/ Valéry Monnier
Conférence du 30 septembre 2006, Wasselone, France

En 2020, dans 14 ans, nous serons peut-être tous là, ensemble, à fêter le bicentenaire de la première machine à calculer commercialisée au monde : l’arithmomètre de Thomas de Colmar !

200 ans ! Et que de chemin parcouru !

En cette aube du 19^ème siècle, on est passé d’une révolution à une autre ! (La révolution industrielle).
Le développement des Sciences et Techniques, le Commerce, la Banque, les Assurances, créent des besoins en calcul importants !
Créer une machine capable de satisfaire le commerçant comme l’ingénieur, l’industriel comme le savant, est le défi que Charles-Xavier Thomas de Colmar releva !

D’autres bien sûr s’y étaient essayés avant lui : Schickard, Pascal, Leibniz, Morland, Lépine, Hahn, Leupold, Stanhope sont  autant d’inventeurs dont il faut saluer le génie.
Mais ces machines, souvent imparfaites, et de plus très coûteuses, rendirent impossible toute commercialisation.

En 1820, Thomas dépose le brevet de son premier arithmomètre.¹ Une machine est construite en 1822 par Devrine, un horloger parisien.

La communauté scientifique est enthousiaste ; Le « Bulletin de la Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale », sous la plume de Francoeur et Hoyau, lui rend hommage. La machine y est parfaitement décrite et représentée.

Et puis ! Et puis ! Plus rien jusqu’en 1844 !! Date à laquelle il est fait mention de l’arithmomètre Thomas à l’Exposition Nationale de Paris.
La machine de 1822 était-elle trop fragile pour prétendre à une destinée glorieuse ? Ou Thomas était-il si absorbé par son travail qu’il en oublia ses premières amours ? 

Quoiqu’il en soit, ce milieu de siècle marque véritablement le début de l’aventure « technico-commerciale » de l’arithmomètre.

On sait que depuis 1844 environ, Piolaine, le fils d’un célèbre horloger de Neuilly, travaillait à la construction d’une nouvelle machine, plus grande et plus fiable que son ancêtre de 1822.

La mise au point semblait difficile, mais finalement, en juillet 1848, la machine sort des ateliers !

Nombre d’entre vous connaissent cette superbe machine qui fut vendue chez Christie’s en 1996 pour un peu plus de 150 000 euros  ….

Le brevet de cette machine ne sera déposé qu’un an plus tard, en 1849 !²

Récemment découvert, on peut, sans crainte, dire que c’est plus qu’un brevet !

C’est d’abord le témoignage d’un homme passionné ! Il y parle de ses relations avec Piolaine, qu’il alla même rechercher en Angleterre, à ses frais, pour que celui-ci termine la mise au point de la machine.

Il y décrit des projets fous d’arithmomètres sans cylindres cannelés  et sans curseurs, ainsi que de petites additionneuses, toutes simples.³

C’est  aussi la marque d’un homme sentant poindre la concurrence ! Je pense notamment à la machine de Maurel et Jayet,⁴ capable d’effectuer des multiplications directes, et qui fit sensation à l’Académie des Sciences en 1849. Je pense aussi à la machine du polonais Staffel, médaillé  à l’Exposition universelle de Londres en 1851.

Que serait-il advenu de l’arithmomètre, si les sommes dépensées pour parfaire l’arithmaurel avaient  été du même ordre que celles dépensées par Thomas ? ….

Car si c’était sa passion, son immense fortune le mettait à l’abri !
Pour promouvoir sa machine, il n’hésita pas à offrir aux grandes têtes couronnées d’Europe de somptueuses machines aux boîtes richement décorées.

