Recherche:Pastech/243-2 Calculatrices electroniques

Cette page a été créée dans le cadre d'un projet sur la calculatrice électronique, par six étudiants de l'INSA de Lyon : Maude Arnault, Kiyane Saleh, Xavier Dekreon, Luisa Dubs, Loïck Richaume et Clélia Rivier.

Bonne lecture !

Introduction

Dans le but d’étudier le sens et l’utilité d’une calculatrice, partons d’un cas pratique : vous êtes en train de faire votre simulation de retraite et en faisant défiler les publications et les pages web, une phrase accroche votre esprit. Avec une tournure originale et des mots inhabituels, le simulateur vous indique que vous gagnerez 1700 euros par mois. Cette phrase vous permet de saisir en un instant, une idée profonde et choquante : vous gagnerez moins d’argent passé les soixante ans. La nouvelle est si surprenante que vous décidez de calculer par vous-même votre allocation pour savoir s' il n’y a pas un “bug” sur le site du gouvernement. Vous n’avez qu’une envie : effacer de votre esprit le dernier chiffre que vous avez lu et le remplacer par vos calculs. Vous empoignez alors votre calculatrice électronique et commencez votre travail. Et même si avec vos lacunes en mathématiques et votre penchant littéraire vous n'êtes pas Einstein, vous parvenez à maîtriser une capacité de calcul hors du commun grâce à ce petit instrument. C’est cette habilité à faciliter les calculs, à économiser notre temps et nos efforts de réflexion qui a séduit de nombreux utilisateurs de la calculette au fil du temps. Son objectif n’est pas d'intimider l’utilisateur avec de la théorie ou de maintenir l'élève en tant que spectateur mais de le forger en tant qu’expérimentateur pour faire, produire, tester et mettre en application des calculs, et ce quel que soit son niveau de départ. Chaque calcul est un petit pas, un petit pas qui fera de son utilisateur un scientifique un peu plus confiant, un peu plus compétent, un peu plus remarquable et donc un peu plus influent.

La calculatrice électronique a vu le jour au fil d’une longue période de temps. Elle doit son origine à sa continuité historique avec la calculatrice mécanique à laquelle elle emprunte ses premiers principes. La première révolution industrielle (XIXème siècle), caractérisée par l’explosion de l’industrie autour du charbon, de la métallurgie et des textiles, permet à l’aide des calculatrices la réalisation d’inventions révolutionnaires comme la machine à vapeur. Dans une autre mesure, la seconde révolution industrielle (début du XXe siècle) s'appuie sur l’électricité et la mécanique : elle permet l’émergence de technologies liées à l'électronique qui permettront plus tard de créer des calculatrices électroniques. Ce sont les progrès techniques réalisés lors de ces deux révolutions industrielles et plus tard lors de la Seconde Guerre mondiale qui permettront le développement et la démocratisation de cet instrument de calcul. En cela, les premiers modèles de calculatrices électroniques ne sont que des prolongements électroniques des modèles mécaniques.

Au travers de cette page nous allons retracer une partie de l'histoire de la calculatrice : sa massification qui s'est déroulée entre le début des années 1960 et la fin des années 1990. Nous nous sommes donc demandé comment cet objet, qui était seulement destiné aux scientifiques, s'est démocratisé pour devenir un élément phare au sein de la population.

De l'émergence de la calculatrice à la massification

1960-1970 : les débuts techniques de la calculatrice électronique

Début des années 1960 : prémices de la calculatrice électronique

Au début du XXème siècle, un ingénieur américain fit la découverte de la triode, ce qui a permis par la suite aux tubes à vide d’envahir le secteur de l’électronique pendant un certain temps. Il s’agit de composants qui étaient nécessaires pour la télévision, les radars mais aussi les premiers ordinateurs de l’après-guerre. Leurs dimensions importantes, pouvant aller jusqu’à la taille d’une chambre complète, ont peu à peu amené le besoin de miniaturiser ces composants. C’est donc dans les années 1960 que les progrès techniques réalisés ont permis l’amélioration de la majorité des engins électroniques. Grâce à cela, ANITA, la première calculatrice complètement électronique est créée en 1961. Son principal inconvénient : elle coûtait 1,000 dollars à l’époque (un équivalent de 8,000 dollars aujourd’hui, en prenant en compte l’inflation). Au niveau de l’affichage, les premiers modèles de calculatrices électroniques utilisaient les tubes Nixie qui ont été commercialisés dès 1954. Ce sont des tubes à cathodes froides, soit une variante de la lampe néon. Le plus gros inconvénient était qu’il fallait utiliser autant de tubes Nixie que de chiffres nécessaires à l'affichage.

D’un point de vue international, on remarque que la première calculatrice électronique a été inventée en Angleterre et que l’affichage de ces premiers modèles utilisait une invention de deux Hongrois. On voit donc que les États-Unis et le Japon n’ont pas été présents dès les prémices de la calculette.

