SNT & NSI · TOUS NIVEAUX (2NDE · 1ÈRE · TERMINALE)
Introduction à la Programmation et aux Bases Algorithmiques
Construire progressivement les fondamentaux : du numérique et de l'informatique jusqu'à la machine, l'algorithme, la programmation et Python.
Introduction à la Programmation et aux Bases Algorithmiques
La progression logique de l'informatique
Pour aborder la programmation sereinement en classe de Seconde, nous construisons pas à pas chaque notion clé : Numérique ➔ Informatique ➔ Ordinateur ➔ Matériel & Logiciel ➔ Programme ➔ Algorithme ➔ Programmation ➔ Python
1. Le numérique, c'est quoi ?
Aujourd'hui, le numérique est omniprésent dans notre quotidien.
On utilise des appareils numériques pour :
- Communiquer (messages instantanés, appels vidéo, e-mails) ;
- Regarder des vidéos et streamer des séries ;
- Écouter de la musique en ligne ;
- Prendre des photos et enregistrer des vidéos haute définition ;
- Faire des recherches sur Internet ;
- Utiliser les réseaux sociaux pour partager et s'informer ;
- Travailler et collaborer à distance ;
- Apprendre avec des plateformes éducatives interactives ;
- Acheter des produits en ligne ;
- Effectuer des paiements sécurisés sans contact ;
- Se déplacer et naviguer grâce au positionnement GPS.
Définition : Le Numérique
Le mot numérique désigne l'ensemble des technologies qui permettent de représenter, stocker, traiter et transmettre des informations sous une forme numérique (composée de données binaires, des 0 et des 1).
Par exemple, une photo prise avec un smartphone est transformée en une grille de données numériques (pixels et valeurs de couleur). Un texte, une musique, une vidéo ou une page web peuvent tous être représentés sous forme de données compréhensibles et manipulables par les machines.
2. L'informatique
Le numérique est un domaine très vaste englobant la société, l'économie et la culture.
Définition : L'Informatique
L'informatique est la science et la technique du traitement automatique de l'information à l'aide de machines.
Le mot informatique est un mot-valise créé à partir de deux notions :
Information + Automatique = Informatique
L'informatique permet notamment de :
- Stocker d'immenses volumes d'informations ;
- Traiter des données à très grande vitesse ;
- Effectuer des calculs complexes en une fraction de seconde ;
- Communiquer instantanément à travers le monde ;
- Automatiser des tâches répétitives ;
- Contrôler des machines, des robots et des objets connectés.
Exemple fondamental : Le cycle de traitement
Lorsque vous utilisez une calculatrice :
- La machine reçoit les données d'entrée :
2et5, ainsi que l'opération demandée (+). - Elle effectue un traitement interne :
2 + 5 = 7. - Elle produit un résultat en sortie :
7.
On retrouve ici le principe moteur de toute l'informatique :
Le triptyque fondamental
Entrée ➔ Traitement ➔ Sortie
3. Qu'est-ce qu'un ordinateur ?
Définition : L'Ordinateur
Un ordinateur est une machine électronique programmable capable de :
- Recevoir des informations ;
- Stocker des informations dans sa mémoire ;
- Traiter des informations selon des règles logiques ;
- Produire des résultats exploitables ;
- Communiquer avec d'autres appareils et réseaux.
Un ordinateur peut prendre de nombreuses formes physiques :
- Un ordinateur de bureau (tour + écran) ;
- Un ordinateur portable (laptop) ;
- Une tablette tactile ;
- Un smartphone (qui est un véritable ordinateur de poche doté de capteurs) ;
- Un serveur hébergé dans un centre de données (datacenter) ;
- Un microcontrôleur ou système embarqué (dans une voiture, un robot, une montre connectée).
Même si ces appareils ont des apparences et des puissances très différentes, ils reposent tous sur les mêmes principes d'architecture.
