Demande d'un brevet d'addition et de perfectionnement
au brevet d'invention de quinze ans qui m'a été délivré sous la date
du 28 septembre 1840 pour une machine à calculer

Mémoire descriptif

Chapitre I

1)

Dès les temps les plus reculés on se sert en Orient pour faciliter le calcul d'un instrument qui est également en usage en Russie  et qui consiste en une boite munie de plusieurs fils de fer disposés parallèlement les uns aux autres et horizontalement.
Ces fils de fer sont assujettis par leurs deux extrémités aux deux bouts supérieur et inférieur de la boite, de manière à être parfaitement libres d'ailleurs dans toute leurs longueurs.
A chacun sont enfilés dix petites boules de bois ou de métal. Le premier fil à gauche représente les unités; le second en allant vers la droite les dizaines; le troisième les centaines; le quatrième les milliers, et ainsi de suite.
Pour calculer avec cette machine, on chasse toutes les boules vers la partie supérieure de la boite.
S'agit-il par exemple d'additionner 236 + 266 + 179, on abat six boules du fil des unités, 3 de celui des dizaines et 2 de celui des centaines. Revenant ensuite au fil des unités et prenant le second nombre donné, qui offre encore le chiffre 6, tandis qu'il ne reste que 4 boules dans la partie supérieure de la boite, on abat ces quatre boules restantes, ce qui donne une dizaine qu'on transporte aux dizaines en faisant descendre les quatrième boule du fil qui les représente, puis on rechasse les dix boules du fil des unités vers la partie supérieure de la boite, et on en abat de nouveau 2 pour compléter le nombre 6. Passant alors au fil des dizaines en prenant le chiffre 6 qui les représente dans le nombre donné, on abat les 6 boules restantes, ce qui donne une centaine qu'on transporte aux centaines. L'on rechasse les dix boules abattues du fil des dizaines vers la partie supérieure de la boite. On continue ainsi comme dans l'addition ordinaire faîte avec la plume.
Les Romains se servaient d'un instrument analogue qu'ils appelaient Abacus et dont on trouve la description dans [P. Claude du Molinck ?] :  Cabinet de la bibliothèque de Ste Geneviève, in fol. Paris 1692, page 23.
On y voit le dessin d'une boite avec neuf rangées de rainures où se trouvent des boutons de cuivre rivés par derrière [qu'y] fait glisser le calculateur.
Jusqu'au 16e siècle, on employait généralement en Europe des jetons qu'on plaçait sur de petites tablettes marquées de plusieurs lignes dont les intervalles représentaient les unités, les dizaines, les centaines, etc ...
Les paysans de certaines parties de l'Allemagne en font usage encore aujourd'hui.
Ces trois systèmes ne sont pas autre chose que la représentation matérielle des chiffres par des chiffres, des boules, des boutons, des jetons. Ils exigent comme la plume, dans les opérations arithmétiques, un travail de l'intelligence, sans offrir davantage de célérité du calcul.

2)

Voici un système d'une autre espèce.
On prend deux petits bâtons de bois ou de cuivre, divisés chacun en 10 parties égales sur lesquelles  sont gravés les chiffres de 0 jusqu'à 100 dans leur ordre naturel. Veut-on additionner par exemple 17 et 23, on place l'un de ces bâtons à côté de l'autre de manière que le 0 du premier réponde au chiffre 17 du second. La somme 40 est donnée par le chiffre qui, sur le second bâton, répond au chiffre 23 du premier.
Réciproquement, veut-on  soustraire 13 de 30, on place les bâtons de manière que le chiffre 13 du premier réponde au chiffre 30 du second, et le reste 17 est donné par le nombre du second bâton, qui correspond au 0 du premier.
Un grand nombre d'appareils sont fondés sur ce système mais tous exigent aussi un travail de l'intelligence, puisque celui qui calcule doit transporter aux dizaines l'excédent des unités, aux centaines, celui des dizaines, etc ...