Années 1960 et 70 : sophistication de la calculatrice électronique

Les avancées technologiques

L’histoire de la course aux transistors puis aux circuits intégrés entre les États-Unis et le Japon démarre aux lendemains de la Seconde Guerre mondiale. En effet, les besoins de l'après-guerre encouragent les recherches autour de l’électronique et c’est en 1947 que le premier transistor est créé dans les laboratoires de la compagnie Bell, dans le New Jersey. Des entreprises décident alors de changer les méthodes de fabrication des calculatrices et tentent d’utiliser des transistors afin d’en réduire le coût. L’entreprise Sharp Corporation crée donc le Compet CS10A en 1964 avec ces nouveaux composants. Néanmoins, son prix reste élevé et cette calculatrice est même encore plus coûteuse (2,500 dollars) alors qu’elle n’est pas plus puissante que ANITA. Elle témoigne tout de même d’une grande avancée scientifique, dans le sens où les transistors sont un nouveau mode de fonctionnement électronique qui a notamment amorcé la deuxième génération d’ordinateurs.

Les calculatrices citées auparavant font la taille d’un ordinateur et devaient forcément être installées sur un bureau. Il est alors naturel de se demander : comment réduire cette taille ? Il faut attendre 1958 pour répondre à cette nouvelle problématique. En effet, un ingénieur de l’entreprise américaine Texas Instruments invente le circuit intégré, un ensemble de cinq composants électroniques sur un même bout de semi-conducteur. C’est ainsi que 9 ans plus tard, TI produit Cal-Tech: un prototype de calculatrice pouvant réaliser addition, soustraction, multiplication et division tout en imprimant le résultat sur une feuille. Grâce aux circuits intégrés, cette calculatrice se démarque par sa modernité : elle peut se tenir dans une seule main mais elle reste fixe. En effet, son utilisation demande que la machine soit reliée à une source électrique. A l'époque, ce prototype n'a pas été commercialisé. À partir des années 1970, les calculatrices électroniques de poche côtoient l’univers de l’entreprise et du grand public. En effet, quelques années après Cal-Tech, une machine selon ce même principe devient une des premières calculatrices de poche à imprimante. A l’inverse de Cal-Tech, celle-ci a été commercialisée par l’entreprise japonaise Canon sous le nom de Pocketronic à la fin des années 1970 au Japon et au début 1971 aux États-Unis au prix de 345$ (soit 2 000$ aujourd’hui). Il s’agit d’un modèle effectuant les quatre opérations et restituant les résultats sous la forme d’une bande d’impression, tout comme le prototype de TI. Cette calculatrice répond aux critères d’autonomie et de portabilité car elle fonctionne sur batterie. C’est aussi le premier modèle qui utilise des LED, qui étaient trop chères auparavant. Comme son nom l’indique, cette calculatrice est faite pour rentrer dans une poche même si sa taille (10 x 20 x 4 cm) et son poids (environ 820 g) en font un objet encore encombrant. De nos jours, Texas Instruments classe ce prototype comme un objet de référence historique.

Au niveau de l’affichage, on passe des tubes Nixie à l’affichage fluorescent sous vide (VFD). Le premier VFD multi-segments est une invention japonaise de 1967. Contrairement aux écrans à cristaux liquides, un VFD émet une lumière très brillante avec un contraste élevé et peut prendre en charge des éléments d'affichage de différentes couleurs. A cette époque, l’affichage à cristaux liquides (LCD) est en cours de développement mais il est notable de préciser que c’est une entreprise japonaise qui proposera le premier modèle d’écran LCD utilisable en 1985.

L’autonomie est, quant à elle, assurée par un bloc d’accumulateurs inséré dans le boîtier. Les premiers modèles de calculatrices sont gourmands en puissance. Par exemple, la Pocketronic demande une alimentation de 16 volts. Cette forte consommation d’énergie est causée notamment par l’affichage et impacte donc l’autonomie des machines. En effet, la Bowmar 901 B, commercialisée en France à partir de mars 1973, fonctionne à partir de six accumulateurs de 1,2 volts et donne une autonomie de seulement trois à quatre heures. On voit donc que cela ralentit la démocratisation des calculatrices car une meilleure autonomie nécessiterait une taille de boitier plus importante et ainsi une perte de maniabilité. Cependant, l’alimentation diminue et passe à 6 volts la même année grâce à un nouveau standard de piles. Cela permet de réduire considérablement les dimensions des boîtiers. Ainsi, on en déduit que l’alimentation est une donnée clé face aux possibilités d’encombrement qui, à cette époque, reste une caractéristique non négligeable en comparaison avec le marché actuel.