4. Comment fonctionne un ordinateur ?
On peut simplifier le fonctionnement d'un ordinateur en quatre grandes fonctions indispensables :
① Entrée
L'ordinateur capte ou reçoit des informations depuis l'extérieur. Exemples : clavier, souris, microphone, caméra, écran tactile, capteurs de température ou GPS.
② Traitement
Le processeur (CPU) exécute les calculs et applique les opérations logiques sur les données.
③ Stockage
Les informations sont conservées soit temporairement (mémoire vive RAM), soit durablement. Exemples : disque SSD, disque dur, clé USB, carte mémoire SD, stockage cloud.
④ Sortie
L'ordinateur restitue le résultat du traitement à l'utilisateur ou à un autre système. Exemples : écran, haut-parleurs, imprimante, vibreur, moteurs ou actionneurs.
Schéma des entrées, traitements et sorties d'un ordinateur
Exercice 1 : Identifier Entrée, Traitement, Stockage et Sortie
Pour chacun des 3 systèmes automatisés suivants, identifiez précisément quel élément correspond à l'Entrée, au Traitement, au Stockage et à la Sortie :
- La barrière automatique de péage autoroutier : une caméra lit la plaque d'immatriculation du véhicule, le système consulte la base d'abonnements enregistrée sur le serveur, vérifie le paiement et commande l'ouverture de la barrière tout en allumant un feu vert.
- Le smartphone prenant une photo : le capteur optique capte la lumière, le processeur graphique applique les algorithmes de réduction de bruit et de netteté, l'image est enregistrée dans la mémoire flash, puis la photo s'affiche sur l'écran tactile.
- Le thermostat intelligent d'une maison : une sonde de température mesure 18 °C dans la pièce, l'algorithme compare cette mesure à la consigne programmée (20 °C) conservée en mémoire, puis envoie l'ordre d'allumage à la chaudière.
5. Le matériel informatique (Hardware)
Matériel (Hardware)
Le matériel, aussi appelé hardware, désigne l'ensemble des composants et éléments physiques d'un ordinateur. Ce sont les pièces que l'on peut voir et toucher.
Par exemple :
- Le processeur (CPU) : le moteur de calcul de la machine ;
- La mémoire vive (RAM) : la mémoire rapide de travail à court terme ;
- Le disque SSD / disque dur : la mémoire de stockage permanent ;
- La carte mère : le circuit imprimé central reliant tous les composants ;
- L'écran, le clavier, la souris et les haut-parleurs.
Exemple d'organisation matérielle
Exemple d'organisation matérielle 2
Exemple d'organisation matérielle 1
6. Le logiciel (Software)
Le matériel seul est une coquille inerte : sans instructions, le processeur ne sait rien faire. Un ordinateur a besoin de logiciels pour orchestrer le matériel et réaliser des tâches utiles.
Logiciel (Software)
Un logiciel est un ensemble de programmes, de règles et de données permettant à un appareil informatique d'effectuer des fonctions précises. Un logiciel est immatériel : on ne peut pas le toucher physiquement.
Exemples courants :
- Systèmes d'exploitation : Windows, Linux, macOS, Android, iOS ;
- Navigateurs web : Google Chrome, Mozilla Firefox, Safari ;
- Bureautique : Microsoft Word, LibreOffice Writer ;
- Multimédia : Lecteur VLC, Photoshop, Spotify ;
- Applications mobiles : WhatsApp, Instagram, TikTok.
7. Matériel et logiciel : La distinction clé
Il est capital de bien différencier les deux dimensions d'un système informatique :
| Matériel (Hardware) | Logiciel (Software) |
|---|---|
| Clavier | Windows / macOS / Linux |
| Souris / Trackpad | Google Chrome / Firefox |
| Écran / Moniteur | Microsoft Word |
| Processeur (CPU) | Lecteur VLC |
| Mémoire RAM | Système Android |
| Disque SSD | Une application mobile |
Règle d'or
Le matériel est la partie physique de la machine ; le logiciel fournit les instructions permettant au matériel de réaliser des tâches.
