SNT : 2020-2021

Préambule

L’enseignement de sciences numériques et technologie en classe de seconde a pour objet de permettre d’appréhender les principaux concepts des sciences numériques, mais également de permettre aux élèves, à partir d’un objet technologique, de comprendre le poids croissant du numérique et les enjeux qui en découlent. La numérisation généralisée des données, les nouvelles modalités de traitement ou de stockage et le développement récent d’algorithmes permettant de traiter de très grands volumes de données numériques constituent une réelle rupture dans la diffusion des technologies de l’information et de la communication. Cette révolution multiplie les impacts majeurs sur les pratiques humaines. Par exemple, l’actuel mobile multifonction est un objet technologique qui permet, comme le téléphone du XXe siècle, de téléphoner, mais qui sert également à bien d’autres activités : envoyer des messages, photographier, filmer, enregistrer, chercher et partager une information, écouter de la musique, regarder des vidéos, repérer où l’on se trouve, réserver des billets de train, vérifier son rythme cardiaque, programmer le chauffage de son appartement, etc. Ainsi, il est devenu une interface universelle d’accès à l’information et de commande d’autres objets. Cette convergence d’activités encore récemment indépendantes est un phénomène généralisé lié au développement de la science informatique et des technologies associées, et notamment à leur intégration avec le domaine des télécommunications, à l’informatisation massive de domaines variés (communication, audiovisuel, transports, instrumentation scientifique médicale et technique, outillage numérique, objets connectés, etc.), et bien sûr à la création du réseau internet. Malgré leur grande variété, ces avancées se fondent toutes sur l’universalité et la flexibilité d’un petit nombre de concepts en interaction :

• les données, qui représentent sous une forme numérique unifiée des informations très diverses : textes, images, sons, mesures physiques, sommes d’argent, etc. ;
• les algorithmes, qui spécifient de façon abstraite et précise des traitements à effectuer sur les données à partir d’opérations élémentaires ;
• les langages, qui permettent de traduire les algorithmes abstraits en programmes textuels ou graphiques de façon à ce qu’ils soient exécutables par les machines ;
• les machines, et leurs systèmes d’exploitation, qui permettent d’exécuter des programmes en enchaînant un grand nombre d’instructions simples, assurant la persistance des données par leur stockage, et de gérer les communications. On y inclut les objets connectés et les réseaux.

• faire preuve d’autonomie, d’initiative et de créativité ;
• présenter un problème ou sa solution, développer une argumentation dans le cadre d’un débat ;
• coopérer au sein d’une équipe ;
• rechercher de l’information, apprendre à utiliser des sources de qualité, partager des ressources ;
• faire un usage responsable et critique des sciences et technologies numériques.

Notions transversales de programmation

Un langage de programmation est nécessaire pour l’écriture des programmes : un langage simple d’usage, interprété, concis, libre et gratuit, multiplateforme, largement répandu, riche de bibliothèques adaptées aux thématiques étudiées et bénéficiant d’une vaste communauté d’auteurs dans le monde éducatif est nécessaire. Au moment de la conception de ce programme, le langage choisi est Python version 3 (ou supérieure).

Au collège (cycle 4), les élèves ont découvert et pratiqué les éléments fondamentaux d’algorithmique et de programmation. Le programme de seconde de mathématiques approfondit l’apprentissage de la programmation. Une coordination avec le cours de mathématiques est donc nécessaire pour déterminer à quel moment des éléments de programmation peuvent être utilisés en sciences numériques et technologie.

Internet

• Introduction

Grâce à sa souplesse et à son universalité, internet est devenu le moyen de communication principal entre les hommes et avec les machines.

• Repères historiques

Dès les années cinquante, les ordinateurs ont été mis en réseau pour échanger des informations, mais de façon très liée aux constructeurs d’ordinateurs ou aux opérateurs téléphoniques. Les réseaux généraux indépendants des constructeurs sont nés aux États-Unis avec ArpaNet (1970) et en France avec Cyclades (1971). Cet effort a culminé avec internet, né en 1983.

