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Atelier découverte · Informatique

Compter avec des 0 et des 1

Cinq cartes. Sur chacune, des points d’un côté, rien de l’autre. En les retournant, tu peux écrire tous les nombres de 0 à 31. C’est ainsi que comptent les ordinateurs : en binaire, avec seulement deux chiffres.

Les maths du CM2 à la 4e ⏱ 15 à 20 min 8 missions
Cartes 5

Touche une carte pour la retourner.

carte visible = 1 = lampe allumée · carte cachée = 0 = lampe éteinte

Écrit en binaire00000
Points visibles0

Comme code de caractère

Palier 1 · DécouvrirDes cartes à points

Retourne les cartes

  1. Touche une carte : elle se retourne. Face visible, ses points comptent. Face cachée, elle ne compte pas.
  2. Retourne plusieurs cartes et additionne les points visibles : c’est le nombre que montrent les cartes.
  3. Essaie de fabriquer 5, puis 10, puis 20.

Regarde les points des cartes, de droite à gauche : 1, 2, 4, 8, 16. Comment passe-t-on d’une carte à la suivante ?

On pose une 6e carte à gauche de celle de 16. Combien de points aura-t-elle ?

Une seule façon pour chaque nombre

Fabrique 7 avec les cartes. Puis cherche une autre façon de faire 7.

Peut-on fabriquer 7 de deux façons différentes avec ces cartes ?

Combien de nombres ?

Change le nombre de cartes avec − et +. Avec 1 carte, on montre 0 ou 1 : 2 nombres. Avec 2 cartes : 0, 1, 2 ou 3, soit 4 nombres.

Et avec 3 cartes, combien de nombres différents peut-on montrer ?

Tes missions

Voici les missions du palier choisi. Réponds, puis clique sur « Valider ma réponse ». Si ce n’est pas encore ça, un indice t’aide. Après trois essais, tu peux voir la solution.

Le savais-tu ?

Des faits vrais, avec leurs sources et les calculs qui les prouvent.

Les mots de l’atelier

Chaque mot, en une ou deux phrases.

Binaire
Une façon d’écrire les nombres avec deux chiffres seulement, 0 et 1. Chaque place vaut le double de celle de droite : 1, 2, 4, 8, 16…
Décimal
Notre façon habituelle d’écrire les nombres, avec dix chiffres, de 0 à 9. Chaque place vaut dix fois celle de droite : unités, dizaines, centaines…
Bit
Un chiffre binaire : 0 ou 1. Le mot vient de l’anglais binary digit, « chiffre binaire ». Dans un circuit, un bit est une tension haute ou basse.
Octet
Un groupe de 8 bits. Il peut prendre 256 valeurs, de 0 à 255.
Poids d’une place
Ce que vaut un chiffre à cette place : 1, 2, 4, 8… en binaire ; 1, 10, 100… en décimal. C’est le nombre de points de la carte.
Retenue
Quand une place déborde (1 + 1 en binaire, 9 + 1 en décimal), on y pose 0 et on ajoute 1 à la place de gauche.
Débordement
Quand un résultat ne tient plus dans le nombre de bits prévu : la dernière retenue se perd, et un compteur repart de 0.
Puissance de 2
2 multiplié par lui-même plusieurs fois : 2³ = 2 × 2 × 2 = 8. Par convention, 2⁰ = 1.
Code de caractère
Le numéro donné à une lettre, un chiffre ou un signe pour le ranger en bits : A = 65, a = 97 (ASCII et Unicode), é = 233 (Unicode).
Algorithme
Une suite d’étapes précises qui résout un problème pour tous les cas, comme la méthode de la plus grande carte.
Pour les parents et les enseignantsouvrir

Objectifs

  • Comprendre qu’on peut écrire tous les nombres avec deux chiffres, 0 et 1, quand chaque place vaut le double de la précédente.
  • Lire et écrire un nombre en binaire, avec une méthode sûre (la plus grande carte d’abord) : un premier algorithme.
  • Compter les possibles : n cartes donnent 2 × 2 × … × 2 = 2ⁿ nombres, de 0 à 2ⁿ − 1, et ne pas confondre 2ⁿ avec 2 × n.
  • Ajouter 1 en binaire avec les retenues, et comprendre le débordement d’un compteur de taille fixe.
  • Savoir qu’un texte est rangé en nombres (codes ASCII et Unicode).

Notions

Numération de position, base 2 et base 10, bit, octet, poids, retenue, puissances de 2, débordement, code de caractère, algorithme.

Déroulé (15 à 20 minutes)

Palier 1 : manipuler les cartes, voir le doublement, compter les nombres possibles. Palier 2 : lire et écrire en binaire, la règle des 2ⁿ nombres, ajouter 1 avec les retenues. Palier 3 : combien de bits pour un nombre donné, le débordement, les lettres codées en nombres.

