergie il consomme et à qui appartiennent les données qu'il collecte, et c'est exactement ce que recherche la voie professionnelle. Si tu veux parcourir avant le cours les projets, schémas et explications Comprendre le code de chaque semaine, il suffit d'ouvrir le filtre ESP32 dans l'application BlueGrays.