Les cartes perforées : du métier Jacquard aux premiers ordinateurs

Pendant près de deux siècles, les cartes perforées ont servi à transformer des instructions et des données en objets que des machines pouvaient lire automatiquement. Avant les bandes magnétiques, les disques durs et les mémoires électroniques, de simples morceaux de carton percés de trous ont permis de commander des métiers à tisser, d’accélérer les recensements et, plus tard, de programmer certains des premiers ordinateurs.

Leur histoire est particulièrement intéressante parce qu’elle relie plusieurs étapes majeures de l’histoire de l’informatique : le métier Jacquard, les machines imaginées par Charles Babbage, les travaux d’Herman Hollerith, puis les centres informatiques du XXe siècle.

La carte perforée n’est pas l’ancêtre unique de l’ordinateur. Mais elle incarne une idée fondamentale : séparer les instructions ou les données de la machine qui les traite et les représenter sous une forme lisible automatiquement.

Avant l’informatique : automatiser un motif

L’histoire commence bien avant les ordinateurs.

À la fin du XVIIIe siècle, plusieurs inventeurs cherchent à automatiser la production de tissus comportant des motifs complexes. Le tissage exige de lever certains fils de chaîne et d’en laisser d’autres en place selon le dessin à produire.

Cette succession de choix peut être décrite comme une suite d’instructions.

Des systèmes utilisant des supports perforés apparaissent progressivement. Basile Bouchon utilise un ruban de papier perforé dans les années 1720, puis Jean-Baptiste Falcon améliore le principe en employant des cartes reliées entre elles.

Au début du XIXe siècle, Joseph Marie Jacquard perfectionne et popularise un métier à tisser utilisant des cartes perforées pour contrôler automatiquement le motif.

Le principe est simple : la présence ou l’absence d’un trou détermine le comportement d’une partie du mécanisme.

Une série de cartes peut donc décrire un motif complexe.

Le métier Jacquard : un programme avant le programme ?

On présente parfois les cartes du métier Jacquard comme les premiers « programmes » informatiques.

L’analogie est utile, mais elle doit être maniée avec prudence.

Les cartes contrôlent effectivement une suite d’actions mécaniques. Modifier la série de cartes permet de modifier le motif sans reconstruire entièrement le métier.

Cette séparation entre la machine et les instructions qui déterminent son comportement rappelle fortement le principe d’un programme.

Mais le métier Jacquard n’est pas un ordinateur généraliste : il est conçu pour une tâche précise, le tissage.

Ce qui est historiquement important, c’est l’idée qu’un comportement complexe peut être décrit par une séquence d’informations stockées sur un support externe.

Cette idée va profondément influencer l’histoire des machines de calcul.

Charles Babbage reprend l’idée des cartes

Quelques décennies plus tard, le mathématicien britannique Charles Babbage travaille sur des machines capables d’automatiser les calculs.

Sa première grande conception, la machine à différences, vise à produire automatiquement des tables mathématiques grâce à la méthode des différences finies.

Mais Babbage imagine ensuite une machine beaucoup plus ambitieuse : la machine analytique.

Contrairement à la machine à différences, spécialisée dans un type de calcul, la machine analytique devait pouvoir exécuter différentes suites d’opérations.

Pour contrôler cette machine, Babbage envisage l’utilisation de cartes perforées, inspirées notamment du métier Jacquard.

Il prévoit plusieurs types de cartes permettant de représenter les opérations et les données.

L’idée est essentielle : les instructions ne sont plus définitivement inscrites dans la mécanique de la machine. Elles peuvent être fournies depuis l’extérieur.

Ada Lovelace et les possibilités d’une machine programmable

Ada Lovelace étudie le projet de machine analytique de Babbage et comprend particulièrement bien les conséquences de cette séparation entre machine et instructions.

Dans ses célèbres notes publiées en 1843, elle décrit notamment une méthode permettant à la machine de calculer les nombres de Bernoulli.

Son travail est souvent présenté comme l’un des premiers exemples d’algorithme destiné à être exécuté par une machine.

Les cartes perforées auraient constitué le support matériel permettant de transmettre à la machine une partie de ces instructions et données.