Il présenta à l’exposition universelle de 1855 une gigantesque machine de 30 chiffres aux allures de piano !!! ⁵
Cette machine était si impressionnante qu’elle en marqua l’esprit même de Jules Verne dans un de ses romans visionnaires écrit en 1863 : « Paris au XXe siècle ».⁶

Je cite : 

« … Pour commencer votre apprentissage, vous serez attaché à la machine N° 4. Michel se retourna et aperçut la machine N° 4. C’était un appareil à calculer. Il y avait loin du temps où Pascal construisait un instrument de cette sorte, dont la conception parut si merveilleuse alors. Depuis cette époque, l’architecte Stanhope, Thomas de Colmar, Maurel et Jayet, apportèrent d’heureuses modifications à ce genre d’appareils. La maison Casmondage possédait de véritables chefs-d’œuvre ; ses instruments ressemblaient, en effet, à de vastes pianos ; en pressant les touches d’un clavier, on obtenait instantanément des totaux, des restes, des produits, des quotients …..on le voit, il entrait dans une maison de banque qui appelait à son aide et adoptait toutes les ressources de la mécanique. D’ailleurs, à cette époque, l’abondance des affaires, la multiplicité des correspondances, donna aux simples fournitures de bureau une importance extraordinaire. » 
 

On voit apparaître les premiers numéros de série ⁷, les premières notices d’utilisation ; Autant de signes révélateurs d’une phase de commercialisation.

Il faut dire que la machine était devenue véritablement fiable ! Et les coûts de construction étaient maîtrisés.

C’était tout de même important, car qui voudrait payer 10 000 euros une machine donnant des résultats inexacts ou se cassant au centième tour de manivelle ??

Au nombre des améliorations techniques qui méritent d’être retenues, on citera :

    L’adjonction, vers 1852,  d’un dispositif en croix de Malte pour éviter les rebonds intempestifs dus à l’inertie des pièces en mouvement. ⁸

      La mise en place, dès 1858, d’un compteur avec des lucarnes, affichant  le nombre de tours effectués par la manivelle (Multiplicateur ou Quotient). ²

      Le perfectionnement des dispositifs effaceurs, avec mécanisme à ressort.   

      Un mécanisme de retenue offrant une sécurité absolue ! ⁹

 Ah ! Le mécanisme de retenue ! La bête noire de nos inventeurs !

Transmettre cette maudite unité à l’ordre décimal supérieur fit couler beaucoup de sueur et surtout beaucoup d’or ! Quand on sait par exemple que Leibniz dépensa 10 000 florins pour construire une machine imparfaite ! Cela laisse pantois !

L’arithmomètre Thomas n’a pas échappé à ces difficultés, et il fallut attendre les années 1850-1860 pour qu’enfin un système véritablement fiable soit mis au point. Le mécanisme décrit dans le brevet de 1865 restera d’ailleurs la référence pendant près de 50 ans encore !
 

  (Théorème de Thomas )

Pour résumer le principe de la retenue chez Thomas, et son évolution, voici un théorème qu’il aurait bien pu écrire :
 

« A, en agissant sur B, va, par poussée, échappement ou translation, déplacer C,

qui va engrener avec D et transmettre une unité à l’ordre décimal supérieur.

En fin de cycle, X, permet à C de revenir en position initiale ».
 

 Explication :

La pièce A est placée sous le totalisateur ; Ce peut-être une cheville ou une came d’acier par exemple. Au passage de la dizaine, elle va agir sur un arbre ou un levier et provoquer le déplacement d’une roue ou d’une dent. Cette roue ou cette dent va venir engrener momentanément avec un pignon, le temps de transmettre une unité à l’ordre décimal supérieur, c'est-à-dire au totalisateur de gauche. En fin de rotation, tous les éléments reviennent à leur état initial.

Mode d’emploi de l’arithmomètre !

L’appareil comporte une partie fixe et une partie mobile. Sur le couvercle de la platine fixe, un jeu de boutons (curseurs) se déplace le long de graduations (0 à 9). Ils servent à inscrire les chiffres du multiplicande et déplacent des pignons engrenant sur des tambours à dents inégales (sous le couvercle). Le multiplicande étant posé, on tourne la manivelle : la valeur du multiplicande est ajoutée au totalisateur. En déplaçant d’un pas ou de deux pas le chariot, il sera ainsi possible, par un tour de manivelle, de multiplier par 10 ou 100 la valeur du multiplicande.