Je ne connais pas d'appareil plus ancien que celui de Pérault qui remonte à 1700 (voir machines de l'Académie, vol. 1 [..]).
Après lui vinrent Percyre (Histoire de l'académie des sciences 1750, p. 169), Gruson (1792), Gütle (1799), Sachs (1815), Briet (1829), Bardach (1839) et Péreyre (18??); Les uns ont adopté des bâtons glissant dans des coulisses; les autres ont préféré des disques avec anneaux concentriques.

3)

On a aussi disposé, pour faciliter le calcul, des barèmes sur des cylindres ou sur des disques mobiles. L'usage en est aussi restreint que celui des Barèmes ordinaires. Parmi les nombreux appareils de ce genre, nous ne citerons que ceux de M. Lorimier (1839) et de Mr Delacroix (1840).

4)

Le baron Neper d'Edimbourg a imaginé une quatrième espèce d'appareil basée sur le système des logarithmes et appelée bâtons rabdologiques. La construction en est bien connue, ainsi que l'usage, pour que je m'y arrête.
En 1699, Michel Scheffer inventa à Ulm la règle à calculer qu'il fît connaître sous le nom de "Des Mechanicus". C'est par erreur qu'on a attribué cette invention à l'anglais Gunther. En 1761, Biler (Biter) modifia cet instrument auquel il donna une forme semi circulaire et qu'il appela Instrumentum Mathematicum Universale. Cett espèce de machine est généralement connue sous le nom de Règles de calcul anglais. M. Galtey ? Roijeau ? Sargeant, Jomard, Laur, Mouzin, Clouet ont beaucoup contribué à la populariser en France.
Le Père Scott a essayé le premier d'appliquer les bâtons de Neper sur des cylindres (Organum Mathematicum).
Leupold (Theatrum mathematicum) et M. Petit les ont placés sur des disques, le premier sur le champs de disques décagones, et le second, sur celui de disques circulaires.
On a combiné aussi les bâtons de Neper appliqués sur les cylindres du Père Scott avec les disques du système décrit paragraphe 2. Le premier essai en ce genre a été fait par Samuel Morland en 1673 et Samuel Grillet en 1678.
Enfin MM. Jordans, Fitch, Roget, Bardach, ont modifié de différentes manières les systèmes rabdologiques de Neper.

5)

En 1727, Mr Clairaut père inventa un instrument trigonométrique en forme de planchettes pour remplacer les tables de logarithmes et résoudre les triangles sans calculs.
En 1731, M. de Mean disposa la table de Pythagore de manière à ce qu'elle pût servir à différentes opérations arithmétiques. Pour cela, on prend les cases en différents sens.
En 1734, Mr Nuisement [?]  a imaginé deux instruments dont l'un repose sur les principes de la balance [?] et l'autre sur ceux des triangles semblables.
IL est très vraisemblable qu'on aura fait pour faciliter le calcul, d'autres essais qui ne sont pas connus. Mais ces appareils n'ayant aucune analogie avec ma machine, il importe assez peu que je les décrive.
J'ajouterai seulement que j'ai entendu parler des essais en ce genre de Lord Stanhope, mais je manque de toute espèce de renseignements positifs. Quant à la machine de Babbage, j'y reviendrai dans la description de ma grande machine.

Chapitre II

On a essayé plusieurs fois d'inventer une machine à calculer qui fonctionnât d'elle-même, sans exiger un travail intellectuel de la part du calculateur.

1°   Pascal en inventa une en ......  1640
2°   Leibnitz ...............................  1673
3°   Polenius ..............................  1709
4°   Lépine ................................  1725
5°   Leupold ..............................  1727
6°   Hillerin de Boistissandeau.......1730
7°   Gersten .................................1735
8°   Hahn .....................................1779
9°   Muller ...................................1786
10° Stern .....................................1814
11° Thomas .................................1820
12° Et moi-même .........................1840

Avant de décrire la mienne, je crois devoir, pour éviter toute contestation, faire connaître avec quelques détails les désavantages des autres.