L'analogie du corps et du cerveau
On peut comparer le système informatique à l'être humain :
L'analogie du corps et du cerveau
Exercice 2 : Classifier Matériel (Hardware) et Logiciel (Software)
Indiquez pour chaque élément de la liste s'il relève du Matériel (Hardware) ou du Logiciel (Software), en précisant brièvement son rôle :
- Carte mère ASUS
- Système d'exploitation Ubuntu Linux
- Barrette de mémoire RAM 8 Go
- Navigateur web Mozilla Firefox
- Processeur Intel Core i7
- Application WhatsApp
- Disque SSD NVMe 1 To
- Logiciel de retouche photo GIMP
- Écran 24 pouces Full HD
8. Qu'est-ce qu'un programme ?
Définition : Programme Informatique
Un programme informatique est une suite précise d'instructions ordonnées permettant à un ordinateur d'effectuer une tâche donnée.
Par exemple, une application de calculatrice contient des programmes pour exécuter les opérations arithmétiques :
Si l'application reçoit l'entrée 5 + 8, le programme ordonne au processeur d'additionner ces deux valeurs, puis d'afficher le résultat 13 à l'écran.
9. Comment donne-t-on des instructions à une machine ?
C'est ici qu'intervient la programmation.
Définition : La Programmation
La programmation consiste à concevoir et rédiger les instructions qu'un ordinateur pourra interpréter et exécuter fidèlement.
Pour écrire ces instructions, les humains utilisent des langages de programmation. Ces langages sont des passerelles entre notre pensée et le langage machine :
- Python (simple, puissant, idéal pour débuter en SNT et approfondir en NSI) ;
- JavaScript (le langage interactif du Web) ;
- C / C++ (très performants pour les systèmes embarqués et les jeux vidéo) ;
- Java / C# / PHP / SQL (pour les applications d'entreprise et les bases de données).
Dans notre parcours en SNT, nous utiliserons Python.
10. Pourquoi utiliser un langage de programmation ?
Un ordinateur ne comprend pas le langage naturel (comme le français ou l'anglais). Si vous écrivez à votre machine :
« Demande à l'utilisateur son âge et affiche son âge. »
La machine est incapable d'interpréter cette phrase ambiguë. Il faut traduire cette intention dans la syntaxe rigoureuse d'un langage informatique.
En Python, cette consigne s'écrit de manière claire et non ambiguë :
Le processeur peut alors exécuter cette séquence sans la moindre ambiguïté.
11. Avant de programmer : Analyser et réfléchir
Conseil méthodologique capital
Programmer ne consiste pas à taper du code au hasard ! Avant d'écrire la moindre ligne de programme, il est indispensable de bien comprendre le problème et de concevoir la démarche de résolution.
Prenons un problème concret :
Problème : Calculer l'âge d'une personne à partir de son année de naissance.
Avant de coder, on décompose le problème :
- Quelle information doit-on demander à l'utilisateur en entrée ? ➔ Son année de naissance.
- Quel calcul doit-on effectuer ? ➔ Soustraire l'année de naissance à l'année actuelle (
2026 - annee_naissance). - Quel résultat doit-on afficher en sortie ? ➔ L'âge obtenu.
Calcul de l'âge : Entrée, Traitement, Sortie
Cette méthode de résolution structurée s'appelle un algorithme.
12. Qu'est-ce qu'un algorithme ?
Définition : L'Algorithme
Un algorithme est une suite finie, ordonnée et non ambiguë d'instructions permettant de résoudre un problème ou d'obtenir un résultat précis.
L'exemple de la recette de cuisine
Une recette de crêpes est un algorithme du quotidien :
- Verser la farine dans un saladier.
- Ajouter les œufs et le sucre.
- Mélanger progressivement en ajoutant le lait.
- Laisser reposer la pâte 30 minutes.
- Cuire chaque crêpe dans une poêle chaude beurrée.