• Le protocole TCP/IP

Internet est défini par le protocole IP (Internet Protocol), ensemble de normes qui permettent d’identifier et de nommer de façon uniforme tous les ordinateurs ou objets qui lui sont connectés. IP est accompagné de protocoles de transmission pour transférer l’information par paquets, le principal étant TCP/IP (Transmission Control Protocol). De nature logicielle, internet s’appuie sur une grande variété de réseaux physiques où IP est implémenté. Il uniformise l’accès à tous les ordinateurs, les téléphones et les objets connectés.

• Les données et l’information

Internet manipule deux types d’information : les contenus envoyés et les adresses du destinataire et de l’émetteur. Ces deux types d’information sont regroupés dans des paquets de taille fixe, de façon uniforme et indépendante du type de données transportées : texte, images, sons, vidéos, etc. Les adresses sont numériques et hiérarchiques mais l’utilisateur connaît surtout des adresses symboliques normalisées, comme wikipedia.fr. Le système DNS (Domain Name System) transforme une adresse symbolique en adresse numérique. Il est réalisé par un grand nombre d’ordinateurs répartis sur le réseau et constamment mis à jour.

• Les algorithmes et les programmes

Le principal algorithme d’internet est le routage des paquets de leurs émetteurs vers leurs destinataires. Il est effectué par des machines appelées routeurs, qui échangent en permanence avec leurs voisins pour établir une carte locale de ce qu’ils voient du réseau. Chaque paquet transite par une série de routeurs, chacun l’envoyant à un autre routeur selon sa carte locale et la destination prévue. Les routeurs s’ajustent en permanence et de proche en proche quand on les ajoute au réseau ou quand un routeur voisin disparaît. Il n’y a plus besoin de carte globale, ce qui permet le routage à grande échelle. Lors du routage, un paquet peut ne pas arriver pour deux raisons : une panne matérielle d’une ligne ou d’un routeur, ou sa destruction. Chaque paquet contient l’information d’un nombre maximal de routeurs à traverser : pour ne pas encombrer le réseau, il est détruit si ce nombre est atteint. C’est le protocole TCP qui fiabilise la communication en redemandant les paquets manquants. Il garantit que tout paquet finira par arriver, sauf panne matérielle incontournable. TCP réordonne aussi les paquets arrivés dans le désordre et diminue la congestion du réseau en gérant au mieux les redemandes. Mais ni internet ni TCP ne possèdent de garantie temporelle d’arrivée des paquets, ce qui nuit à la qualité du streaming du son ou des vidéos et de la téléconférence. En effet, dans une vidéo, on peut perdre une image isolée, mais pas le fil du temps.

D’autres protocoles s’appuient sur ceux d’internet, par exemple les protocoles du Web (HTTP et HTTPS) et le protocole NTP (Network Time Protocol) qui permet de synchroniser finement les heures des ordinateurs et objets connectés.

• Les machines

Réseau mondial, internet fonctionne à l’aide de routeurs, de lignes de transmissions à très hauts débits (fibres optiques) entre routeurs, de réseaux de téléphonie mobile, et de réseaux locaux. Ses protocoles étant logiciels, il peut s’appuyer sur n’importe quel réseau physique qui les implémente : 4G, Ethernet, ADSL, Wi-Fi, Bluetooth, etc. TCP/IP n’est pas implémenté dans l’infrastructure, mais dans chacun des ordinateurs connectés, et un serveur DNS est aussi un ordinateur connecté. Des mécanismes complexes assurent la continuité de la connexion, par exemple pour passer sans interruption de téléphonie 4G au Wi-Fi, ou son ubiquité, par exemple pour passer de façon invisible d’antenne à antenne avec un téléphone portable quand on voyage.

Dans les réseaux pair-à-pair s’appuyant sur internet et souvent utilisé pour le transport de vidéos, chaque ordinateur sert à la fois d’émetteur et de récepteur.

• Impacts sur les pratiques humaines

Internet a fait progressivement disparaître beaucoup des moyens de communication précédents : télégramme, télex, le courrier postal pour une bonne partie, et bientôt le téléphone fixe grâce à VoIP (voix sur IP). Son trafic prévu pour 2021 est de 3300 milliards de milliards d’octets (3,3 × 10^21 octets).