1°) La machine de Pascal ne peut servir que pour l'addition et la soustraction. Elle est extraordinairement compliquée. Chaque système, nom sous lequel nous comprenons toutes les pièces qui ne servent que pour les fonctions d'un seul chiffre, se compose de 14 à 15 pièces. Les chiffres sont placés sur les champs de barillet, d'où résultent plusieurs inconvénients:

a) La machine est fort incommode par son volume
b) Elle est très sujette à se détériorer à cause de la complication de son mécanisme,
c) et très difficile à mouvoir par suite des problèmes que cette complication occasionne.
d) On doit écrire les sommes de gauche à droite, en sorte en sorte qu'il faut recourir à la plume, parce qu'avec de grands nombres, rien ne serait plus facile que de commettre des erreurs. Ainsi on retiendra aisément le nombre 63, fallait-il l'écrire à rebours, mais il n'en serait plus de même, s'il s'agissait du nombre 29172641.
Aussi dans le dessin de la machine, l'opérateur est-il représenté une plume à la main.
e) Pour mettre la machine à 0, ce qui doit se faire toujours dans de pareilles machines, avant de commencer l'opération, il faut chercher longtemps, aucun signe extérieur n'indiquant la [ ??] sur les barillets et le disposition de la machine ne permettant pas de l'indiquer.
f) Enfin, dans la soustraction, il faut également chercher longtemps la somme dont on veut soustraire et qui doit être placée la première sur la machine.

Il est certain qu'on arriverait beaucoup plus vite et plus facilement au but par une opération  la plume qu'avec la machine de Pascal.

2°) Leibnitz soumit en 1673, à l'académie de Londres, et l'année suivante à celle de Paris le plan d'une machine qui reçut l'approbation de ces deux corps savan(t)s et qui néanmoins ne put jamais être exécutée. IL y consacra vainement sa vie entière et une somme de près de 100,000 francs. La mort le surprit avant qu'il en eut découvert le moyen. Cette machine devait faire les quatre opérations de l'arithmétique (voir Ludovici : histoire de la philosophie Leibnitzienne vol. 1 page 69 et vol. 2 page 238 et 273)
 

3°) La machine de Polenius est décrite dans les [???] Polenii Miscellaneas. [???] 1709, p. 27. Grossière, informe, mue par des poids au lieu de ressorts, elle n'offre rien qu'on puisse être tenté d'imiter.

4°) Lépine fut le premier qui fit usage d'un cadran horizontal. La machine est plus simple que celle de Pascal, mais elle en a tous les inconvénients.

5°) Hillerin de Boistissandeau a essayé à trois reprises différentes de construire une machine à calculer. Quelques louables que fussent ses efforts, ils ne furent point couronnés de succès. La machine ne fait que l'addition et la soustraction. Il a voulu y joindre un indicateur qui marque le nombre de soustractions déjà faîtes, espérant ainsi arriver au même résultat que par la division. Il est inutile de faire remarquer combien un calcul fait de cette manière doit être long et ennuyeux. Sans cette innovation, la machine n'est en rien supérieure à celles de ses devanciers. Afin d'obvier à l'un des inconvénients (f) de la machine de Pascal, il surchargea chaque système de quatre séries de chiffres, ce qui ne sert toutefois qu'à troubler l'opération et à s'exposer à de fréquentes méprises.
Dans les deux derniers essais, il tenta de parer à un autre de ces inconvénients (d) au moyen d'un râteau engrené dans un pignon, moyen peu efficace et n'offrant pas toute la certitude qu'on est en droit d'attendre d'une machine de précision, à cause de la prompt détérioration du râteau. Une pile de rouages et de cadrans superposés rend la machine très compliquée et l(application m'en semble impossible. On ne parviendrait guère à ajouter un centième à la somme 99999 francs 99 centimes, c'est à dire à changer tous ces 9 en 0 et à faire partir le huitième système qui devrait alors indiquer 1. Du reste, cette machine n'a jamais été exécutée, et ce n'est que d'après un modèle en bois que l'inventeur a essayé de s'en rendre compte à lui-même. Elle est donc restée dans un oubli méritée (voir Machines de l'académie).