- Servir chaud.
Si les étapes sont inversées (par exemple cuire avant de mélanger), le résultat échoue. En informatique, le cheminement est identique :
Exercice 3 : Concevoir un algorithme structuré (Calcul de prix soldé)
Un magasin applique une réduction de 30 % sur tous les articles pendant les soldes.
- Identifiez la donnée d'entrée, le traitement mathématique, et la donnée de sortie.
- Rédigez l'algorithme en pseudo-code (en français structuré) étape par étape pour calculer le montant de la réduction et le prix final à payer.
- Testez votre algorithme à la main avec un article dont le prix initial est de
60 €.
13. Algorithme vs Programme : Ne pas confondre !
Il est essentiel de bien distinguer ces deux concepts :
L'Algorithme (La méthode)
C'est la description universelle de la méthode de résolution, compréhensible par un être humain (souvent écrit en pseudo-code ou en français structuré).
Le Programme (La traduction)
C'est l'implémentation de cet algorithme dans un langage informatique spécifique (ex. Python) pour qu'une machine puisse l'exécuter.
- L'algorithme explique QUOI faire et dans quel ordre.
- Le programme traduit ces étapes dans une syntaxe exécutable par la machine.
14. La chaîne complète de création informatique
Voici la vue d'ensemble que chaque élève doit maîtriser :
La chaîne complète de création informatique
15. Exemple complet guidé
Énoncé du problème
Écrire un programme qui demande le prénom d'un élève et affiche un message de bienvenue personnalisé.
Étape 1 : Réflexion & Analyse
- Donnée d'entrée requise : Le prénom de l'utilisateur.
- Traitement : Assembler le texte
"Bienvenue"avec le prénom saisi. - Donnée de sortie : Affichage du message complet à l'écran.
Étape 2 : L'Algorithme (Pseudo-code)
Étape 3 : Le Programme Python
Exercice 4 : Du problème au script Python complet (Calculateur de rectangle)
On souhaite créer un outil interactif pour les collégiens afin de calculer automatiquement le périmètre et l'aire d'un rectangle.
- Écrivez l'algorithme en pseudo-code.
- Écrivez le programme Python complet correspondant, en utilisant
float(input(...))pour saisir des dimensions pouvant comporter des virgules, etprint()pour afficher les résultats.
16. La feuille de route de notre apprentissage
Après cette introduction, nous aborderons pas à pas toutes les briques de l'algorithmique et de la programmation :
La phrase clé à retenir
Un ordinateur est une machine qui traite des informations. Un logiciel contient des instructions. Programmer consiste à écrire ces instructions. Avant d'écrire un programme, on cherche une méthode de résolution structurée : c'est l'algorithme.
Quiz d'auto-évaluation
Question 1 : Qu'est-ce que le numérique ?
Que désigne le terme « numérique » en sciences et technologies ?
Question 2 : Le triptyque de l'informatique
Dans quel ordre fondamental s'opère le traitement automatique de l'information dans une machine ?
Question 3 : Matériel (Hardware) vs Logiciel (Software)
Quelle est la différence fondamentale entre le matériel et le logiciel ?
Question 4 : Rôle de la mémoire vive (RAM)
Quel est le rôle principal de la mémoire vive (RAM) dans un ordinateur ?
Question 5 : Qu'est-ce qu'un algorithme ?
Parmi les propositions suivantes, quelle est la définition exacte d'un algorithme ?
Question 6 : Algorithme vs Programme informatique
Quelle est la distinction capitale entre un algorithme et un programme informatique ?
Question 7 : La chaîne de création informatique
Dans quel ordre logique un informaticien ou un élève doit-il procéder pour résoudre un problème avec un ordinateur ?
Question 8 : Pourquoi utilise-t-on des langages comme Python ?
Pourquoi les humains écrivent-ils des programmes en langages de programmation (comme Python) plutôt qu'en français ou en anglais ?
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