Si, par exemple on multiplie 547 par 97, au lieu de tourner la manivelle 97 fois ! Voici comment faire :

Après avoir posé le multiplicande 547, on déplace le chariot de 2 pas vers la droite, puis on tourne 1 fois la manivelle.
La valeur 54 700 apparaît au totalisateur.  Soit 547 x 100
Il suffit de revenir en position initiale, d’utiliser l’inverseur de marche, pour effectuer une soustraction, et de tourner la manivelle 3 fois.

On aura ainsi le résultat 53 059 en 4 coups de manivelle !

Bon ! c'était un exemple simple ... ¹⁰

Revenons à nos moutons …

A la mort de Thomas en 1870, plus de 500 arithmomètres étaient sortis des ateliers du 13 rue du Helder, puis du 44 rue de Châteaudun, à Paris.
Son fils, Thomas de Bojano en continua la fabrication quelques années encore sous la direction d’un ingénieur constructeur talentueux : Payen !

De nouveaux ateliers au 16 rue de la Tour des Dames, à Paris, et de nouvelles machines permettent de rentabiliser la production. La cadence monte à plus de 100 machines par an !
Sur cent machines, 30 sont à 6 chiffres, 60 à huit chiffres et 10 à 20 chiffres. ¹¹

Plus de la moitié est exportée !

En France comme à l’étranger, les principaux utilisateurs sont les administrations, les compagnies d’assurance, les banques, les laboratoires !

Un opérateur entraîné peut exécuter une multiplication de 16 chiffres par 8 chiffres en moins de 30 secondes et l’extraction d’une racine carrée de 16 chiffres en un peu plus d’une minute !

Mais cette fin de siècle commence à être difficile pour l’arithmomètre … désormais PAYEN, car de nouvelles machines arrivent sur le marché ! 

      D’une part,  à partir de 1880, on assiste à une floraison d’arithmomètres de marque étrangère : Burkhardt, Layton, Saxonia, Bunzel et bien d’autres.¹²

N’ayant sans doute pas déposé de brevet en Allemagne et en Autriche, et le brevet anglais de 1851 étant périmé, on peut imaginer que les constructeurs étrangers se sont engouffrés dans la faille juridique. En bref l’arithmomètre serait tombé dans le domaine public !

A moins ! A moins ! que Thomas de Bojano (ou sa descendance) n’ait vendu des licences d’exploitation … mais nous n’avons, à ce jour, aucune information là dessus. 

      D’autre part, le marché va progressivement se diversifier :

Les machines à Système Odhner, les machines à touches (Felt & Tarrant), et les multiplicatrices directes comme la Millionaire de Steiger, connaîtront elles aussi leurs heures de gloire.

Payen devra désormais se partager la part du gâteau avec ses concurrents.

L’arithmomètre reste néanmoins une valeur sûre, et l’abondance de prix aux expositions universelles en témoigne :

Médaille d’or  à Paris en 1889, en 1900, par exemple, ce n’est pas rien !

A la mort de Payen vers 1902, sa femme Léontine reprend le flambeau et dépose même un brevet en 1907.¹³ Ce dernier modèle, « à tirettes »,  sera construit  par Darras jusque dans les années 1914-18, avant de s’éteindre, victime de la concurrence.

 Mais revenons 100 ans en arrière, aux sources de l’invention.

De 1809 à 1813, Thomas gère l’approvisionnement en vivres des armées françaises opérant en Espagne et au Portugal.
En 1814, promotion ! , il devient caissier général des vivres de l’Armée Française !
Confronté à une gestion rigoureuse, longue et harassante, on peut imaginer que Thomas ait eu l’idée, un peu comme Pascal, d’inventer une machine capable de soulager l’homme dans ses taches administratives.
Cela deviendra encore plus nécessaire à ses yeux, quand en 1819, il fondera la compagnie d’Assurance «Le Phénix », puis plus tard les compagnies du « Soleil » et de l’« Aigle ».
 