6°) Leupold a donné une partie du plan d'une machine propre à exécuter les quatre règles, en promettant d'entrer ultérieurement dans les détails. La mort l'a empêché de tenir cette promesse. Je reviendrai  sur cette machine à l'occasion de la deuxième addition que je ferai à mon brevet en donnant le dessin de ma grande machine pour les quatre règles. J'ajouterai seulement que le plan incomplet de celle de Leupold se trouve dans le Theatrum Arithmeticum, page 102.

7°) Gersten a fournis à l'Académie de Londres une machine construite également vicieuse. C'est une espèce de cric mu par des étoiles dont le mouvement ascendant et descendant fait marcher le système suivant. De l'aveu de l'auteur lui-même, un certain nombre de systèmes exigerait un très grande dépense de force. Les systèmes ne sont pas en communication continue et dès que le cric est monté, l'opérateur doit, comme dans l'abacus de Perault, interrompre l'opération pour le faire redescendre. On peut voir le dessin de cette machine dans les Philosophical Transactions, vol. 39.

8°) La machine de Hahn était si mal conçue qu'elle faisait commettre des erreurs continuelles. Je odis dire que je ne l'ai pas eue sous les yeux et que j'en parle d'après M. Müller à qui je laisse toute la responsabilité du jugement que j'en porte (voir Müller : Beschreibung einer rechenmaschine, page 32).
IL me suffit de savoir que les chiffres y paraissaient sur des triangles qui se haussaient et s'abaissaient pour affirmer qu'elle était construite de tout autres principes que la mienne (Voir Le Mercure allemand 1779).

9°) La machine présentée par Mr Stern de Varsovie à l'académie de cette ville ne m'est connue que par une note insérée dans le Leipziger Litteraturzeitung, 1814

10)° Celle que M. Thomas de Colmar a inventé en 1820, fut dessinée et décrite dans le Bulletin de la Société d'Encouragement, Vol. 20. J'en parlerai à l'occasion de ma grande machine, ainsi que de celle ...

11)° qui a été inventée en 1786 et représentée à l'Université de Göttingen par M. Müller. La construction intérieure est restée un secret. Il suffit de faire observer pour le moment que dans ces deux machines les additions ne se font pas instantanément, mais qu'après avoir placé chaque série de chiffres, on est obligé de recourir, avec la première à un ruban, et avec la seconde, à une manivelle.

J'arrive maintenant à une machine qui est entièrement nouvelle quant au mécanisme, qui est d'une simplicité telle que je ne crois pas qu'on puisse la surpasser, qui diffère de toutes les autres quant au placement des chiffres extérieurs, qui modifie l'ordre intérieur des chiffres des cadrans, qui permet de déplacer un système sans déranger le précédent, qui n'oblige pas à commencer les chiffres par la gauche, qui indique le placement des zéros d'une manière aussi prompte que sûre, où chaque système n'a qu'une seule roue qui sert en même temps de cadran, où la communication s'opère par un seul mobile, où enfin la perfection du mécanisme est telle qu'on peut faire communiquer entre eux dix à douze systèmes sans avoir à craindre ni erreur ni détérioration de la machine et sans avoir besoin d'une grande dépense de force.

Voici les différentes améliorations qu'elle a éprouvée successivement avant d'atteindre à sa perfection actuelle.
Ces différents procédés, dans leur application, sont ma propriété

Chapitre III
 

Premier essai

Cette machine pour laquelle j'ai déjà obtenu un brevet, se compose des pièces suivantes:

