L’ordinateur a-t-il été inventé au XIX^e siècle?

Quand l’ordinateur a-t-il été inventé? On peut donner plusieurs réponses à cette question, mais la conception du tout premier ancêtre des machines modernes est à mettre au crédit du mathématicien et ingénieur britannique Charles Babbage (1791–1871).

Babbage et le chemin de fer

Babbage s’intéressait vivement à l’une des réalisations les plus importantes de son temps, le chemin de fer. On lui doit d’ailleurs plusieurs inventions dans ce domaine, et il est présent à la cérémonie d’ouverture de la ligne Manchester-Liverpool, dans le nord-ouest de l’Angleterre, le 15 septembre 1830. Ce jour-là, William Huskisson, membre du Parlement, est écrasé par la fameuse locomotive «Rocket» de George Stephenson: le chemin de fer fait sa première victime — et Babbage écrira plus tard «je redoutais ... que les témoins de la scène ne s’efforcent vainement d’arrêter notre monstre d’acier avec leurs faibles muscles».

Mais c’est cet accident qui peut-être amène Babbage à s’intéresser à la sécurité du chemin de fer: en 1838, il invente le chasse-pierres (ou encore le «râteau») qui, monté à l’avant de la locomotive, dégage les rails pour le passage du train. Et pour répondre à la question posée dans la Page des pionniers du numéro de décembre 2007, c’est Babbage qui représente le lien existant entre le chasse-pierres et l’informatique.

De l’abaque aux calculateurs mécaniques

Le premier dispositif inventé par l’homme (voici plusieurs milliers d’années) pour faciliter le traitement de longues séries de chiffres est l’abaque. Au XVII^e siècle, avec l’accélération des observations scientifiques, l’Anglais William Oughtred invente la règle à calcul (1622). L’année suivante, l’Allemand Wilhelm Schickard crée le premier calculateur mécanique. En 1645, le philosophe et mathématicien Blaise Pascal présente la Pascaline, qu’il a construite pour aider son père, employé de l’administration fiscale française. Des années 1670, on retiendra ici le calculateur mécanique de Gottfried von Leibniz.

A l’époque, il importe désormais d’obtenir des chiffres exacts. Par exemple, la navigation en hauturière impose l’utilisation des tableaux précis qui figurent dans les éphémérides maritimes, pour vérifier la position des navires. Les nouvelles inventions ne procèdent pas seulement de la volonté d’accélérer les calculs, mais aussi de la nécessité d’éliminer les risques d’erreur humaine.

L’erreur humaine est la bête noire de Babbage. En 1821, avec son ami John Herschel (fils de l’astronome William Herschel), il décèle un grand nombre d’inexactitudes dans les tableaux que la Royal Astronomical Society leur a demandé de vérifier. La correction de ces tableaux est un travail pénible, et Babbage dit un jour: «Ah, si ces calculs pouvaient se faire mécaniquement!». Sur ces mots, il décide d’automatiser une procédure qui, jusqu’ici, a toujours été confiée à des employés que l’on appellait «calculateurs». Le processus qui mènera à la naissance de ce que nous appelons aujourd’hui l’ordinateur est engagé ...

La machine à différences

Pour réduire le nombre des personnes employées comme «calculateurs» et assurer la précision des résultats obtenus, Babbage invente une «machine à différences» composée de plusieurs milliers de zones dentées, les «roues à chiffres». Le nom de l’invention vient de l’utilisation d’une méthode de calcul dite «méthode différentielle», dans laquelle les calculs sont faits par additions successives des différences entre les termes des séries. Cette méthode permet donc de remplacer des multiplications complexes par de simples additions. Les dents des roues indiquent les nombres, avec la première zone d’une colonne pour les unités, la deuxième pour les dizaines, etc. Babbage réalise tout d’abord un prototype de sa machine à différences, puis annonce son invention à la Royal Astronomical Society en 1822.

Cette machine est révolutionnaire: elle est entièrement automatique. Avec les calculateurs de l’époque, chaque opération mathématique devait être faite à la main, de sorte que l’exactitude du résultat dépendait des connaissances en arithmétique de l’opérateur. En revanche, la machine à différences pouvait être utilisée par n’importe qui. C’était le premier mécanisme régi par les grandes règles des mathématiques. Pour citer Harry Wilmot Buxton, le biographe de Babbage, «les prodigieux circuits du cerveau humain ont été remplacés par du laiton et du fer, Babbage apprit le raisonnement aux engrenages».

En 1849, Babbage a déjà tracé les plans de sa «machine à différences modèle 2», plus perfectionnée. La nouvelle version doit comprendre huit colonnes, avec 31 roues à chiffres par colonne — et donc être capable de donner des résultats à 31 chiffres. La moitié des pièces qui la constituent sont dans l’«imprimante»: aucun opérateur humain ne peut donc fausser les résultats. La nouvelle machine non seulement imprime les résultats, mais encore peut être programmée pour les présenter de plusieurs façons différentes (par exemple, en groupes de données).

Mais, mises à part des réalisations incomplètes, aucune des deux versions de la machine à différences n’est produite sous sa forme définitive. C’est plus tard l’inventeur suédois Per Georg Scheutz qui termine la fabrication d’un exemplaire en 1853, sur la base des plans de Babbage, pour le présenter à l’Exposition universelle de Paris en 1855. Il faudra attendre 1991 pour voir à Londres, au Science Museum, une machine à différences réalisée en grandeur réelle selon les plans de Babbage, sous la supervision du conservateur responsable de l’informatique, Doron Swade, que nous citerons pour conclure: «nous avons réalisé le premier exemplaire de la machine de Babbage, complet et en parfait état de marche, 27 jours avant le 200e anniversaire de sa naissance».

Toujours plus loin

L’une des raisons pour lesquelles Babbage ne met pas la dernière main à sa machine à différences est qu’il s’intéresse très vite à la mise au point d’une machine encore plus évoluée: un calculateur polyvalent et programmable, dont nous parlerons dans notre prochaine Page des pionniers.

Quel est le lien qui existe entre Babbage, la programmation et la poésie?