Liens avec les programmes

  • Mathématiques, cycle 3 (programme de 2025 ; CM2 en 2026-2027), partie « initiation à la pensée informatique » : au CM2, l’élève travaille « sur des suites évolutives de nombres ou de motifs qui s’appuient sur des algorithmes de plus en plus complexes comme “7 ; 15 ; 31 ; 63 ; 127, etc.” ». Ce sont les nombres « toutes cartes visibles ». Le doublement « 1, 2, 4, 8, 16, etc. » est travaillé dès le CE1. Relu mot à mot dans le texte officiel.
  • Mathématiques, cycle 4 : le programme de 2020, encore suivi en 4e et en 3e en 2026-2027, cite la « puissance d’un nombre (exposants entiers, positifs ou négatifs) » ; le programme de 2026 place en 4e (à partir de 2027) « Définir les puissances d’exposant positif d’un nombre a ». Relu dans les textes officiels.
  • Algorithmique : « Thème E – Algorithmique et programmation » du cycle 4 (2020) ; en 4e dans le programme de 2026, « Manipuler une variable » et « Écrire des instructions conditionnelles ». La méthode de la plus grande carte et le compteur sont des algorithmes. Relu dans les textes officiels.
  • La numération binaire n’est au programme d’aucune classe du collège. Les programmes de mathématiques des cycles 3 (2025) et 4 (2026) ne citent pas le mot ; celui du cycle 4 de 2020 le cite une seule fois, en physique-chimie, pour associer à un signal « une information simple binaire ». Le binaire arrive en SNT (2de) et en NSI (1re : bases 2, 10 et 16). En Angleterre, la conversion entre binaire et décimal est au programme de 11 à 14 ans depuis 2014. Recherche plein texte refaite pour cet atelier ; SNT, NSI et Angleterre d’après la recherche du site.
  • Pas de plafond : le niveau affiché est celui des mathématiques utilisées, le doublement au CM2 et les puissances en 4e.

Références : arrêté du 10 avril 2025 (mathématiques, cycle 3) ; arrêté du 18 février 2026 (mathématiques, cycle 4) ; programme du cycle 4 consolidé en 2020 ; arrêtés du 17 janvier 2019 (SNT, NSI de première) ; « National curriculum in England: computing programmes of study » (2013).

À faire en vrai

Découpez cinq cartes et dessinez 1, 2, 4, 8 et 16 points sur une face. Un enfant choisit un nombre de 0 à 31, l’autre le fabrique en retournant les cartes. Puis comptez sur les doigts d’une main en binaire : doigt levé = 1. On va de 0 à 31 sur une main.

Ce que l’atelier simplifie

Les cartes montrent le principe. Dans une machine, un bit est une tension électrique haute ou basse, et un compteur est un circuit (voir le laboratoire Du transistor à l’addition). Les nombres négatifs et les nombres à virgule, codés autrement, ne sont pas traités ici. L’idée des cartes à points vient de l’activité « Count the Dots » de CS Unplugged (Bell, Witten et Fellows) ; aucun texte ni dessin n’en est repris.

Sources

Les calculs viennent du modèle de l’atelier (modele.js), qui reprend l’écriture binaire et l’additionneur du laboratoire Du transistor à l’addition (logic.js).

  1. Leibniz G.W. (1703). Explication de l’arithmétique binaire, qui se sert des seuls caractères 0 et 1. Mémoires de l’Académie royale des sciences, année 1703, p. 85-89. Paris.
  2. Shannon C.E. (1948). A mathematical theory of communication. Bell System Technical Journal 27, p. 379-423 et 623-656. Le mot « bit », attribué à J.W. Tukey, p. 380.
  3. American Standards Association (1963), puis USA Standards Institute (1968). American Standard Code for Information Interchange, X3.4. Unicode Consortium, The Unicode Standard, tableaux « C0 Controls and Basic Latin » (codes 0 à 127) et « Latin-1 Supplement » (128 à 255).
  4. Lions J.-L. et al. (1996). Ariane 5, Flight 501 Failure: Report by the Inquiry Board. Paris, 19 juillet 1996.
  5. IEEE Std 1003.1 (POSIX), définition des « secondes depuis l’époque » (1er janvier 1970, 0 h UTC). IEC 80000-13:2008, préfixes binaires (kibi = 1 024).
  6. Bell T., Witten I.H., Fellows M. CS Unplugged, activité « Count the Dots — Binary Numbers » (licence CC BY-SA) : l’idée des cartes à points.
  7. Ministère de l’Éducation nationale. Programmes de mathématiques du cycle 3 (arrêté du 10 avril 2025) et du cycle 4 (arrêté du 18 février 2026 ; programme consolidé de 2020), Bulletin officiel de l’Éducation nationale.