1°) Deux platines entre lesquelles le mécanisme est placée
2°) Troisième platine percée de grands trous pour laisser passer les rondelles avec leur dix petites trous par lesquels, au moyen d'un style, on met en mouvement chaque système. La circonférence de chaque grand trou est munie d'un crochet destiné à arrêter le style. Au dessus du grand trou se trouve un guichet laissant jour au cadran sous-jacent.
3°) Cadran placé entre les deux platines, sur lequel sont gravées deux séries de chiffres; la première porte dix chiffres 0-9, gravés de droite à gauche; la seconde ou l'inférieure porte les mêmes chiffres, mais gravés de gauche à droite. La cadran et la rondelle sont fixés sur la tige  .
4°) Platine supérieure pour laquelle est gravée pour chaque système une série de chiffres correspondant à la série supérieure du cadran exceptée le zéro, qui manque et qui correspond à l'ouverture du guichet. La rondelle porte une série complète de chiffres et est munie d'une flèche gravée à l'endroit qui correspond au zéro de la série des chiffres du cadran.
5°) Tige portant entre la platine moyenne et l'inférieure une étoile en dix et au dessus de cette étoile, une roue dentée qui s'engrène dans le roue de communication. Chaque étoile a un valet que ramène constamment un ressort.
6°) Roue de communication réunissant toujours deux systèmes et portant un cliquet avec son ressort. Le cliquet permet de tourner les roues à droite sans déranger les précédentes, en comptant de gauche à droite. On peut ainsi, quelque grande que soit la somme, la placer à l'instant de gauche à droite, et il n'est pas nécessaire de recommencer sans cesse par la gauche, inconvénient que j'ai signalé en parlant de la machine de Pascal. La petite flèche indique le zéro, et les chiffres de la rondelle, ceux de la somme à soustraire. J'ai évité ainsi tous les inconvénients de la machine de Pascal, tout en simplifiant beaucoup le mécanisme.
7°) Roues dentées placées de manière à être toujours pour chaque système au niveau de la roue de communication. Les systèmes sont disposés alternativement l'un dessus, l'autre dessous.

Cependant, si l'on opère avec quelque rapidité, la roue fait [...] volant, et il en résulte des erreurs que la destination d'une semblable machine peut rendre grave. Il fallait les prévenir.

Deuxième essai (Table I)

1°) Dispositions des platines fig. 1, des rondelles, des cadrans, de ses chiffres, des crochets, comme dans l'essai précédent.
2°) Roues dentées supprimées, tige ne portant qu'une étoile a,  fig.2, muni d'un doigt b, à l'aide du quel elle communique avec un levier.
3°) Levier c, remplaçant la roue de communication qui est supprimée. Ce levier, après avoir établi la communication avec la roue suivante est ramené à sa place par un ressort d.
4°) Valet e, et son ressort, comme dans l'essai précédent.

Toutes les pièces sont représentées en plan et en profil. On doit observer que les doigts des étoiles sont placés alternativement dessus et dessous.

Troisième essai (Table II)

1°) Platines, rondelles, cadrans, chiffres, crochets comme dans l'essai précédent.
2°) Doigts des étoiles supprimés; étoiles toutes de niveau
3°) Levier droit b, établissant la communication, et ramené par son ressort d
4°) Ressort et valet supprimés et remplacés par une seule pièce, le sautoir ressort c.

Quatrième essai (Table III)

1°) Platines au nombre de deux seulement, fig.1, par suite de la suppression de la troisième.
2°) Cadran supprimé.
3°) Une seule roue à vingt dents a, sur laquelle sont gravées deux séries de chiffres, comme sur les cadrans des autres essais les quels ont été supprimés. La représentation des chiffres est représentée dans le dessin b
4°) Sautoirs-ressorts c, placés en sens inverse afin d'empêcher les roues de tourner en sens inverse.
5°) Systèmes montés sur des broches d
6)° Leviers encore plus simples établissant la communication.

Cinquième essai (Table IV)

Plus de sautoirs. Levier faisant à la fois fonction de sautoir et d'arrêt, et établissant la communication. Roues dentées b, munies de deux petites crochets cc, et servant en même temps de cadrans. C'est le plus haut degré de simplicité possible.
Tous ces dessins sont d'après nature et de grandeur naturelle.
Il n'a été question jusqu'ici que des perfectionnement opérés dans l'intérieur de la machine. Il nous reste à parler de ceux que j'ai apportés dans la disposition des chiffres.


