Licence 3 · Master

Systèmes embarqués · Réseaux · Données

Internet
des Objets

L'IoT connecte des milliards d'objets physiques — capteurs, actionneurs, appareils — à Internet pour collecter des données, les analyser et agir en temps réel sur le monde physique.

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Objets connectés d'ici 2025
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Marché IoT 2026
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Données générées/an (2025)
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Données traitées en edge d'ici 2025
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01

Introduction à l'IoT

L'Internet des Objets (IoT) est l'extension d'Internet à des objets physiques équipés de capteurs, de processeurs et de capacités de communication réseau. Terme popularisé par Kevin Ashton (MIT, 1999).

Perception

Couche capteurs & actionneurs

Température, humidité, pression, accélération, GPS, lumière, CO₂, images, sons. Capteurs passifs (RFID) et actifs. Actionneurs : moteurs, relais, vannes, LEDs. Précision, latence et consommation énergétique.

Traitement

Couche traitement embarqué

Microcontrôleurs (ARM Cortex-M, ESP32, ATmega). Systèmes d'exploitation temps réel (FreeRTOS, Zephyr, RIOT OS). Filtrage des données au niveau du dispositif, traitement local des signaux.

Transmission

Couche réseau & connectivité

Wi-Fi, Bluetooth/BLE, Zigbee, Z-Wave, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, 5G, Thread. Protocoles applicatifs : MQTT, CoAP, AMQP, HTTP/REST. Choix selon portée, débit, consommation.

Services

Couche cloud & applications

Ingestion de données massive (Kafka, Kinesis), stockage séries temporelles (InfluxDB, TimescaleDB), visualisation (Grafana), ML embarqué (TinyML), plateformes IoT (AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT).

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02

Architecture IoT

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Objets

Capteurs, actionneurs, tags RFID

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Gateway

Passerelle, protocole bridging

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Cloud / Edge

Ingestion, stockage, traitement

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Analytics

ML, dashboards, alertes

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Action

Automatisation, notification

Topologie

Star, Mesh, Point-to-Point

Star : tous les nœuds communiquent via un hub central. Mesh (Zigbee, Thread) : chaque nœud peut relayer les messages, autoguérison. P2P : Bluetooth classique. Choix selon la résilience et la couverture requises.

Digital Twin

Jumeau numérique

Réplique virtuelle d'un objet physique, synchronisée en temps réel. Azure Digital Twins, AWS IoT TwinMaker, NVIDIA Omniverse. Simulation, prédiction de pannes, optimisation avant déploiement physique.

Provisioning

Gestion du cycle de vie

Enrôlement sécurisé des dispositifs (zero-touch provisioning), déploiement OTA (Over-The-Air) des mises à jour firmware, surveillance, décommissionnement. AWS IoT Greengrass, Azure IoT Edge.

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03

Protocoles de communication

ProtocolePortéeDébitConso.Cas d'usage
Wi-Fi (802.11)~100 mMbps–GbpsÉlevéeMaisons intelligentes, caméras IP
Bluetooth BLE~50 m1–3 MbpsTrès faibleWearables, beacons, santé connectée
Zigbee (802.15.4)~100 m mesh250 kbpsTrès faibleDomotique, éclairage Philips Hue
LoRaWAN2–15 km0.3–50 kbpsTrès faibleAgriculture, smart city, compteurs
NB-IoT (LTE)Cellulaire~60 kbpsTrès faibleCompteurs eau/gaz, parking
5G mMTCCellulaireMbpsFaibleIndustrie 4.0, robots, véhicules
Thread / Matter~100 m mesh250 kbpsTrès faibleSmart home interopérable (Apple, Google)
Messagerie

MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

Protocole pub/sub léger sur TCP. QoS 0 (at most once), 1 (at least once), 2 (exactly once). Broker central (Mosquitto, HiveMQ, EMQX). Port 1883 (TLS : 8883). Standard de facto IoT.