Avec la calculatrice électronique, on passe d’une logique décimale à une nouvelle logique booléenne. En effet, les premiers fabricants de ce type de calculette ont été ceux qui produisaient déjà des calculatrices mécaniques. Ils ont donc commencé par suivre la logique décimale avant que l’électronique et la logique booléenne ne se développent, notamment avec les circuits intégrés. L’utilisation du système binaire va permettre par exemple de développer des algorithmes et de la microprogrammation des circuits intégrés. Par la suite, la performance et la complexité des calculs réalisés par ces machines vont donc s’améliorer : calcul de racine carrée, d’exponentielle… On comprend donc quelles sont les raisons de l’intérêt des scientifiques pour cet objet technique et comment celui-ci a participé au changement de paradigme de calcul dans les sociétés occidentales.

Lien avec la première loi de Moore et la Silicon Valley

Les avancées technologiques, que nous venons d'aborder, participent au développement de la calculatrice en partie grâce à la loi de Moore. En 1965, l'Américain Gordon Earle Moore observe que le nombre de transistors par circuits intégrés double chaque année. Il peut ainsi réaliser une première conjecture : il propose de suivre cette évolution et donc de doubler la complexité des semi-conducteurs tous les ans. A l’époque, la prédiction est très controversée et beaucoup d’experts doutent de la faisabilité du projet, du fait de la complexité des circuits intégrés. Plus concrètement, cette loi signifie que le prix des composants de la calculatrice électronique pourrait baisser tous les ans et permettre son développement sur le marché. Et c’est ainsi que 4 ans après les observations de Moore, l’entreprise Sharp Corporation introduit QT-8D au Japon, qui est la première calculatrice à être produite en masse.

Application de la loi de Moore entre 1970 et 2010

Ce doublement impose également aux entreprises de travailler sur la miniaturisation de leurs composants. En parallèle, des recherches sont donc effectuées pour optimiser au maximum les circuits intégrés. La taille des supports des circuits subit une croissance. En effet, plus le support est grand, plus elle contient de composants et meilleure est la productivité. Cela est rendu possible car il n'est pas plus long de produire un circuit une seule fois que de le reproduire plusieurs fois sur un même support. En combinant la réduction de la taille du transistor et l'augmentation de la taille du support, les entreprises peuvent fabriquer des circuits plus complexes à coût et à vitesse de production identiques et en plus grande quantité. On peut donc imaginer que ces avancées ont été un élément clé dans le développement de calculatrices de plus en plus efficaces et maniables.

De plus, on peut rapprocher ce développement avec la Silicon Valley. En effet, ce pôle d’industries de pointe s’est notamment développé grâce aux entreprises travaillant sur les circuits intégrés. Leur support est constitué d’une galette de silicium, d’où le terme de « silicon » vallée. Parmi les entreprises pionnières, on retrouve Fairchild Semiconductor et Intel, deux sociétés co-fondées par Moore. Ainsi, on voit bien que les Américains sont fortement liés à l’histoire de la calculatrice électronique, notamment avec la loi de Moore et le développement de la Silicon Valley.

Révolution informatique et crise pétrolière (1973)

Crise pétrolière et abaissement des coûts de production

La crise pétrolière de 1973, débutant à la suite du pic de production de pétrole des États-Unis et de l’abandon des accords de Bretton-Woods, est à l’origine de la dévalorisation du dollar. A la suite de cette crise, les prix des composants des calculatrices baissent énormément, ce qui permet aux prix des calculatrices de baisser, jusqu’à atteindre 100 dollars.

Cependant, Nation Semiconductor réussit à créer the Model 600, une calculatrice de poche à 30 dollars. C’est ainsi que 15 millions de ces exemplaires sont vendus en 1973. Beaucoup d’autres entreprises américaines entrent donc dans cette course à la calculatrice pour tenter de baisser son prix et de permettre à une population moins riche de l’acheter. Des millions d’entreprises mondiales produisent alors des calculatrices : ce produit devient un produit de la consommation de masse. En 1974, Texas Instruments vend une calculatrice au prix de 10 dollars. Les calculatrices sont alors démocratisées grâce à une technique qui a assuré son développement de masse et sa propension à devenir paradigmatique. Elles deviennent accessibles à un public hétérogène.

Une domination américaine et japonaise du marché

Les débuts de la massification de la calculatrice se font grâce à un développement croissant des technologies de l’époque concernant les semi-conducteurs. Celui-ci permet l’évolution des diodes et des circuits intégrés jouant un grand rôle dans la miniaturisation de la calculatrice. Ces nouvelles technologies peuvent être intégrées dans un volume réduit, rendant ainsi le circuit électrique de la machine facile à mettre en œuvre.

Dans les années 1960, deux pays se démarquent : Les États-Unis et le Japon. Ils entrent en compétition de façon progressive.

La commercialisation de la calculatrice est assez lente aux États-Unis dans les années 1960. En 1967, Texas Instruments dépose le brevet d’une calculatrice de poche mais ne la commercialise pas. En effet, les américains ne semblent pas trouver d'intérêt particulier à la calculatrice, qu’ils décrivent comme un “gadget peu cher”.