Sixième essai  (Table V)

J'ai voulu diminuer les embarras qu'occasionnent une grande quantité de chiffres et parmi lesquels on doit chercher celui qui est nécessaire pour l'opération. A cet effet, j'ai supprimé les chiffres de la platine supérieure, qui n'offrent plus que dix guichets disposés autour de la rondelle b percée de ses dix trous. Les chiffres sont gravés sur des anneaux circulaires dans l'ordre suivant: 1.8.2.7.3.6.4.5.5.4.6.3.7.2.8.1.9.0; et alternativement, les chiffres soulignés paraissent, les autres restant couverts, ou bien les chiffres non soulignés paraissent, les soulignés restant couverts.
Tous ces anneaux sont mus simultanément au moyen d'une tringle munie d'un bouton. Au milieu de la platine se trouve [...] un [...] guichet qui laisse paraître un A ou un S gravés sur la tringle, selon que l'on veut amener les chiffres non soulignés pour l'addition, ou les chiffres soulignés pour la soustraction.
Ce changement dans la disposition des chiffres a été faîte sur une machine du genre du troisième essai, comme le dessin l'indique, mais il est facile de l'opérer dans toutes les autres machines.
Le dessin présente aussi la manière dont les machines sont emboîtées.

Septième essai  (Table VI)

Cet essai est également relatif à la disposition des chiffres. La fabrication des anneaux décrits dans l'essai précédent offre beaucoup de difficultés. Pour y obvier, j'ai imaginé de disposer les chiffres comme l'indique le dessin de la table VI. Un mécanisme du genre du deuxième essai, mais de moitié plus petit, est adapté seulement à la série supérieure des systèmes servant à l'addition. Pour la soustraction, c'est-à-dire dans la série inférieure, les cadrans sont dentés et s'engrènent dans ceux de l'addition.
La disposition extérieure des chiffres est la même que sur la platine.
Cette machine n'a pourtant ni platine intermédiaire ni [...] intermédiaires. Le mécanisme est monté sur des broches. Une bande mobile placée au milieu découvre à volonté le système supérieur ou inférieur, selon qu'on veut additionner ou soustraire.

Huitième essai
 

Plus simple encore, il ne peut s'adapter qu'au mécanisme du quatrième ou cinquième essai, avec les roues cadrans divisées en vingt parties. La petite rondelle trouée est également percée de vingt trous. Les chiffres de droite, plus grands [...] vont semi- circulairement de droite à gauche, 1.2.3.4.5.6.7.8.9. L'autre moitié de la circonférence porte des chiffres 0.1.2.3.4.5.6.7.8
Quand on additionne, on se sert des chiffres noirs placés à la droite de chaque système, pour la soustraction, on emploie des chiffres rouges. On évite ainsi toute confusion. Les cadrans sont gravés comme dans le quatrième et le cinquième essai.
Je n'ai pas jugé nécessaire de donner un dessin pour cet essai. Ce que j'ai dit suffit pour le bien faire comprendre.


Neuvième essai (Table VII)

La platine porte une rainure semi-circulaire a travers laquelle paraissent les dents du mécanisme du quatrième ou du cinquième essai. Les aiguilles b servent au placement des zéros. On voit sur la platine la disposition des chiffres. On place le style représenté dans la table du sixième essai entre les dents de la roue cadran qui paraissent entre la rainure et en face des chiffres sur lesquels on veut opérer.
Je me propose de donner d'ici à quelque temps la description d'une machine qui fait les quatre règles avec un précision et un degré de perfection inconnus jusqu'à ce jour. Je dois faire observer que mon invention a pour objet une nouvelle machine à calculer, destinée à faire sans nécessiter aucune intelligence, toutes les opérations de l'arithmétique.
Et en résumant la description annexée à mon brevet principal et la description ci-dessus, on peut reconnaître que je cherche constamment à simplifier la combinaison mécanique de cette machine qui a déjà atteint le plus haut degré de simplicité en ce qui concerne les deux premières opérations de l'arithmétique.
Je déclare donc me réserver le privilège exclusif de cette nouvelle machine avec tous les [...] et tous les perfectionnements qu'elle comporte, et la faculté de varier la forme, les dimensions et le choix des matières métalliques ou autres [...?].

 

Paris le 18 juin 1841
Dr Roth, docteur en médecine
Rue neuve des Mathurins, 6

 

Transcription à partir du brevet manuscrit par Valéry Monnier, Octobre 2007