Internet a aussi ses problèmes : absence de garantie temporelle sur l’arrivée des paquets et possibilité d’attaques par saturation en envoyant un très grand nombre de messages à un site donné, pour y provoquer un déni de service.

La neutralité du Net, présente dès l’origine du réseau, exprime l’idée que les routeurs doivent transmettre les paquets indépendamment du type de leur contenu : texte, vidéo, etc. Mais elle est constamment remise en cause par certains lobbies industriels.

Contenus	Capacités attendues
Protocole TCP/IP : paquets, routage des paquets	Distinguer le rôle des protocoles IP et TCP. Caractériser les principes du routage et ses limites. Distinguer la fiabilité de transmission et l’absence de garantie temporelle.
Adresses symboliques et serveurs DNS	Sur des exemples réels, retrouver une adresse IP à partir d’une adresse symbolique et inversement.
Réseaux pair-à-pair	Décrire l’intérêt des réseaux pair-à-pair ainsi que les usages illicites qu’on peut en faire.
Indépendance d’internet par rapport au réseau physique	Caractériser quelques types de réseaux physiques : obsolètes ou actuels, rapides ou lents, filaires ou non. Caractériser l’ordre de grandeur du trafic de données sur internet et son évolution.
Exemples d’activités
Illustrer le fonctionnement du routage et de TCP par des activités débranchées ou à l’aide de logiciels dédiés, en tenant compte de la destruction de paquets. Déterminer l’adresse IP d’un équipement et l’adresse du DNS sur un réseau. Analyser son réseau local pour observer ce qui y est connecté. Suivre le chemin d’un courriel en utilisant une commande du protocole IP.

Le web

• Introduction

Le Web (toile ou réseau) désigne un système donnant accès à un ensemble de données (page, image, son, vidéo) reliées par des liens hypertextes et accessibles sur le réseau internet.

• Repères historiques

• 1965 : invention et programmation du concept d’hypertexte par Ted Nelson ;
• 1989 : naissance au CERN par Tim Berners Lee ;
• 1993 : mise dans le domaine public, disponibilité du premier navigateur Mosaic ;
• 1995 : mise à disposition de technologies pour le développement de site Web interactif (langage JavaScript) et dynamique (langage PHP);
• 2001 : standardisation des pages grâce au DOM (Document Object Model);
• 2010 : mise à disposition de technologies pour le développement d’applications sur mobiles.

• Normalisation de la présentation de l’information

Sur le Web, les textes, photos, vidéos, graphiques, sons, programmes sont exprimés et assemblés dans divers formats normalisés par un consortium mondial (W3C : World Wide Web Consortium), ce qui permet une circulation standardisée de ces informations.

Les pages Web sont écrites dans le langage de balises HTML (HypertextMarkupLanguage). Leur style graphique est défini dans le langage CSS (Cascading Style Sheets).

Les pages ont une adresse unique, nommée URL (Uniform Ressource Locator). Elles sont accessibles via internet en utilisant le protocole HTTP (Hypertext Transfer Protocol) ou sa version sécurisée HTTPS qui crypte les échanges. L’affichage des pages est réalisé chez l’utilisateur par un programme appelé navigateur.

Un hypertexte est un texte augmenté de renvois automatiques à des textes, des images ou des sons. Initialement, un hypertexte se restreignait à la mémoire d’un seul ordinateur. Dans une page Web, ce renvoi se fait sur n’importe quelle machine du réseau internet, par le truchement de l’adresse de la page Web du texte (URL) auquel il fait référence. La toile d’araignée construite par les liens peut être représentée sous la forme d’un graphe qui matérialise la structure du Web.