C’est alors que le Japon décide de développer cette technologie. Vers la fin des années 1970, comme nous l'avons vu dans la partie précédente, Canon reprend le prototype américain et commercialise la première calculatrice autonome (sans affichage) : le modèle Pocketronic. Nous pouvons donc nous demander :

Pourquoi le Japon décide-t-il de s’intéresser à l’évolution de la calculatrice et donc de contribuer à sa massification ? Pour répondre à cette question, différentes hypothèses ont été émises.

La Seconde Guerre mondiale a effacé la plupart de la richesse japonaise. Environ 25,4% des usines et des infrastructures industrielles du pays sont détruites et le revenu moyen par travailleur a baissé de moitié depuis l’avant guerre.

Afin de se remettre de sa défaite lors de la Seconde Guerre mondiale et de rembourser sa dette publique de 266%, le Japon n’a pas eu d’autre choix. En effet, n’ayant plus le droit de se développer militairement, celui-ci investit alors dans la technologie civile.

Ce développement de la technologie est facilité par une demande grandissante de l’époque. L'accroissement de la demande de produits japonais pendant le conflit coréen permet à l’industrie japonaise, ruinée après la Seconde Guerre mondiale, de se rétablir. On remarque à cette période une expansion des industries de base, comme la sidérurgie avec l’industrie ou l’énergie électrique. A titre d’illustration, il est possible de donner la JFE Steel West Japan Works, une industrie sidérurgique qui se développe dans les années 1960 et se modernise en 1970 pour améliorer sa compétitivité. Durant cette période, la production japonaise dépasse celle de l’avant-guerre : c’est la haute croissance.

En effet, les ingénieurs japonais développent en masse dans le domaine des semi-conducteurs, ce qui aboutit à la production de transistors et de diodes, des éléments primordiaux pour l’évolution de la calculatrice. Les brevets déposés montrent que la tendance à la miniaturisation est un élément majeur de la politique de recherche.

Cette évolution technologique fonctionne de telle manière qu’une compétition intra-nationale se crée : Sharp rivalise avec Canon et construit des calculatrices de bureaux électroniques. Au printemps 1971, Sharp lance son modèle EL-8 pour 2500 francs (soit environ deux mois de salaires ouvriers). Malgré son prix élevé, la calculatrice est un symbole du développement des technologies de l’époque. Afin qu’elles deviennent accessibles à toute la population, il faudra encore attendre quelques années.

Cependant, il est important de noter que toute cette évolution n’aurait pas été possible sans l’aide des États-Unis. En effet, pour la création du modèle Pocketronic, évoqué précédemment, Texas Instruments fournit les trois circuits intégrés qui en composent le cœur. Un accord est passé en 1967 avec le ministre américain du Commerce et de l’Industrie autorisant six entreprises japonaises à utiliser des brevets américains de fabrication des circuits intégrés. Cela peut paraître contradictoire, étant donné qu’ils sont censés être en compétition. Cependant, l’occupation du Japon par les États-Unis dès la fin de la guerre explique cette alliance. Le président Truman organise la reconstruction du Japon sur des bases économiques et politiques. Les États-Unis assistent économiquement le pays avec une aide annuelle de 1,9 milliard de dollars au cours de l’occupation.

La Sharp-EL 8 évoquée précédemment est construite autour de quatre circuits intégrés de l’entreprise américaine Rockwell, contenant chacun 1875 transistors. Par conséquent, les premières calculatrices de poche sont l'œuvre de l’union des entreprises américaines et japonaises. Dans les années 1970, W Shockley, W Brattain et J Barden, des laboratoires Bell (USA), conçoivent un transistor à partir d’un cristal de germanium. Peu après, les entreprises japonaises achètent des licences pour développer le produit.

En effet, cette alliance américano-japonaise est bénéfique pour les États-Unis : ils utilisent le Japon comme un bouclier contre le communisme et comme un allié dans la course spatiale contre l’URSS, qui sera évoqué ultérieurement.

Cependant, les organismes d'États japonais chargés de promouvoir la technologie scientifique et les directions d’entreprises privées s’efforcent de parvenir à une indépendance technologique, afin de libérer le pays de toute autre aide. Le Japon travaille donc sans relâche et voit alors son économie croître considérablement jusqu’à devenir une grande puissance économique et technologique. Les États-Unis se sentent alors menacés et transforment cette entraide en rivalité économique.

