Le moulin, le magasin et 24 000 cartes perforées

Été 1840. Sur la route de Turin, Charles Babbage s'arrête à Lyon pour voir un métier à tisser : celui qui tisse le portrait de Joseph Marie Jacquard. Une feuille de soie où chaque fil est posé par une chaîne de 24 000 cartes perforées, si fine que deux membres de la Royal Academy l'ont prise pour une gravure. Babbage en possède un exemplaire dans son salon et le montre à ses invités. Il passe des heures à regarder les cartes défiler.

À Turin, en septembre, il accroche ses plans aux murs de son appartement et reçoit chaque matin les savants que son ami Giovanni Plana a réunis : Plana, Mossotti, MacCullagh, et un officier du génie de trente et un ans, Luigi Federico Menabrea. Babbage leur explique une machine qui n'existera jamais. Ce sera pourtant la seule fois où il la présentera en public.

Ce qui s'est passé en 1833

Le chantier de la machine à différences s'arrête en 1833, sur une dispute avec son ingénieur, Joseph Clement. Babbage regarde déjà plus loin. En cherchant à disposer les colonnes de sa machine en cercle, autour de grandes roues centrales, il entrevoit autre chose qu'un calculateur de tables.

L'arithmétique entière semblait désormais à portée du mécanisme.

Le Science Museum date la conception de 1834. Les premiers dessins conservés sont de septembre 1834 ; la première description complète, du 26 décembre 1837, ne sera publiée qu'en 1973. Quand la frise dit 1833, elle date le début du chantier, pas la machine. Babbage transforme sa maison de Londres en usine : remise à voitures en forge, écuries en atelier, et paie tout lui-même.

Le magasin et le moulin

La machine a deux parties, et deux noms. Le « store », le magasin : mille colonnes de roues dentées, chacune capable de retenir un nombre de cinquante chiffres. C'est la mémoire. Le « mill », le moulin : la partie qui prend deux nombres, les additionne, les soustrait, les multiplie ou les divise, et renvoie le résultat au magasin. C'est le processeur. La structure logique de la machine, dit le Computer History Museum, est celle qui domine encore l'ère électronique.

Le point dur, c'est la retenue. Les retenues se propagent de roue en roue, lentement. Babbage y consacre, écrit-il, vingt ou trente plans, jusqu'à conclure qu'il faut « apprendre à la machine à prévoir » : une retenue anticipée qui traite toutes les retenues d'un coup. Construite, la machine aurait eu la taille d'une petite locomotive et tourné à la vapeur, d'après le Science Museum.

Des cartes de métier à tisser

Reste à dire à la machine quoi faire. Sur un métier Jacquard, chaque carte perforée commande quels fils de chaîne se lèvent pour un passage de navette ; on enchaîne les cartes, et le motif sort tout seul. Babbage reprend le principe. Les cartes d'opération disent au moulin quoi faire : additionner, soustraire, multiplier, diviser. Les cartes de variables disent sur quelles colonnes du magasin prendre les nombres, et où ranger le résultat. Cousues en chapelet, comme sur le métier, elles se gardent : « la machine analytique possédera ainsi une bibliothèque à elle ». Le programme se range dans un tiroir.

Pour la sortie : une imprimante, un traceur de courbes, un perforateur de cartes et une cloche. Si la machine a besoin d'un logarithme qu'elle n'a pas, elle sonne et s'arrête ; l'opérateur apporte la carte ; si ce n'est pas la bonne, elle sonne plus fort et affiche « Wrong tabular number ». Un message d'erreur, décrit dans ses mémoires.

La difficulté de Mossotti

À Turin, le physicien Mossotti pose la question qui compte : comment la machine saurait-elle quand passer d'un jeu de cartes à un autre, puis revenir, à des moments que personne ne connaît à l'avance ? Autrement dit, comment une machine décide.

La réponse tient dans un levier. Quand un nombre change de signe, la retenue déborde de la roue la plus haute de sa colonne et déplace un bras, qui peut faire avancer ou reculer les cartes d'opération d'autant de cartes qu'on veut. Reculer, c'est répéter : une boucle. Avancer sous condition, c'est choisir : un branchement. Chaque processeur exécute encore ce geste, le saut conditionnel. C'est la pièce qui sépare une calculatrice d'un ordinateur.