• Moteurs de recherche

Les moteurs de recherche permettent de trouver des informations dans des pages dont on ne connaît pas l’adresse, voire dont on ignore l’existence. La méthode de recherche appelée référencement naturel se décompose en trois grandes activités, réalisées par les moteurs de recherche : (1) le parcours automatique du Web pour collecter les pages visitées (aspiration des pages Web effectuée par des robots); (2) l’analyse du contenu des pages et leur indexation sur les mots qu’elles contiennent (constitution d’un annuaire inversé qui associe à chaque terme les URL des pages où il apparaît) ; (3) la troisième activité, réalisée à chaque fois qu’un internaute fait une requête, construit une liste ordonnée des pages (classement) comportant les mots clés de la requête. Leur ordre dépend notamment de leur popularité (principe des liens), de leur pertinence (aux mots de la requête), et de l’ordre des termes de la requête.

Les concepteurs de site Web peuvent améliorer le référencement de leurs pages en choisissant bien les mots et en les plaçant à des endroits stratégiques dans les pages.

• Interaction client/serveur

Le Web s’appuie sur le dialogue entre clients et serveurs. L’interaction est à l’initiative des clients (les applications qui se connectent au Web, dont les navigateurs), qui envoient des requêtes HTTP aux serveurs. Ces derniers renvoient leur résultat : des pages qu’ils ont stockées ou qu’ils créent dynamiquement en fonction de la requête formulée. Les pages reçues par les clients peuvent contenir des codes exécutables (souvent en JavaScript) qui permettent aux clients d’effectuer des traitements en accédant aux ressources de son ordinateur et en interagissant avec les serveurs.

Les applications peuvent être paramétrées pour autoriser ou interdire l’accès à des ressources locales aux programmes téléchargés par les pages.

• Sécurité et confidentialité

En formulant des requêtes sur des sites Web dynamiques et en laissant des programmes s’exécuter sur sa machine, l’utilisateur prend des risques : il peut communiquer des informations personnelles à son insu à des serveurs qui en gardent une trace, à distance ou localement par des cookies, ou encore charger des pages contenant des programmes malveillants, par exemple permettant d’espionner en continu les actions de l’utilisateur. Par ailleurs, un navigateur peut garder un historique de toutes les interactions, et le laisser accessible aux sites connectés. L’utilisateur peut utiliser des services qui s’engagent à ne pas garder de traces de ses interactions, par exemple certains moteurs de recherche. Il peut aussi paramétrer son navigateur de façon à ce que celui-ci n’enregistre pas d’historique des interactions. De fausses pages peuvent encore être utilisées pour l’hameçonnage des utilisateurs. Un nom de lien pouvant cacher une adresse Web malveillante, il faut examiner cette adresse avant de l’activer par un clic.

• Impacts sur les pratiques humaines

Dans l’histoire de la communication, le Web est une révolution : il a ouvert à tous la possibilité et le droit de publier ; il permet une coopération d’une nature nouvelle entre individus et entre organisations : commerce en ligne, création et distribution de logiciels libres multi-auteurs, création d’encyclopédies mises à jour en permanence, etc. ; il devient universel pour communiquer avec les objets connectés.

Le Web permet aussi de diffuser toutes sortes d’informations dont ni la qualité, ni la pertinence, ni la véracité ne sont garanties et dont la vérification des sources n’est pas toujours facile. Il conserve des informations, parfois personnelles, accessibles partout sur de longues durées sans qu’il soit facile de les effacer, ce qui pose la question du droit à l’oubli. Il permet une exploitation de ses données, dont les conséquences sociétales sont encore difficiles à estimer : recommandation à des fins commerciales, bulles informationnelles, etc. En particulier, des moteurs de recherche permettent à certains sites d’acquérir de la visibilité sur la première page des résultats de recherche en achetant de la publicité qui apparaîtra parmi les liens promotionnels.