C’est ainsi que les États-Unis et le Japon entrent en réelle compétition. Beaucoup d’entreprises américaines comme Bell, Hewlett-Packard ou même Texas Instruments développent leurs propres calculatrices de poche. Ils veulent tous affiner les propriétés calculatoires de la machine. Les calculatrices faisant déjà des opérations simples (addition, soustraction, multiplication et division), l’objectif est alors de leur faire effectuer les opérations logarithmiques et trigonométriques. Cela permet à la règle à calcul de l’ingénieur de disparaître. La calculatrice à logique polonaise inversée est créée : cet instrument, au prix de 3600 francs, accompagne les missions Apollo.

Jusqu’en 1972, le prix d’achat de ces calculatrices restent prohibitifs : leurs prix varient autour de 1500 francs. Elles ne sont alors toujours pas accessibles au grand public. Cependant, les calculatrices ont un réel succès aux États-Unis et cela s’explique probablement par la symbolique même de l’objet : les médias américains transforment la calculatrice en vecteur de modernité, objet d’ostentation et de propagation des idées nouvelles. Pour se faire, de la publicité et le soft power sont utilisés. A la télévision, des publicités de Texas Instruments passent et en font rêver beaucoup. Lors d’une entrevue avec Mr. Trouche, professeur émérite en didactique des mathématiques, celui-ci nous a donné plusieurs pistes nous permettant d'émettre des hypothèses sur l’influence des États-Unis sur le marché de la calculatrice et sa massification. En effet, dans les années 1980, Texas Instruments lance énormément de programmes de recherche, ce qui explique pourquoi il a aussi travaillé et fait des recherches concernant Texas Instruments. Pour s’ouvrir à l’internationale et se faire connaître, Texas Instruments va entrer en contact avec différents laboratoires afin de développer des programmes. A Grenoble, en France, il y a eu le développement du logiciel CABRI, servant à la géométrie dynamique. Ce logiciel a été implémenté dans les calculatrices de Texas Instruments, qui a payé des licences pour l'intégrer dans ses propres machines. Nous pouvons en conclure qu'afin d’être connu internationalement, Texas Instruments, qui représente à l’époque une grande partie du marché de la calculatrice américain, s’associe avec différents pays et se donne une image de modernité. Le Japon, à contrario, semble rester dans l’ombre des associations internationales. C’est ainsi que petit à petit, les États-Unis réussissent à prendre le dessus dans cette course à la calculatrice.

Il est important de noter qu’une grande partie des informations retenues proviennent de sources américaines, en anglais ou traduites en français. Nous avons trouvé beaucoup plus d’informations concernant le rôle américain dans la massification de la calculatrice que celui du Japon. Il nous a été très difficile pour les membres de mon groupe et moi-même de trouver des articles historiques détaillant l’évolution technologique des calculatrices au Japon. Il existe sans doute des articles sur ce sujet en japonais, mais aucun de nous ne parle la langue.

Affichage LED

C’est à cette époque que les calculatrices à affichage LED se développent. Auparavant, l’affichage des calculatrices se faisait en imprimant le résultat par papier.

Durant la guerre froide, une nouvelle source lumineuse est inventée : la diode électroluminescente (LED). Elle se développe au même titre que les semi-conducteurs, tous deux utiles à l’amélioration technique de la calculatrice. L’objectif de l’époque étant de rendre la calculatrice plus accessible à la population, ces avancées sont donc intéressantes.

Ce sont des groupes industriels tels International Business Machines (IBM) ou Radio Corporation of America (RCA) qui se sont intéressés activement aux LEDs. Des acteurs importants de son expansion sont Bob Briard et Gary Pittman, qui tous deux et sans étonnement, travaillaient pour Texas Instruments. Ils déposent donc dans les années 1970 un brevet pour la diode électroluminescente infrarouge. Ainsi, la première LED est commercialisée pour 130 dollars américains. Dû à ce prix élevé, ces outils étaient donc peu utilisés et vendus en petites quantités. Malgré cela, LE,120A, une calculatrice créée par The Busicom est produite en 1971 avec un prix exorbitant de 395 dollars. Le prix de cette calculatrice était tellement élevé, qu’elle était considérée comme un instrument très fragile qui était accroché à un bracelet à porter, l’empêchant de tomber. Le prix élevé de la calculatrice empêche donc sa massification.

Les afficheurs LED furent très employés dans la construction des calculatrices de poche du début 70 jusqu'au tout début des années 1980. La très forte consommation de ces afficheurs fut un frein à la miniaturisation (à cause des piles) et à l'autonomie des calculatrices. Elle fut abandonnée au profit du LCD.