Menabrea prend des notes. Il publie son compte rendu en français dans la Bibliothèque universelle de Genève d'octobre 1842 : « Notions sur la machine analytique de M. Charles Babbage ». Première description publiée d'un ordinateur, par un homme qui deviendra Premier ministre d'Italie de 1867 à 1869. En 1843, Ada Lovelace la traduit et, sur la suggestion de Babbage, y ajoute ses Notes, trois fois plus longues que l'original.

Le fils et le moulin de 1910

Babbage dessine jusqu'au bout : le Science Museum conserve plus de 230 dessins de la machine analytique et une trentaine de « plans » numérotés. Dans ses dernières années, il fait usiner un morceau du moulin avec son mécanisme d'impression. Il meurt le 18 octobre 1871 ; la pièce est sur l'établi. C'est elle, en haut de cette note, un mètre de haut. En 1878, un comité de la British Association juge la machine « une merveille d'ingéniosité mécanique » et recommande de ne pas la construire.

Henry Prevost Babbage, le plus jeune fils, était au chevet de son père. Général rentré des Indes en 1874, il assemble d'abord, avec les pièces restantes de la machine à différences, une demi-douzaine de petits modèles qu'il envoie à des institutions, dont Harvard. Puis, de 1880 à 1910, il construit un moulin d'après les plans paternels : une calculatrice à quatre opérations avec imprimante, 260 kilos, achevée en 1910, à quatre-vingt-six ans. Elle calcule et imprime une table de multiples de pi, avec des erreurs. C'est pourtant la partie de la machine analytique la plus aboutie jamais réalisée en métal.

Je voulais, si je le pouvais, justifier la confiance qu'il m'avait témoignée en donnant corps à quelques-unes de ses idées dans le métal.

110 ans, et la question du métal

Le fragment envoyé à Harvard attire, dans les années 1930, l'attention d'Howard Aiken, dont la machine, le Harvard Mark I construit par IBM, entre en service en 1944. Cent dix ans après les dessins de 1834. Or Aiken ne connaît rien de l'architecture de la machine analytique, qu'il cite pourtant dans sa proposition de 1937. Le Mark I n'a pas de branchement conditionnel. Devant la partie construite de la machine analytique, plus tard, Aiken parlera de « la plus grande déception de ma vie ».

Reste la légende : la mécanique de précision de son temps n'aurait pas suivi. En 1991, le Science Museum la met à l'épreuve : il construit la machine à différences n° 2 de Babbage, dessinée en 1847-1849 avec les acquis de la machine analytique, sans aucune pièce plus précise que ce qui était, mesures à l'appui, faisable de son vivant. Quelques erreurs des dessins corrigées, elle marche. Verdict du Computer History Museum : la précision atteignable « n'a pas été un facteur limitant dans les échecs de Babbage » ; le résultat « a autant tenu à la politique, à l'économie et aux personnalités qu'à la technique ».

Les trois ont joué contre la machine analytique. L'État n'y met jamais d'argent. Le 3 novembre 1842, le gouvernement de Robert Peel abandonne la machine à différences, trop chère. Reçu par Peel le 11, Babbage renonce à lui exposer ses plans pour achever même la machine analytique. En 1852, l'État refuse encore de faire construire sa machine à différences n° 2, dont Babbage lui offre les plans. Et Babbage ne fige jamais la machine analytique : il n'en laisse, écrit Swade, « aucune conception définitive », mais des plans qui marquent les étapes de quarante ans de recherche.

La preuve de 1991 vaut donc pour la machine à différences. Depuis 2010, John Graham-Cumming et Doron Swade, le conservateur de 1991, mènent le projet Plan 28, du nom d'un plan de Babbage, pour construire enfin la machine analytique. En 2025, ils en sont encore à l'analyse des dessins et aux premiers essais de mécanismes, pour montrer qu'elle était réalisable.

Babbage, lui, n'a jamais écrit « si ». Dans ses mémoires de 1864, sept ans avant sa mort :

Dès qu'une machine analytique existera, elle guidera nécessairement le cours futur de la science.

Dès que. Pas si. Un exemplaire du portrait de soie qu'il montrait à ses invités est aujourd'hui au Science Museum, comme le moulin inachevé. Les 24 000 cartes de Jacquard ont tissé leur image. Les cartes de Babbage, 118 cartes de variables et 29 cartes d'opération rangées dans le même musée, n'ont jamais tissé la leur.