* Petite anecdote, savez-vous pourquoi Thomas de Colmar donna le nom Aigle à sa compagnie d’assurances ?

 Non ?

 « Seul l’Aigle peut cacher le Soleil ...  »

Bref, l’idée suit son cours puisqu’en 1820 un brevet est déposé.

 Je cite Maurice d’Ocagne :

« En mettant en œuvre, sous une forme nouvelle, certains organes antérieurement connus, combinés à d’autres, nouveaux, il est parvenu à établir une machine excellente au point de vue pratique, ce à quoi nul n’avait réussi avant lui .. »

On s’est toujours demandé si Thomas avait eu connaissance de la machine de Leibniz, à qui il emprunte tout de même trois éléments majeurs :

- Le cylindre cannelé à dents inégales
- La roue multiplicatrice ¹⁴
- La double numérotation ¹⁵

On ne rentrera pas dans le débat ici ….

L’étude approfondie du brevet de 1820 nous a permis, avec Michel Bardel,  de mettre en évidence un certain nombre d’incohérences. Nous avons rapidement démontré qu’une machine construite en suivant aveuglément ce brevet ne pouvait fonctionner. Il s’en est suivi un certain nombre de questions :

      Thomas a-t-il délibérément introduit des erreurs dans son brevet pour tromper une éventuelle concurrence ?

      Ces erreurs sont-elles le fait du rédacteur ou du dessinateur du brevet ?

    Thomas a-t-il commis des erreurs de conception ?

C’est pour tenter de répondre à ces questions que nous avons entrepris d’apporter quelques corrections au brevet de 1820.

Sans toucher à l’esprit même de la machine, nous avons recherché les modifications, les moins intrusives possibles, qui suffisent à la rendre viable ! 

Le projet « Arithmomètre 1820 » a pour objectif la modélisation et la construction de la machine dessinée par Thomas de Colmar dans son premier brevet de 1820.

Trop souvent confondue avec le modèle de 1822, dont un exemplaire est conservé au Smithsonian Institute de Washington (NMAH), le moment est venu de lui redonner la place d’honneur qui lui est due !

Sur le plan technique, elles sont si différentes !

Sans vouloir rentrer ici dans le débat, on considèrera que le modèle 1822, très avancé par rapport au brevet initial, est un modèle de 2^ème génération, dont le Bulletin de la Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale de Novembre 1822 en définit les caractéristiques détaillées. 

La machine de 1820 a-t-elle été construite ?

Deux hypothèses s’offrent à nous :

  Celle-ci n’a jamais vu le jour, car les plans révèlent de nombreuses incohérences et rendent la machine nconstructible.

  Une machine « primitive » a été construite !

 Le rapport fait par Mr Francoeur,¹⁶ en Février 1822 va dans ce sens :

Je cite :

 « …il [Thomas] a même successivement employé et abandonné plusieurs mécanismes qui ne remplissaient pas assez bien leur objet, avant  de s’arrêter à celui qu’on voit dans la machine pour laquelle il sollicite le suffrage de la Société d’Encouragement ».

 On peut aussi se poser une question :

-Si Thomas n’a jamais construit de machine primitive, d’où viennent ces plans ? A-t-il par sa simple imagination dessiné une roue multiplicatrice, et conçu un système de retenue, imparfait certes, mais novateur ! Et qui préfigure ce que sera le système de retenue de ses futurs arithmomètres ?

J’ai envie d’y croire ! 

Mais nous n’en saurons sans doute jamais plus …. ! 

Quoiqu’il en soit ! 

Notre passion s’est muée en mission : Redonner vie à ce fantôme mécanique

C’est un projet qui a plusieurs ambitions :

1. Valider les idées originales du brevet de 1820.
En donnant vie à une machine dont on ne sait pas si elle a existé, nous validons les principes et l’architecture choisis par Thomas. En la construisant, nous mettons en lumière les points obscurs du brevet.