Contenus	Capacités attendues
Repères historiques	Connaître les étapes du développement du Web.
Notions juridiques	Connaître certaines notions juridiques (licence, droit d’auteur, droit d’usage, valeur d’un bien).
Hypertexte	Maîtriser les renvois d’un texte à différents contenus.
Langages HTML et CSS	Distinguer ce qui relève du contenu d’une page et de son style de présentation. Étudier et modifier une page HTML simple.
URL	Décomposer l’URL d’une page. Reconnaître les pages sécurisées.
Requête HTTP	Décomposer le contenu d’une requête HTTP et identifier les paramètres passés.
Modèle client/serveur	Inspecter le code d’une page hébergée par un serveur et distinguer ce qui est exécuté par le client et par le serveur.
Moteurs de recherche : principes et usages	Mener une analyse critique des résultats fournis par un moteur de recherche. Comprendre les enjeux de la publication d’informations.
Paramètres de sécurité d’un navigateur	Maîtriser les réglages les plus importants concernant la gestion des cookies, la sécurité et la confidentialité d’un navigateur. Sécuriser sa navigation en ligne et analyser les pages et fichiers.
Exemples d’activités
Construire une page Web simple contenant des liens hypertextes, la mettre en ligne. Modifier une page Web existante, changer la mise en forme d’une page en modifiant son CSS. Insérer un lien dans une page Web. Comparer les paramétrages de différents navigateurs. Utiliser plusieurs moteurs de recherche, comparer les résultats et s’interroger sur la pertinence des classements. Réaliser à la main l’indexation de quelques textes sur quelques mots puis choisir les textes correspondant à une requête. Calculer la popularité d’une page à l’aide d’un graphe simple puis programmer l’algorithme. Paramétrer un navigateur de manière qu’il interdise l’exécution d’un programme sur le client. Comparer les politiques des moteurs de recherche quant à la conservation des informations sur les utilisateurs. Effacer l’historique du navigateur, consulter les cookies, paramétrer le navigateur afin qu’il ne garde pas de traces. Utiliser un outil de visualisation tel que Cookieviz pour mesurer l’impact des cookies et des traqueurs lors d’une navigation. Régler les paramètres de confidentialité dans son navigateur ou dans un service en ligne.

Les réseaux sociaux

• Introduction

Les réseaux sociaux sont des applications basées sur les technologies du Web qui offrent un service de mise en relation d’internautes pour ainsi développer des communautés d’intérêts.

• Repères historiques

• 1995 : Classmates est l’un des premiers réseaux sociaux qui permettent aux étudiants de rester en relation ;
• 2003 : apparition de Myspace, aujourd’hui en perte de vitesse, et de LinkedIn (racheté depuis par Microsoft), à vocation professionnelle ;
• 2004 : apparition de Facebook, d’abord réservé aux étudiants de l’université Harvard, puis ouvert au grand public en 2006;
• 2006 : apparition de Twitter, qui permet l’échange de courts messages, limités au départ à 140 puis à 280 caractères (on parle de microblogage);
• 2009 : lancement de la messagerie instantanée WhatsApp (rachetée depuis par Facebook) qui se substitue à l’utilisation des SMS et MMS chez beaucoup d’utilisateurs;
• 2010 : arrivée d’Instagram (racheté depuis par Facebook), qui permet le partage de photos et de vidéos
• 2011 : début de Snapchat qui permet, sur plateformes mobiles, le partage de photos et de vidéos, avec une limitation de durée
• 2018 : on estime à 3,2 milliards le nombre d’utilisateurs actifs des réseaux sociaux

En 2018, les réseaux sociaux utilisés en France sont états-uniens, toutefois il en existe bien d’autres : en Chine, par exemple, apparaît en 2009 l’application de microblogage Weibo avec plus de 350 millions d’utilisateurs actifs en 2018 ; en 2012 naît l’application de messagerie Weixin (développée par Tencent) qui compte en 2018 plus d’un milliard de comptes utilisateurs.

• Les données et l’information

Les différents réseaux sociaux permettent l’échange d’informations de natures différentes : textes, photos, vidéos. Certains limitent strictement la taille des informations, d’autres autorisent la publication, mais de façon limitée dans le temps. Certains permettent l’adjonction d’applications tierces (plug-ins) qui peuvent ajouter des fonctionnalités supplémentaires.

Toutes les applications de réseautage social utilisent d’importantes bases de données qui gèrent leurs utilisateurs, l’ensemble des données qu’ils partagent, mais aussi celles qu’ils consentent à fournir (sans toujours le savoir), y compris sur leur vie personnelle.

• Les algorithmes et les programmes

De très nombreux algorithmes sont mis en œuvre par les applications de réseautage social. Toutes les applications s’appuient sur des services de mise en relation avec des internautes membres du réseau, relations ou amis communs : des algorithmes opérant sur les graphes et sur les bases de données sont au cœur de ces services.