REST IoT

CoAP (Constrained Application Protocol)

Version UDP/DTLS d'HTTP pour dispositifs contraints (RFC 7252). Méthodes GET/PUT/POST/DELETE. Observe (push notifications). Adapté aux objets avec peu de RAM/ROM.

Time-series

OPC-UA (Industrie 4.0)

Standard industriel pour la communication machine-à-machine. Modèle information sémantique, sécurité intégrée (PKI). Base de l'IIoT et des architectures de référence RAMI 4.0.

Python · Client MQTT avec paho-mqtt
import paho.mqtt.client as mqtt
import json, time, random

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print(f"Connecté au broker — code: {rc}")
    client.subscribe("capteurs/+/cmd")  # Wildcard

def on_message(client, userdata, msg):
    payload = json.loads(msg.payload)
    print(f"[{msg.topic}] Commande reçue: {payload}")

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.connect("broker.hivemq.com", 1883)
client.loop_start()

# Publication de mesures capteur
while True:
    payload = {"temp": 20+random.gauss(0,1), "hum": random.uniform(40,70), "ts": time.time()}
    client.publish("capteurs/salon/data", json.dumps(payload), qos=1)
    time.sleep(5)
🔧
04

Plateformes matérielles

Microcontrôleur

Arduino (AVR / ARM)

Environnement d'entrée de gamme. ATmega328 (8MHz, 2KB RAM) ou ARM Cortex-M (Arduino Zero, Nano 33). Idéal pour le prototypage, les capteurs analogiques, les PWM moteurs. Écosystème de bibliothèques immense.

WiFi + BLE

ESP32 / ESP8266

Espressif — microcontrôleur Xtensa 240MHz, WiFi + BLE intégré, 512KB RAM, 4MB flash. Rapport prix/performances exceptionnel (<3€). Arduino-compatible. Très utilisé en domotique et IoT maker.

SBC

Raspberry Pi

Single Board Computer : Linux complet, GPIO, caméra CSI, USB, Ethernet. RPi 4 : 4GB RAM, quad-core Cortex-A72. RPi Zero 2W : 1GHz, WiFi, 40 GPIO pour 15€. Idéal comme passerelle IoT ou edge server.

Industriel

STM32 / Nordic nRF52

STM32 (STMicroelectronics) : gamme ARM Cortex-M0 à M7 pour l'industriel. nRF52840 : BLE 5.3 + Thread + Zigbee sur un seul chip. Ultra low power, certification radio intégrée.

TinyML

Edge AI (Coral, Jetson Nano)

Google Coral Edge TPU : inférence ML sur chip à 4 TOPS, 2W. NVIDIA Jetson Nano : GPU 128 CUDA cores pour edge AI. Gaudi (Intel). Permet le ML embarqué sans cloud pour la confidentialité et la latence.

LPWAN

LoRa modules (RAK, Semtech)

SX1276 : transceiver LoRa longue portée. RAK Wireless : modules industriels LoRaWAN prêts-à-l'emploi. Portée en milieu rural : jusqu'à 15 km. Consommation : quelques µA en veille.

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05

Edge Computing & Fog Computing

📌 Edge vs Cloud vs Fog

Cloud : traitement centralisé, latence 50–200ms, puissance illimitée. Edge : traitement au niveau du dispositif ou de la passerelle (<1ms), autonomie, confidentialité. Fog : couche intermédiaire (gateway locale), agrège avant l'envoi cloud.

TinyML

Machine Learning embarqué

TensorFlow Lite Micro, Edge Impulse. Inférence de modèles optimisés (quantification int8) sur microcontrôleurs avec <1MB de RAM. Détection de mots-clés, anomalies vibratoires, classification d'images simples.

Real-time

RTOS & Contraintes temps-réel

FreeRTOS, Zephyr, RIOT OS, ThreadX. Ordonnancement préemptif, déterminisme. Latence garantie (hard real-time). Essentiel pour les systèmes de sécurité, les robots, les automates industriels.