Cette étape marque une évolution majeure : un support perforé n’est plus seulement utilisé pour reproduire un motif textile, mais peut participer à la description d’un processus de calcul.

Pour approfondir cette période, la biographie d’Ada Lovelace complète naturellement l’histoire des machines de Babbage.

Des trous pour représenter de l’information

Une carte perforée repose sur une idée très simple : certaines positions de la carte peuvent être perforées ou non perforées.

Ces deux états permettent de coder de l’information.

Il est tentant d’y voir directement des 0 et des 1, mais toutes les cartes perforées n’utilisaient pas un codage binaire aussi direct. Selon les systèmes, la position des trous, leurs combinaisons et les colonnes de la carte pouvaient représenter des chiffres, des lettres ou des instructions.

Le principe général reste cependant proche de celui de nombreuses technologies numériques : représenter une information abstraite à l’aide d’états physiques distincts.

Un ordinateur moderne utilise des états électriques ou électroniques.

Une carte perforée utilise simplement la présence ou l’absence physique d’un trou à des positions déterminées.

Herman Hollerith et le recensement américain

La grande étape suivante arrive à la fin du XIXe siècle.

Les États-Unis connaissent une forte croissance démographique et le traitement du recensement devient extrêmement lourd.

Le recensement de 1880 a demandé des années de travail pour produire les résultats détaillés. Avec l’augmentation de la population, les responsables craignent que le recensement suivant ne puisse être traité assez rapidement.

L’ingénieur américain Herman Hollerith développe alors un système électromécanique utilisant des cartes perforées pour enregistrer et compter les informations.

Son système est utilisé pour le recensement américain de 1890.

Les caractéristiques d’une personne peuvent être représentées par des perforations à différentes positions de la carte.

Les cartes sont ensuite lues par des machines capables de comptabiliser les informations beaucoup plus rapidement qu’un traitement entièrement manuel.

Les cartes perforées deviennent ainsi un outil de traitement automatisé des données, et plus seulement un moyen de contrôler une machine.

De Hollerith à IBM

L’histoire de Hollerith est également liée à celle de l’industrie informatique.

Il fonde la Tabulating Machine Company afin de commercialiser ses systèmes de traitement par cartes perforées.

Cette entreprise fusionne ensuite avec plusieurs autres sociétés pour former en 1911 la Computing-Tabulating-Recording Company, ou CTR.

En 1924, CTR prend le nom d’International Business Machines, mieux connu sous les initiales IBM.

Les cartes perforées deviennent l’un des piliers de l’activité de l’entreprise pendant plusieurs décennies.

Bien avant que l’ordinateur électronique ne devienne courant, de nombreuses administrations et entreprises utilisent déjà des machines à cartes pour trier, compter et traiter de grandes quantités d’informations.

La carte IBM à 80 colonnes

L’un des formats les plus emblématiques apparaît à la fin des années 1920 : la carte IBM à 80 colonnes.

Elle mesure environ 18,7 × 8,3 cm et comporte 80 colonnes pouvant recevoir des perforations.

Chaque colonne peut représenter un caractère selon le codage utilisé.

Le format devient extrêmement répandu.

Lorsque les ordinateurs électroniques apparaissent, les cartes ne disparaissent pas immédiatement. Au contraire, elles deviennent un moyen courant de fournir des programmes et des données aux machines.

Un programme peut alors occuper des dizaines, des centaines ou des milliers de cartes.

L’ordre physique des cartes est crucial.

Faire tomber un paquet mal numéroté peut transformer une simple manipulation en longue séance de remise en ordre.

Programmer un ordinateur avec un paquet de cartes

Dans de nombreux centres informatiques des années 1950, 1960 et 1970, l’utilisateur ne travaille pas directement devant l’ordinateur comme aujourd’hui.

Il prépare son programme, souvent sur papier, puis le saisit à l’aide d’une perforatrice de cartes.

Chaque ligne de code peut correspondre à une carte.

Le paquet est ensuite remis à un opérateur ou placé dans un lecteur.

L’ordinateur traite le travail, puis les résultats sont récupérés plus tard, souvent sous forme d’impression papier.

