Introduction

Charles Babbage, né le 26 décembre 1791 et mort le 18 octobre 1871 à Londres, est un polymathe, mathématicien et inventeur visionnaire britannique du XIXe siècle qui est l'un des principaux précurseurs de l'informatique.

Il est le premier à énoncer le principe d'un ordinateur. C'est en 1834, pendant le développement d'une machine à calculer destinée au calcul et à l'impression de tables mathématiques (la machine à différences) qu'il a l'idée d'y incorporer des cartes du métier Jacquard, dont la lecture séquentielle donnerait des instructions et des données à sa machine, et donc imagine l'ancêtre mécanique des ordinateurs d'aujourd'hui. Il n'achève jamais sa machine analytique, mais il passe le reste de sa vie à la concevoir dans les moindres détails et à en construire un prototype. Un de ses fils en construit l'unité centrale (le moulin) et l'imprimante en 1888 et fait une démonstration réussie de calcul de table à l'académie royale d'astronomie en 1908.

C'est entre 1847 et 1849 que Charles Babbage entreprend d'utiliser les avancées technologiques de sa machine analytique pour concevoir les plans d'une machine à différences no 2 qui, à spécifications égales, demandait trois fois moins de pièces que la précédente.

En 1991, à partir de ces plans, on a pu reconstruire une partie de cette machine qui fonctionne parfaitement en utilisant les techniques qui étaient disponibles au XIXe siècle ce qui montre qu'elle aurait pu être construite du vivant de Charles Babbage.

Biographie

Famille, enfance et études

Charles Babbage est né au 44 Crosby Row, Walworth Road, Londres dans ce qui est maintenant le quartier londonien de Southwark. Son père est un prospère banquier londonien ce qui lui permet d'entrer à l'école privée de Forty Hill, Enfield dans le Middlesex. C'est dans cette école que commence sa passion pour les mathématiques et à la sortie de l'académie Forty Hill, il poursuit ses études à la maison sous la tutelle d'un professeur d'Oxford. Il étudie à Cambridge au Trinity College en 1810 et au collège Peterhouse.

Durant ce séjour au Trinity College, il fonde la Société Analytique en 1812 en compagnie de neuf autres mathématiciens universitaires et ainsi peut faire sa première publication en 1813 : On continued products dans Memoirs of the Analytical Society. Il obtient son diplôme à Cambridge en 1814 et, cette même année, épouse Georgiana Whitmore sans l'autorisation de son père.

Contributions scientifiques

Conception d'un ordinateur

L'objectif de Charles Babbage est avant tout de concevoir des tables nautiques, astronomiques et mathématiques exactes, car celles de son époque comportent de nombreuses erreurs. Charles Babbage s'aperçoit en effet que les tables de calculs comportent beaucoup d'erreurs, responsables, entre autres, de beaucoup d'accidents de navigation. Ainsi, il essaie de concevoir une machine (Difference Engine 1) qui pourrait exécuter le travail sans faute, les erreurs humaines étant occasionnées par la fatigue ou l'ennui.

Il développe cette idée depuis 1812. Deux facteurs semblent avoir contribué à sa décision de concevoir un tel appareil : sa connaissance des tables de logarithmes, et le travail déjà commencé dans ce domaine par Blaise Pascal (avec la « Pascaline ») et Gottfried Leibniz (multiplicatrice). Au cours de la conception de la machine, il entre en correspondance avec une jeune femme, Ada Lovelace : citée par Charles Babbage dans ses comptes-rendus de 1843, elle apparaît comme à l'origine de la résolution d'un algorithme basé sur une suite de Bernoulli. C'est d’ailleurs sous son nom, « Lady Ada », qu'elle publie le premier algorithme destiné à être exécuté sur une machine : la machine à différences de Charles Babbage. Dans une correspondance avec Sir Humphry Davy en 1822, Charles Babbage y discute de certaines applications d'une telle machine, notamment pour le calcul et l'impression des tables mathématiques, et y discute aussi des principes d'une machine à calculer.

La machine à différences

Il présente un modèle de sa machine à différences à la Société royale d'astronomie en 1821. Le but de la machine est de calculer les polynômes en utilisant une méthode de calcul dite méthode des différences. La société approuve ce projet et demande au gouvernement britannique de lui accorder une bourse de 1 500 £ en 1823.

Débute alors la construction de cette machine qui ne sera jamais terminée. Il y a deux problèmes. Premièrement, le frottement affectant les embrayages de l'époque grippe le mécanisme et les vibrations sont gênantes. Deuxièmement, Charles Babbage modifie perpétuellement la conception de son projet. En 1833, 17 000 £ avaient été déboursées pour le projet sans aucun résultat satisfaisant, entraînant la brouille avec son constructeur, Joseph Clement.

Un roman de science-fiction (steampunk) de William Gibson et Bruce Sterling, La Machine à différences (1990), est construit autour de l'uchronie : « Et si Charles Babbage avait réussi à construire ses machines à différences ».

La machine analytique

Une avancée fondamentale en matière d'automatisation des calculs est réalisée par Charles Babbage entre 1834 et 1836. Il y définit les principaux concepts sur lesquels reposent les machines informatiques,

La machine analytique de Charles Babbage utilise des cartes perforées pour ses données et ses instructions.

Mais Charles Babbage est dans l'incapacité, malgré ses efforts, de réaliser sa machine car les techniques de l'époque (roues dentées, leviers, tambours) sont insuffisantes.

Charles Babbage est le premier lauréat de la médaille d'or de la Royal Astronomical Society en 1824.

La machine à différences n°2

Pendant son travail sur la machine analytique, Charles Babbage se rend compte qu'il peut simplifier les plans de sa machine à différences. Entre 1847 et 1849, il dessine les plans de la machine à différences n°2.

Cette nouvelle machine requiert trois fois moins de pièces que la machine à différences no 1, tout en offrant une puissance de calcul équivalente. Charles Babbage n'essaya jamais de la construire.

En 1985, le musée des sciences de Londres entreprend de construire un exemplaire de la machine à différences no 2, afin de célébrer le 200e anniversaire de Babbage en 1991. Le module de calcul est terminé à temps en 1991, et c'est finalement en 2002 que la machine est totalement achevée avec son module d'impression et de stéréotype.

Construite en respectant scrupuleusement les plans originaux, elle est composée de 8 000 pièces, pèse 5 tonnes, mesure 3 mètres de large, 2 mètres de haut et 45 cm de profondeur. Cet exemplaire est aujourd'hui exposé au musée des sciences de Londres.

Un autre exemplaire, commandité par un des donateurs du projet, Nathan Myhrvold, est terminé au printemps 2008 par le musée des sciences de Londres. Exposé au Computer History Museum de Californie jusqu'en mai 2009, cet exemplaire rejoint ensuite la collection privée de M. Myhrvold.

Autres contributions

Charles Babbage ne se limite pas seulement aux problèmes techniques, ses inventions vont du compteur de vitesse au pare-buffle que l'on place devant les locomotives pour écarter les animaux, il est aussi le premier à comprendre que, dans un tronc d'arbre, la largeur d'un anneau dépend du temps qu'il a fait dans l'année. Il s'intéresse aussi aux statistiques : il est à l'origine des premières tables de mortalités encore aujourd'hui utilisées par les compagnies d'assurances et prend une part importante à la fondation de la Royal Statistical Society. Charles Babbage est aussi l'inventeur du prix unique du timbre poste indépendant de la destination de chaque lettre. Charles Babbage apporte une autre contribution importante à la cryptanalyse en réussissant à casser le chiffre de Vigenère.