2. Comprendre où en était réellement Thomas dans ses réflexions et ses connaissances au moment où il a rédigé son brevet.
Nous ne savons pas ce qui relève de l’ignorance, de l’erreur de transcription, de l’insuffisance de réflexion ou de la dissimulation.

3. Imaginer ce que furent les étapes de construction de l’arithmomètre, et mieux comprendre pourquoi son dessin a changé.

4. Utiliser la modélisation informatique pour ne pas avoir à fabriquer un prototype qui ne fonctionnerait pas.
Ce passage par la CAO est indiscutablement nécessaire pour réduire le coût du projet.

5. Comprendre l’état de la mécanique en 1820, et les moyens disponibles pour usiner et construire.
Nous avons accès à un prototype de 1850 et à une machine de 1852. Il serait intéressant d’examiner dans le détail les outils utilisés pour leur réalisation.

Notre projet pourrait être aussi l’occasion d’accéder au prototype de 1822 qui est jalousement gardé par le Smithsonnian Institute de Washington !

6. Construire une machine fonctionnelle.

La réalisation d’un prototype fonctionnel devrait passionner beaucoup de monde. La reproduction en de multiples exemplaires pourrait constituer un objectif en soi. On sait que les collectionneurs et les musées sont friands de bonnes reproductions fonctionnelles de modèles disparus.

 En conclusion, ce projet présente un intérêt :

• Pour les historiens des Sciences & Techniques

• Pour les historiens de l’assurance

• Pour les étudiants en mécanique

• Pour  les étudiants en conception mécanique, modélisation, CAO

• Pour les étudiants en technologie, usinage, montage

• Pour les conservateurs de musées

• Pour les collectionneurs

• Pour les curieux et amoureux des beaux objets du passé

• Pour les mécaniciens, éditeurs de logiciels, professeurs, qui pourront attacher leur nom à cette réalisation

• Pour la France, l’Alsace, la ville de Colmar, la ville de Paris, les descendants de  Thomas, les amis de l’arithmomètre, qui verront tous dans ce projet la mise en valeur d’une histoire et d’un patrimoine cher à leur coeur.

• Pour tous les autres

Cela reste encore un chemin de croix !

Voici en quelques points ce qu’il nous reste à faire.

A)    Modélisation 3D

Aujourd’hui, on construit rarement une machine sans en avoir au préalable validé le bon fonctionnement dans un environnement virtuel. Pour des raisons de coût, d’une part, il serait insensé de construire un prototype qui ne marche pas !
Pour des raisons techniques, d’autre part, car il est probable que de petites modifications seront nécessaires. Utiliser un outil informatique puissant permettra de réajuster l’ensemble des mécanismes entre eux sans avoir à en redessiner les plans.

• De puissants logiciels existent sur le marché, comme Solidworks, Catia, Pro/Engineer

 Le projet avance sur ce point. Mark Glusker, de San Carlos, en Californie, nous apporte aujourd’hui son aide. Il est ingénieur en  mécanique et travaille depuis 12 ans sur Pro/Engineer.
On  le connaît pour avoir modélisé et construit la Machine de Thomas Fowler de 1841.
C’est donc un atout précieux !

       B) Soutien du projet

Pour soutenir le projet de modélisation et de construction de l’arithmomètre, nous allons créer une association : « Les amis de l’arithmomètre ». C’est sous sa bonne étoile que le projet évoluera. Les membres pourront participer au projet en y apportant un soutien moral, une aide technique ou financière.

C)    Recherche de partenariats

La construction de la machine passe inévitablement par la recherche de partenariats. Il s’agit d’une part de dessiner et modéliser la machine et d’autre part d’en financer la construction.

       D) Construction & Commercialisation

Afin de diminuer les coûts de fabrication, il n’est pas exclu d’en construire plusieurs exemplaires, considérant que des musées ou des collectionneurs privés pourraient souhaiter en posséder un exemplaire.

Souhaitons-nous bon courage !!!!

* Conférence du 30 Septembre 2006 à Wasselonne