Cette manière de travailler est appelée traitement par lots (batch processing).

Il n’y a pas nécessairement d’interaction immédiate avec le programme.

Une erreur de syntaxe peut signifier qu’il faut corriger une carte, soumettre de nouveau le paquet et attendre un nouveau passage.

Le développement logiciel est donc beaucoup moins interactif qu’avec un terminal ou un environnement de développement moderne.

Données et programmes sur le même type de support

Les cartes perforées peuvent contenir différents types d’informations.

Elles servent notamment à stocker :

• du code source ;
• des données à traiter ;
• des paramètres ;
• des commandes destinées au système ;
• des enregistrements administratifs ou commerciaux.

Cette polyvalence est importante.

Un même support physique peut représenter des informations très différentes selon le contexte et le codage utilisé.

On retrouve ici une idée essentielle de l’informatique : une machine manipule des représentations de données. Le sens que nous leur attribuons dépend du programme et des conventions utilisées.

Cette abstraction sera poussée beaucoup plus loin dans les ordinateurs à programme enregistré décrits dans l’article consacré à l’architecture de von Neumann.

Comment lisait-on une carte perforée ?

Les premiers systèmes peuvent détecter les trous de manière mécanique ou électrique.

Dans certains dispositifs, des broches entrent en contact avec la carte. Lorsqu’un trou est présent, le mécanisme peut établir un contact électrique ou déclencher une action.

Plus tard, des lecteurs utilisent également des méthodes optiques.

La vitesse de lecture augmente considérablement au fil du temps.

Le principe reste cependant le même : convertir la disposition physique des perforations en signaux que la machine peut interpréter.

La carte joue donc le rôle d’une interface entre le monde physique et le traitement automatique de l’information.

Les limites des cartes perforées

Malgré leur succès, les cartes présentent de nombreuses contraintes.

Elles sont volumineuses.

Un programme important peut nécessiter des boîtes entières de cartes.

Elles doivent être stockées, transportées et protégées.

L’ordre peut être important.

Modifier un programme signifie souvent remplacer ou reperforer certaines cartes.

La quantité d’information stockée sur une seule carte est très faible par rapport aux supports apparus ensuite.

Enfin, le traitement par lots ralentit considérablement le cycle entre l’écriture d’un programme, son exécution et sa correction.

L’arrivée des bandes magnétiques, des disques, des terminaux interactifs et des mémoires électroniques rend progressivement les cartes moins attractives.

Pourquoi ont-elles survécu aussi longtemps ?

Les cartes perforées peuvent sembler rudimentaires aujourd’hui, mais elles possédaient plusieurs qualités importantes.

Elles étaient :

• relativement simples à produire ;
• faciles à transporter ;
• lisibles par des machines robustes ;
• adaptées au tri mécanique ;
• compatibles avec des procédures administratives déjà bien établies ;
• physiquement manipulables par les utilisateurs.

Surtout, une immense infrastructure existait autour d’elles : machines, logiciels, procédures, personnel formé et archives.

Remplacer une technologie ne dépend pas uniquement de l’existence d’une solution techniquement supérieure. Il faut également remplacer tout l’écosystème construit autour d’elle.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les cartes sont restées présentes dans certains environnements jusque dans les années 1970, voire au-delà pour des usages spécialisés.

Des cartes perforées au programme enregistré

Les cartes de Babbage et celles utilisées par les premiers ordinateurs partagent une caractéristique : les instructions sont fournies sur un support externe.

L’étape suivante consiste à placer les instructions directement dans la mémoire de l’ordinateur.

Dans une architecture à programme enregistré, le programme peut être conservé dans la même mémoire que les données.

Cette évolution change profondément la manière d’utiliser les machines.

Les programmes deviennent plus faciles à charger, modifier, copier et manipuler.

Les cartes perforées continuent néanmoins à servir longtemps comme moyen d’entrée : elles peuvent charger dans la mémoire un programme qui sera ensuite exécuté électroniquement.

Elles se situent donc à la frontière entre deux époques : celle des instructions matérialisées sur un support physique manipulé par l’utilisateur et celle du logiciel stocké directement dans la mémoire de la machine.

