samedi 16 avril 2011

Vannevar Bush


L'analyseur différentiel de Vannevar Bush était une calculatrice résolvant les équations différentielles.




De nombreux spécialistes prétendent que Vannevar Bush est le père des ordinateurs. Sa principale contribution au développement de la science informatique date de 1931, avec la création d'un analyseur différentiel mécanique. Cette initiative contribua peut-être à la naissance des ordinateurs numériques.

Né à Boston (Massachusetts, É.-U.) le 11 mars 1890, il va suivre les pas de son père en entreprenant des études d'ingénieur. Après son diplôme, cela le conduit d'abord à travailler, brièvement, à la Compagnie générale électrique, puis à l'université Harvard et au M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) pour faire de la recherche. Pendant la Première Guerre mondiale, Bush s'occupe du développement de détecteurs de sous-marins pour l'armée américaine.

La première invention de Bush fut un appareil de surveillance terrestre. Il était encore étudiant à l'époque. Le mécanisme de cet appareil, qui était suspendu entre deux roues de bicyclette, calculait la hauteur du sol au-dessus duquel il se déplaçait et traduisait graphiquement le profil terrestre. Le système comprenait un autre appareil dénommé intégrateur, car le calcul   des  hauteurs  des  différentes  positions demandait la connaissance de toutes les valeurs précédentes enregistrées au cours du déplacement.

Au MIT, Bush devint professeur d'électricité (transmission de la force) et il entreprit de résoudre un des problèmes majeurs soulevés par la fourniture de l'électricité : comment éviter les pannes totales qui surviennent à la suite d'une surdemande imprévisible? Les équations mathématiques qui répondent à cette situation furent découvertes à la fin du XIXe siècle par l'Écossais James Clerck Maxwell. Mais il y avait tant d'équations à résoudre simultanément que les solutions ne pouvaient être trouvées simplement à l'aide d'un crayon et de papier. Bush décida de concevoir une machine pour répondre au problème, en s'inspirant des travaux d'un autre scientifique, lord Kelvin (1824-1907) qui cherchait à prévoir mathématiquement les marées.

Au début des années vingt, Bush construit une première machine qu'il appelle le « producteur de télégraphe ». Cette machine permettait à un opérateur humain de suivre le mouvement des vagues dessinées sur un graphique (un potentiomètre qui transformait les mesures de distance en volts était utilisé). Par la suite, les signaux électriques alimentaient un wattmètre spécialement adapté (un disque tournant enregistre la quantité de puissance consommée par intégration des valeurs du courant et du voltage pour donner ainsi le « produit »). 

Le succès de cette machine dans la résolution des équations simultanées donna l'idée d'en construire une autre pouvant aller encore plus loin et résoudre des équations différentielles de second ordre. Par la suite, les études de Bush le conduisirent à la mise au point, en 1931, du premier analyseur différentiel. La réussite de la machine fut telle que des modèles semblables furent construits en Europe. L'université de Pennsylvanie (É.-U.), où le premier ordinateur — l'ENIAC — naquit, en acquit une. Alors que la machine « produisant du télégraphe » avait une précision de 2 %, l'analyseur différentiel donnait des résultats avec 0,05 % de précision. Cependant, le coût de l'accroissement de précision de ces machines mécaniques augmentait d'un facteur 10 pour chaque décimale gagnée. Avec les ordinateurs numériques, le coût ne fait que doubler pour une même évolution de la précision.

Bush devint le doyen de l'école d'ingénieurs et le vice-président de l'institut Carnegie en 1939. Par la suite, il devint le président du Comité de recherche de la défense nationale et répartit les fonds destinés à la recherche scientifique. Pendant les années de guerre, il fut à ce titre responsable des recherches militaires de son pays. Il joua un rôle influent dans le lancement du projet Manhattan, qui conduisit à la création de la première bombe atomique. Bush prit sa retraite en 1955. Il mourut en 1974.


L'analyseur différentiel

Cette machine était destinée à résoudre un grand nombre de fonctions mathématiques, en particulier les équations différentielles de second ordre. La méthode fut d'abord esquissée par lord Kelvin, qui cherchait à alimenter la sortie d'un « intégrateur» (un appareil qui calcule effectivement les surfaces sous des courbes) à partir de l'entrée d'un autre. La puissance de sortie était généralement trop faible pour jouer le rôle d'une entrée. Il fallut attendre les amplificateurs pour que cette méthode puisse être utilisée. En 1931, la machine de Bush était entièrement mécanique, avec des engrenages, des axes et des moteurs électriques. Au cours des années quarante, des analyseurs différentiels étaient construits à partir de composants électriques, mais le résultat fut une machine complexe pesant plus de 100 t. Les conditions initiales et les paramètres de contrôle étaient fournis par des bandes perforées. Cette machine fut utilisée pendant toute la Seconde Guerre mondiale pour l'analyse cryptographique et les travaux balistiques.

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