À l’aide d’algorithmes de recommandation, les réseaux sociaux suggèrent aux utilisateurs des amis, des contenus, des annonces promotionnelles. Ils permettent aussi aux plateformes sociales d’étudier les comportements de leurs utilisateurs à des fins commerciales, politiques ou d’amélioration du service.

• Impacts sur les pratiques humaines

Le développement des réseaux sociaux introduit un nouveau type de liens sur le Web, qui ne relève pas de l’hypertexte : il s’agit de l’abonnement à des relations/des amis et de la possibilité de recommander de l’information en fonction du réseau ainsi constitué.

L’objectif annoncé des applications de réseautage social est de mettre les individus en relation les uns avec les autres. Quelle est la réalité ? L’expérience de Milgram (1967) semble indiquer la constitution de « petits mondes » où chacun est au plus à six liens de distance d’un autre. Peut-on éviter les phénomènes de communautés liés à des recommandations se renforçant les unes les autres pouvant aller jusqu’à un appauvrissement de la pensée critique ? Ces questions font référence au concept de bonding (renforcement de liens existants au sein d’un même groupe) versus bridging (construction de nouveaux liens non redondants).

Les affaires de fuite de données personnelles mettent en avant les questions liées aux modèles économiques des applications de réseautage social symbolisés par le slogan «quand c’est gratuit, c’est vous le produit».

Les réseaux sociaux peuvent être le support d’une cyberviolence, par le biais de photographies partagées sans consentement ou impossibles à retirer, par la diffusion de fausses nouvelles, de dénonciations ou de calomnies. Des pratiques, des outils et des services permettent de se protéger, lutter et dénoncer de tels agissements.

Sensibilisés au collège dans le cadre de l’éducation aux médias et à l’information, les lycéens doivent acquérir les démarches nécessaires pour se protéger et une conduite appropriée dans le cadre d’usages scolaires pour se préparer au monde professionnel. Les espaces numériques de travail (ENT) constituent le cadre privilégié de cet apprentissage.

Contenus	Capacités attendues
Identité numérique, e-réputation, identification, authentification	Connaître les principaux concepts liés à l’usage des réseaux sociaux
Réseaux sociaux existants	Distinguer plusieurs réseaux sociaux selon leurs caractéristiques, y compris un ordre de grandeur de leurs nombres d’abonnés. Paramétrer des abonnements pour assurer la confidentialité de données personnelles
Modèle économique des réseaux sociaux	Identifier les sources de revenus des entreprises de réseautage social.
Rayon, diamètre et centre d’un graphe	Déterminer ces caractéristiques sur des graphes simples.
Notion de « petit monde » Expérience de Milgram	Décrire comment l’information présentée par les réseaux sociaux est conditionnée par le choix préalable de ses amis
Cyberviolence	Connaître les dispositions de l’article 222-33-2-2 du code pénal. Connaître les différentes formes de cyberviolence (harcèlement, discrimination, sexting...) et les ressources disponibles pour lutter contre la cyberviolence.
Exemples d’activités
Construire ou utiliser une représentation du graphe des relations d’un utilisateur. S’appuyer sur la densité des liens pour identifier des groupes, des communautés. Sur des exemples de graphes simples, en informatique débranchée, étudier les notions de rayon, diamètre et centre d’un graphe, de manière à illustrer la notion de «petit monde» Comparer les interfaces et fonctionnalités de différents réseaux sociaux. Dresser un comparatif des formats de données, des possibilités d’échange ou d’approbation (bouton like), de la persistance des données entre différents réseaux sociaux. Réaliser à la main l’indexation de quelques textes sur quelques mots puis choisir les textes correspondant à une requête. Analyser les paramètres d’utilisation d’un réseau social. Analyser les autorisations données aux applications tierces. Discuter des garanties d’authenticité des comptes utilisateurs ou des images. Lire et expliquer les conditions générales d’utilisation d’un réseau social. Consulter le site nonauharcelement.education.gouv.fr.