Containerization

Docker à l'Edge

AWS IoT Greengrass, Azure IoT Edge, Eclipse EdgeX Foundry. Déploiement de containers légers sur gateways Linux. Mise à jour OTA des fonctions edge. K3s (Kubernetes léger) pour les clusters edge.

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06

Sécurité IoT

⚠️ Surface d'attaque massive

Milliards de dispositifs avec des contraintes de resources limitent les mécanismes de sécurité classiques. Botnet Mirai (2016) : 600 000 caméras IP compromises → DDoS 1.2 Tbps. La sécurité by design est indispensable.

Identité

Authentification des dispositifs

Certificats X.509 par dispositif (PKI). Secure Element (TPM, ATECC608). Challenge-response HMAC. JWT tokens pour les APIs. Provisionnement sécurisé en usine. Éviter les credentials par défaut.

Chiffrement

TLS 1.3 & DTLS

MQTT over TLS (port 8883). DTLS pour CoAP/UDP. Chiffrement AES-128 suffisant pour microcontrôleurs. ECDSA pour les signatures légères. Certificats Let's Encrypt pour les gateways.

Firmware

Mises à jour sécurisées OTA

Signature des images firmware (Ed25519). Chiffrement du payload. Rollback automatique en cas d'échec. SUIT (Software Updates for IoT) — RFC 9124. Bootloader sécurisé vérifiant la chaîne de confiance.

Réseau

Segmentation & Zero Trust

VLAN dédiés pour les dispositifs IoT, isolation du réseau principal. Firewall local sur la gateway. Filtrage par MAC + certificat. Micro-segmentation : chaque dispositif dans sa propre zone de confiance.

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07

Applications par domaine

Smart Home

Maison intelligente

Éclairage Philips Hue, thermostats Nest/Tado, serrures connectées, aspirateurs robots (Roomba), assistants vocaux (Alexa, Google Home). Standard Matter (2022) : interopérabilité Apple/Google/Amazon/Samsung.

Industrie 4.0

IIoT — Industrie connectée

Maintenance prédictive (vibrations, températures machines), jumeau numérique d'usine, AGVs (véhicules autonomes), cobots. Protocoles : OPC-UA, Profinet, EtherCAT. ROI : -25% de downtime, +20% de productivité.

Santé

Santé connectée & e-santé

Wearables (Apple Watch, Fitbit) : ECG, SpO₂, podomètre. Dispositifs médicaux connectés : pacemakers, glucomètres, pompes à insuline. Télésurveillance patients chroniques. Réglementation MDR (Medical Device Regulation).

Agriculture

Agriculture de précision

Capteurs sol (humidité, NPK, pH), météo hyper-locaux, drones de surveillance, irrigation automatisée LoRaWAN. Économies : -30% eau, -20% intrants. Plateformes : Teralytic, John Deere Operations Center.

Smart City

Ville intelligente

Compteurs intelligents Linky (France), parking intelligent, éclairage adaptatif, gestion des déchets (SmartBin), surveillance qualité de l'air, trafic adaptatif. Réseaux LoRaWAN municipaux (Sigfox).

Transport

Véhicules connectés & V2X

Télématique (OBD-II + 4G), diagnostics à distance, ADAS, V2X (Vehicle-to-Everything) : communication entre véhicules et infrastructure. DSRC (802.11p) et C-V2X (5G). Base des véhicules autonomes.

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Standards & Plateformes

Plateformes Cloud IoT

AWS IoT CoreAzure IoT HubGoogle Cloud IoT Eclipse IoT (Mosquitto, Vorto)ThingsBoardHome Assistant InfluxDBGrafanaNode-RED

Outils de développement

FreeRTOSZephyr OSArduino IDE PlatformIOMicroPythonTensorFlow Lite Micro Edge ImpulseWireshark (BLE/Zigbee)