En parallèle : la guerre froide et la course à l'espace

Une rivalité positive entre le Japon et les États-Unis

La rivalité entre le Japon et les États-Unis reste globalement récente dans l’histoire. En effet, à la sortie de la Seconde Guerre mondiale, ils sont divisés entre les camps des perdants et des gagnants, les Japonais ont attaqué Pearl Harbor, les États-Unis utilisent la bombe atomique sur deux grandes villes japonaises… Tous ces événements se sont déroulés quelques années avant les débuts de la calculatrice électronique mais nous allons voir que cette rivalité a été mise au profit des recherches. En effet, les deux pays ont rapidement réalisé plusieurs transferts de technologie sous la forme de licences entre les grandes firmes japonaises et américaines. Par exemple, l’entreprise japonaise Busicom demandera aux sociétés américaines Intel et Mostek de réaliser un ensemble de circuits intégrés pour une calculatrice de poche. Ce qui donne en 1971 l’Intel 4004, soit le premier circuit généraliste. On peut expliquer ces alliances par le fait que les deux pays avaient un intérêt commun : développer rapidement des technologies efficaces pour les calculatrices électroniques. En ce qui concerne les États-Unis, les calculatrices étaient nécessaires pour la course à l’espace. En effet, les astronautes n’avaient sur eux qu’une règle à calcul pour effectuer les corrections de trajectoire lors des premiers vols spatiaux habités. Il faut attendre la calculatrice Hewlett Packard 35, en 1972, pour remplacer l’instrument mécanique. Cette machine est la première à permettre les calculs trigonométriques à bord. Si l’on revient sur les parties précédentes, on comprend donc que un des enjeux des années 1960 a été de construire un instrument portable et utilisable dans les vols habités, et notamment dans le cadre du programme Apollo (1961-1972). Cette hypothèse expliquerait pourquoi la Cal-Tech de Texas Instruments n’a pas eu de retombée grand public avant 1970. L’objet de sa conception était tout autre : une calculatrice de voyage. De plus, cela nous guiderait sur les raisons du lancement de TI, une entreprise à vocation militaire et industrielle, dans la recherche d’un tel objet technique sans pour autant le commercialiser.

Les motivations qui découlent de la course à l’espace sont les suivantes : les dimensions doivent être toujours plus petites, le poids toujours plus faible, la consommation moindre et la fiabilité accrue. Au niveau du financement, cela a permis à la recherche de bénéficier des retombées budgétaires sans qu’une ligne comptable particulière ne soit attribuée, c’est-à-dire que l’argent des recherches de la calculatrice était inclus dans le budget pour la course à l’espace. On peut donc supposer que cela a contribué à la rapidité des recherches car il n’y avait pas de ralentissement envisageable à cause d’un manque de ressources financières.

Ainsi, il est évident que l’on doit rapprocher l’histoire de la calculatrice au contexte de la conquête spatiale et donc de la guerre froide, mais aussi aux enjeux technologiques et commerciaux de l’époque entre les États-Unis et le Japon. On peut maintenant se questionner sur le rôle de l’URSS, qui était un acteur majeur de cette période de l’histoire. Après plusieurs recherches, on conclut qu’il n’y a pas d’informations particulières sur la place de l’URSS dans le développement de la calculatrice. On peut imaginer que, même si ils en avaient besoin, ils n’ont pas souhaité y accorder autant d’importance que le Japon et les États-Unis. Cela peut se confirmer par le fait que ce pays n’a pas été un acteur majeur dans le développement de l’électronique tout au long de son histoire.

En ce qui concerne le Japon, les calculatrices sont proposées au grand public : ce sont les premiers pas vers sa démocratisation. Cela demande donc de travailler sur la miniaturisation des composants. Les entreprises japonaises font appel au savoir-faire américain grâce à des alliances entre entreprises. En effet, dès 1959, Texas Instruments est chargée par l’Armée de l’air de mettre au point des circuits intégrés pour le missile Minuteman II. En raison de cette coopération, on peut imaginer que sans le Japon, les États-Unis n’auraient pas été poussés à développer de nouvelles technologies si rapidement, et vice versa. On voit bien que cela a été et reste bénéfique pour les deux pays car ils ont su s’imposer comme les leaders du marché de la calculette électronique.  

Si l’on s’intéresse à la page Wikipédia des calculatrices et plus particulièrement à la partie « Histoire », on peut trouver différentes dates en lien avec les étapes de son évolution. On remarque qu’il y a majoritairement des entreprises japonaises comme Busicom et Sharp ainsi que américaines, avec TI, ce qui met bien en évidence le duopole autour de cet objet technique. De plus, cela confirme le fait que les premières calculatrices de poche commercialisées viennent d’entreprises japonaises.

Effet boomerang : vers un dépassement des États-Unis par le Japon avec les calculatrices de poche

Dans cette course, le Japon sortira vainqueur au moment de la sortie de la technique de fabrication des circuits intégrés à très haute intégration. De plus, les entreprises de ce pays comme Busicom, Canon, Sharp et Sanyo sont les premières compagnies à lancer des modèles de calculatrices de poche sur le marché japonais, puis américain. En effet, elles commercialisent des calculatrices répondant aux critères de portabilité et d’autonomie dès 1970, comme nous avons pu le voir avec Pocketronic. Quant aux États-Unis, il faut attendre environ un an avant la commercialisation de la calculette. Même si cet intervalle de temps n’est pas conséquent dans l’histoire de cet objet technique, cela reste un écart non négligeable lorsque l’on parle de la sortie d’un nouveau produit sur le marché.

