Après avoir raconté l’histoire des microprocesseurs et des ordinateurs, intéressons-nous à une autre révolution : celle des micro-cartes.
Aujourd’hui, pour quelques dizaines d’euros, une petite carte peut mesurer une température, commander un moteur, piloter une antenne, héberger un serveur, décoder des signaux radio ou communiquer en Wi-Fi.
Arduino, Raspberry Pi, ESP32 ou micro semblent avoir inventé ce concept. Pourtant, son histoire remonte aux débuts mêmes de la micro-informatique.
Micro-carte, microcontrôleur ou ordinateur monocarte ?
Avant de remonter le temps, distinguons deux familles.
Une carte à microcontrôleur utilise généralement un composant intégrant processeur, mémoire et périphériques. Elle exécute directement un programme et convient parfaitement à l’automatisation : Arduino et ESP32 en sont de bons exemples.
Un ordinateur monocarte, ou SBC — Single Board Computer, rassemble sur une seule carte l’essentiel d’un véritable ordinateur. Il peut disposer de beaucoup plus de mémoire, d’interfaces USB ou vidéo et faire fonctionner un système d’exploitation tel que Linux. Le Raspberry Pi appartient à cette catégorie.
La frontière n’est cependant pas toujours parfaitement nette.
1976 : le KIM-1, un ordinateur sur une carte
L’un des ancêtres les plus intéressants est le KIM-1, commercialisé par MOS Technology en 1976.
Construit autour du fameux microprocesseur MOS 6502, il réunit sur une seule carte le processeur, la mémoire, les interfaces, un clavier hexadécimal et six afficheurs à LED. Le Smithsonian conserve notamment un exemplaire de cette machine historique.
Avec seulement 1 Ko de RAM, le KIM-1 paraît aujourd’hui extrêmement limité. Pourtant, son prix d’environ 245 dollars et ses possibilités d’extension le rendent particulièrement séduisant pour les ingénieurs et les amateurs.
Plus besoin d’une armoire informatique : l’ordinateur est désormais posé sur la table de l’expérimentateur.
Le KIM-1 de 1976 : processeur, mémoire, clavier et affichage réunis sur une seule carte.
Les cartes de développement se multiplient
Le succès des microprocesseurs puis des microcontrôleurs provoque l’apparition d’innombrables systèmes d’apprentissage et de développement.
Le principe est simple : plutôt que de construire toute l’électronique autour d’un composant avant même de pouvoir l’expérimenter, le fabricant ou un tiers fournit une carte prête à fonctionner.
Alimentation, horloge, mémoire, connecteurs et interfaces sont déjà disponibles.
Durant les années 1980 et 1990, les électroniciens découvrent ainsi les familles Intel 8051, Motorola 68HCxx, Microchip PIC ou Atmel AVR.
Ces cartes restent cependant souvent destinées à des techniciens sachant lire une documentation électronique, manipuler les registres du processeur et programmer relativement près du matériel.
BASIC Stamp : programmer sans devenir informaticien
Au début des années 1990, une idée prend de l’importance : simplifier non seulement le matériel, mais également sa programmation.
Le BASIC Stamp de Parallax constitue un jalon important de cette évolution.
Le principe est séduisant : une petite carte programmable en BASIC peut être intégrée directement dans un montage. L’utilisateur peut ainsi se concentrer sur son application plutôt que sur les détails internes du microprocesseur.
Cette philosophie annonce déjà ce qui fera quelques années plus tard l’immense succès d’Arduino.
2005 : Arduino change les règles
En 2005, à l’Interaction Design Institute d’Ivrea en Italie, naît le projet Arduino. Le Computer History Museum situe lui aussi le début du projet en 2005.
L’objectif n’est pas de créer le microcontrôleur le plus puissant.
Il s’agit de rendre l’électronique programmable simple, économique et accessible, notamment aux étudiants, artistes, designers et expérimentateurs n’ayant pas nécessairement une formation approfondie en électronique. Arduino explique lui-même que le projet est né à Ivrea comme outil de prototypage rapide destiné aux étudiants.
Les cartes utilisent notamment des microcontrôleurs AVR d’Atmel. Mais le véritable succès repose sur l’ensemble : carte prête à utiliser, connexion USB, environnement de développement gratuit, bibliothèques, exemples, communauté et matériel largement documenté.
Un programme aussi simple que digitalWrite() permet de commander une sortie sans devoir connaître tous les registres internes du microcontrôleur.
C’est une petite révolution.
L’Arduino Uno, apparu plus tard, deviendra l’un des symboles de cette génération.
Avec Arduino, la carte à microcontrôleur devient un outil accessible aux étudiants, makers, électroniciens et radioamateurs.
2008 : BeagleBoard et Linux arrivent sur la carte
Une autre évolution se produit parallèlement.
Pourquoi limiter une petite carte au fonctionnement d’un microcontrôleur ?
Avec suffisamment de puissance et de mémoire, elle peut devenir un véritable ordinateur sous Linux.
La première BeagleBoard apparaît en 2008. Le projet met en avant une plateforme informatique abordable et ouverte ; la famille donnera ensuite naissance notamment à BeagleBone en 2011 puis BeagleBone Black en 2013.
On change alors de catégorie.
Une carte de quelques centimètres peut faire fonctionner Linux, communiquer sur un réseau et servir de plateforme de développement complète.
Le terrain est prêt pour une autre révolution.
2012 : Raspberry Pi démocratise l’ordinateur monocarte
Le 29 février 2012, les premiers Raspberry Pi sont mis en vente. Le succès dépasse immédiatement les prévisions : la fondation indiquera avoir reçu plus de 100 000 commandes dès la première journée.