Un lien direct avec nos fichiers modernes

Une carte perforée paraît très éloignée d’un fichier CSV, JSON ou texte.

Pourtant, l’idée générale est familière.

Dans les deux cas, on définit une convention de représentation permettant à une machine d’interpréter des données.

Une position perforée n’a pas de sens par elle-même. Elle prend un sens parce qu’un système de codage indique ce qu’elle représente.

De la même manière, une suite de caractères séparés par des virgules devient un fichier CSV parce que nous appliquons des règles précises à sa structure.

Aujourd’hui, Bethemesh propose justement des outils permettant de transformer et manipuler ces représentations modernes, par exemple convertir des données entre différents formats ou les intégrer dans un pipeline.

Les supports changent, mais une question reste identique : comment représenter une information de manière suffisamment structurée pour qu’une machine puisse la traiter automatiquement ?

L’héritage des cartes perforées dans l’informatique moderne

Les cartes perforées ont presque entièrement disparu de l’informatique quotidienne, mais leur influence reste visible.

Elles ont contribué à installer plusieurs idées essentielles :

• les instructions peuvent être séparées de la mécanique de la machine ;
• des données peuvent être codées sur un support lisible automatiquement ;
• un traitement peut être exécuté à partir d’une séquence d’instructions préparée à l’avance ;
• de grandes quantités de données peuvent être traitées automatiquement ;
• le même type de support peut contenir du programme, des commandes ou des données.

Elles ont également participé au développement d’une véritable industrie du traitement de l’information avant même l’apparition de l’ordinateur électronique moderne.

À retenir

L’histoire des cartes perforées traverse près de deux siècles d’automatisation.

Elles apparaissent d’abord dans les métiers à tisser pour contrôler des motifs complexes.

Le métier Jacquard montre qu’une série de cartes peut déterminer le comportement d’une machine sans modifier sa mécanique.

Charles Babbage reprend cette idée pour sa machine analytique, où les cartes doivent contribuer à représenter instructions et données.

À la fin du XIXe siècle, Herman Hollerith les transforme en outil de traitement massif de données pour le recensement américain.

Au XXe siècle, elles deviennent un support majeur de l’informatique : des générations de programmeurs écrivent et exécutent leurs programmes sous la forme de paquets de cartes.

Leur importance ne vient donc pas de leur sophistication technique.

Elle vient de l’idée qu’elles matérialisent : une information peut être codée sur un support, lue automatiquement et utilisée pour contrôler un traitement.

Du carton perforé aux fichiers numériques et aux programmes stockés en mémoire, cette idée reste au cœur de l’informatique.

Questions fréquentes

Qui a inventé les cartes perforées ?

Il n’existe pas un inventeur unique de la carte perforée moderne. Basile Bouchon et Jean-Baptiste Falcon ont utilisé des supports perforés pour automatiser le tissage au XVIIIe siècle. Joseph Marie Jacquard a ensuite perfectionné et popularisé le système au début du XIXe siècle.

Le métier Jacquard était-il un ordinateur ?

Non. C’était une machine spécialisée destinée au tissage. Mais ses cartes permettaient de modifier le motif en changeant les instructions fournies au mécanisme, ce qui en fait un jalon important dans l’histoire de l’automatisation.

Charles Babbage a-t-il utilisé des cartes perforées ?

Il prévoyait d’utiliser des cartes perforées pour contrôler sa machine analytique, notamment pour représenter des opérations et des données. La machine analytique complète n’a toutefois jamais été construite de son vivant.

Pourquoi Herman Hollerith est-il important ?

Hollerith a développé un système de traitement de données par cartes perforées utilisé lors du recensement américain de 1890. Son entreprise est également l’un des ancêtres industriels d’IBM.

Combien de caractères contenait une carte IBM ?

Le célèbre format IBM comportait 80 colonnes et pouvait typiquement représenter jusqu’à 80 caractères, selon le système de codage et l’usage.

Quand les cartes perforées ont-elles disparu ?

Elles ont progressivement décliné avec l’essor des bandes magnétiques, des disques et des terminaux interactifs, surtout à partir des années 1960 et 1970. Certains systèmes ont toutefois continué à les utiliser plus longtemps.