La présence des Japonais sur les marchés de l’électronique grand public et leurs capacités techniques permettent de penser que la technicité japonaise possède un temps d’avance sur les États-Unis à la fin des années 1960. En effet, non seulement le Japon est capable de produire en série un tel objet technique (vendu $395, puis $345 lors de son introduction en 1971 aux États-Unis), mais en plus, son niveau de technologie lui permet de maîtriser l’objet dans son ensemble et de rapidement dépasser les États-Unis. C’est ce que l’on appelle effet boomerang. Dès lors, on peut supposer que ce retard étatsunien a contribué à une démocratisation rapide de la calculatrice électronique : les États-Unis ne souhaitaient pas être dépassés par le Japon et ont donc fait en sorte de ne pas laisser cet écart devenir trop important. Cela peut notamment expliquer le fait que la plupart des sources n’évoquent pas ou peu la présence des Japonais dans l’histoire de la calculette. En effet, on verra par la suite que cette rivalité et cette peur du dépassement entraîneront les États-Unis à utiliser une de leurs armes : le soft power.

Les conséquences de la massification de la calculatrice

Conséquences sur la communauté scientifique

L'intérêt porté par les ingénieurs aux calculatrices

La revue L'Ordinateur Individuel

C’est en 1975 que la première calculatrice de poche programmable sort sur le marché : la HP65. Programmable signifie que “la machine est capable de mémoriser une suite d’instructions préalablement introduites en mémoire, qu’elle pourra exécuter à la demande”. Ces petites calculatrices semblent dérisoires en comparaison à nos ordinateurs actuels, mais leur simplicité leur confère l’avantage de pouvoir être expliquées.

Aux États-Unis, les ingénieurs voient en la calculatrice une source de créativité informatique, malgré son prix très élevé, qui équivaut à un mois de salaire d’ingénieur. En France, seuls des directeurs de laboratoire ou chefs de projet dans les bureaux d’étude, qui avaient les moyens, s’en procuraient.

Les utilisateurs des calculatrices ont pris l’habitude d’échanger des petits programmes dans une bibliothèque de logiciels, spécialisés selon les domaines scientifiques et techniques. Chaque membre pouvait apporter sa contribution à l’optimisation de l’espace mémoire, très limité à l’époque. Une communauté, constituée d’étudiants en écoles d'ingénieurs, de lycéens, de retraités et de chercheurs en tout genre, se crée, à travers une revue. Cette revue, nommée L’Ordinateur Individuel puis L’Ordinateur de poche, est le catalyseur et l’émancipateur des capacités techniques, mais aussi le centre d’une communauté d’utilisateurs. Comme son nom l'indique, cette revue ne traite pas seulement des calculatrices mais plus généralement des ordinateurs, elle vulgarise des notions d'informatique et s'adresse au grand public. Le réseau de relations permet l’échange des codes sources des machines, grâce auxquels les spécialistes peuvent réfléchir à la structure interne et élaborer des programmes adéquats. Connaître l’intérieur des machines permet une bonne compréhension et une maîtrise parfaite de leur fonctionnement.

Les ingénieurs ont contribué à faire découvrir la calculatrice, et plus généralement à initier le grand public à l'informatique, par la diffusion d’idées, de programmes et de connaissances. La presse spécialisée, la programmation et l’innovation technique sont jalonnées par leur travail et leurs recherches.

Réflexion autour de la place de la calculatrice dans le monde scientifique

La calculatrice électronique programmable a été très développée dans les années 1960 pour répondre aux besoins de la conquête spatiale. Dans ce cadre, ce sont les scientifiques qui manipulent majoritairement les calculatrices. À partir de 1970, l’utilisation de la calculatrice s’étend à l’univers de l’entreprise et au grand public. Les opérations difficiles à poser ou à faire de tête sont désormais faisables par tous. La possibilité de calculer n’est plus réservée qu’aux scientifiques, il est possible d’extraire une racine carrée sans avoir aucune base d’arithmétique. Les scientifiques perdent le “privilège de savoir calculer” puisque dorénavant tout le monde peut le faire, bien qu’il faut savoir quoi calculer.

De plus, la calculatrice est beaucoup plus performante et plus fiable que l’homme. Une fois de plus, les scientifiques perdent l’exclusivité des compétences calculatoires, ils sont concurrencés par les machines. Le domaine de la science a longtemps été réservé aux élites de la société, le fait d’exercer une profession scientifique est admiré. On peut aujourd’hui le constater avec le mérite qui est accordé aux médecins, ingénieurs… Cependant, une certaine possession de connaissances a été enlevée par les machines, comme les ordinateurs (qui sont à l’origine de grosses calculatrices), mais elles en ont aussi fait gagner. Certes, les machines sont des outils de calcul qui surpassent largement les hommes mais il faut savoir s'approprier l'outil. Les calculatrices électroniques (et aujourd’hui les calculateurs quantiques) permettent d’incroyables avancées scientifiques. Le savoir est partagé entre les hommes et les machines.