Le Raspberry Pi n’est pas un Arduino plus puissant.
C’est un ordinateur complet.
Son processeur ARM et sa mémoire permettent d’exécuter Linux tandis que ses ports USB, sa sortie vidéo et surtout son connecteur GPIO lui permettent de dialoguer directement avec l’électronique extérieure.
Cette combinaison est remarquable : le même appareil peut être ordinateur, serveur, automate, interface réseau ou contrôleur électronique.
Son prix initial très faible contribue énormément à son succès ; le Model B est alors annoncé à 35 dollars.
Au fil des générations, les performances augmentent considérablement et le Raspberry Pi devient capable d’assurer des fonctions autrefois réservées à un PC.
Pour les radioamateurs, les applications deviennent rapidement nombreuses : SDR, décodage numérique, APRS, WSPR, FT8, serveur distant, pilotage CAT, station météo ou commande de rotor.
À partir de 2012, Raspberry Pi fait entrer Linux, le réseau et les GPIO dans un ordinateur tenant dans la main.
ESP8266 et ESP32 : la micro-carte devient connectée
Une autre révolution se prépare : le Wi-Fi directement dans le microcontrôleur.
L’ESP8266 d’Espressif devient extrêmement populaire auprès des expérimentateurs grâce à son faible coût et à sa connectivité Wi-Fi.
Puis arrive l’ESP32.
En septembre 2016, Espressif annonce officiellement son ESP32, un microcontrôleur 32 bits associant notamment Wi-Fi et Bluetooth.
Cette intégration change encore la manière de concevoir les projets.
Une petite carte peut désormais lire un capteur, effectuer des calculs, commander des sorties et transmettre directement ses informations sur le réseau sans ordinateur intermédiaire.
L’Internet des objets — IoT devient accessible à l’amateur.
Pour quelques euros seulement, on peut construire une station météo connectée, une télémétrie, une télécommande réseau ou une interface pour une station radio.
micro : apprendre en expérimentant
L’éducation devient également un enjeu majeur.
En 2015, la BBC lance au Royaume-Uni son programme Make It Digital, au cœur duquel se trouve le BBC micro. Un million de cartes sont destinées aux écoles britanniques afin d’encourager l’apprentissage de la programmation et de l’électronique.
La carte intègre directement plusieurs éléments facilitant l’expérimentation : matrice de LED, boutons, capteurs et communications radio selon les versions.
En 2020, une nouvelle version ajoute notamment microphone, haut-parleur et surface tactile.
La philosophie rejoint celle d’Arduino : réduire au maximum la distance entre l’idée et l’expérience réelle.
Des micro-cartes partout
Aujourd’hui, la diversité est spectaculaire.
Arduino continue d’évoluer, Raspberry Pi dispose de toute une gamme de cartes et de modules, tandis qu’ESP32 existe dans de nombreuses variantes.
À côté d’eux apparaissent Raspberry Pi Pico, STM32, Teensy et quantité d’autres plateformes.
Certaines privilégient la puissance de calcul, d’autres une très faible consommation électrique, les entrées/sorties temps réel, le Wi-Fi, le Bluetooth ou encore l’intelligence artificielle.
Nous sommes passés d’une carte nécessitant parfois la saisie d’instructions en hexadécimal à des plateformes capables de se connecter au réseau mondial quelques secondes après leur mise sous tension.
Arduino, Raspberry Pi, ESP32 et micro illustrent quatre approches différentes de l’informatique et de l’électronique sur une petite carte.
Et pour le radioamateur ?
C’est probablement dans notre domaine que ces petites cartes révèlent le mieux leur polyvalence.
Un Arduino convient parfaitement à la commande d’un rotor, d’un relais, d’une boîte d’accord ou à la lecture d’un capteur.
Un ESP32 ajoute naturellement la connexion Wi-Fi ou Bluetooth : télécommande distante, télémétrie, balise ou interface Web deviennent possibles.
Un Raspberry Pi, beaucoup plus proche d’un PC, peut quant à lui faire fonctionner des logiciels radio, traiter un flux SDR, héberger un serveur ou assurer le fonctionnement autonome d’une station.
Il ne s’agit donc pas de savoir quelle micro-carte est « la meilleure ».
Il faut choisir l’architecture correspondant au projet.
De quelques LED à un ordinateur complet
En moins de cinquante ans, les cartes électroniques destinées à l’expérimentation ont connu une transformation extraordinaire.
Le KIM-1 demandait encore de saisir des valeurs hexadécimales sur un petit clavier. Arduino a simplifié la rencontre entre logiciel et électronique. Raspberry Pi a placé Linux sur une carte économique. ESP32 a ajouté la connexion sans fil presque naturellement.
Et l’histoire continue.
Les prochaines générations intégreront encore davantage de puissance, de communications radio et d’accélérateurs spécialisés, tout en consommant moins d’énergie.
Pour l’expérimentateur — et tout particulièrement pour le radioamateur — une chose n’a cependant pas changé depuis le KIM-1 :
une petite carte, quelques composants… et l’envie de construire quelque chose.
Pour aller plus loin
- Arduino — site officiel — cartes, logiciels, documentation et projets.
- Raspberry Pi — site officiel — ordinateurs monocartes, Pico, documentation et logiciels.
- Espressif — ESP32 — documentation sur la famille ESP32.
- BBC micro — ressources éducatives et programmation.
- BeagleBoard.org — ordinateurs monocartes open hardware.
- Computer History Museum — histoire de l’informatique et des premières cartes.
- Smithsonian — KIM-1 — exemplaire historique du KIM-1 conservé au National Museum of American History.