La réflexion devrait s'élargir à l'impact des ordinateurs sur la science, la calculatrice n'est plus utilisée telle quelle par les scientifiques. Bien que ce soit un sujet passionnant, cela sortirait des limites de notre problématique.

Lien entre la massification des usages, les particuliers et l'intérêt des acteurs publics

La massification des usages et les particuliers

La calculatrice électronique se démocratise et s’ouvre à un public de plus en plus hétérogène au XXème siècle : elle permet à n’importe qui d’accéder à une puissance de calcul importante. Les publicités témoignent de cette démocratisation. Elles témoignent surtout des attentes des consommateurs vis-à-vis de la calculatrice. Parmi les campagnes publicitaires les plus connues, on retrouve notamment celle de Texas Instrument de 1995 (à voir ici). Comme l’affirment les campagnes publicitaires de l’époque, la calculatrice permet de calculer “en douceur” et de s’approprier facilement des calculs difficiles. Le but est de “ne pas perdre de temps avec les maths” et donc d’en gagner.

L’utilisation de calculatrice devient habituelle et quotidienne au cours du XXème siècle: on l’utilise lors de travaux, lorsqu’on bricole, pour calculer le prix de meubles, un budget etc … En effet, dès la fin de la Seconde Guerre mondiale, les calculatrices s'invitent dans la vie quotidienne des Français et notamment dans leur travail. La calculatrice devient un outil de bureau des cadres, des secrétaires des entreprises modernes car elle facilite la vie et simplifie les calculs. Le Salon International de l'équipement de bureau de 1954 est par exemple une manifestation de cette place quotidienne de la calculatrice au travail : on y présente les machines à calculer équipant tous les bureaux modernes (la vidéo de présentation du salon de 1954 est disponible ici). À l'époque, bien que les calculatrices de bureau soient encore mécaniques et non électroniques, on remarque que les calculateurs sont déjà considérés comme un instrument phare du travail au bureau. On peut alors imaginer que cette installation éclair dans la vie des employés de bureau s'est encore accélérée à l’arrivée des modèles électroniques qui étaient plus sûrs, plus rapides et surtout moins encombrants. On peut raisonnablement penser que l’arrivée de la calculatrice dans le monde du travail a initié l'automatisation administrative progressive des entreprises et des institutions (grâce à l'automatisation de certains calculs) : la calculatrice a eu à son échelle une influence sur la structure même de ces entreprises. L’avènement de la calculatrice électronique a donc modifié durablement le monde du travail, notamment ce que les personnes font au travail, leur manière de travailler et les compétences requises (savoir utiliser une calculatrice électronique).

On peut alors se demander, quel est le type de calculatrice recherché par ce nouveau public de particuliers ? Si la calculatrice scientifique occupe la plus grande part du marché mondial, aussi bien dans le secteur scientifique qu’éducatif, la calculatrice électronique est utilisée dans d'autres situations. Les calculatrices financières, imprimantes et de bureau occupent une part importante des ventes des particuliers et des commerces.

Une calculatrice financière est un appareil utilisé pour effectuer des problèmes financiers ainsi que des calculs mathématiques de base. Toutes les calculatrices peuvent exécuter des fonctions de base, mais cet appareil est facile à utiliser pour les utilisateurs car ils n'ont pas à saisir de formules. Les informations ont déjà été chargées dans la calculatrice. Cette machine peut être utilisée pour calculer les remboursements de prêts, les pourcentages, les écarts types et les calculs de TVA. On peut citer quelques exemples connus de calculatrices financières comme la HP 80, première calculatrice financière commercialisée en 1973 ou la HP 92 sortie en 1977 munie d’une imprimante.

Cependant, l’utilisation de ces appareils par les financiers, particuliers et commerçants existe toujours, par exemple sur les marchés. Les appareils sont aujourd’hui remplacés par le logiciel Excel et d’autres logiciels pour les financiers et par des caisses enregistreuses pour les commerçants. Cette baisse d’utilisation se caractérise par une autonomisation croissante de tous les calculs quotidiens, sans parfois même que l’on s’en rende compte. Par exemple, nous ne pensons pas qu’il y a un calculateur électronique derrière nos relevés bancaires ou nos factures de gaz.

La massification des usages et l'intérêt des acteurs publics

Comme indiquées dans les parties précédentes, au XXème siècle, les ventes de calculatrices sont partagées par les deux géants japonais et américains. Le marché français va être peu à peu envahi de calculatrices, aussi bien japonaises qu’américaines ou anglaises. Le premier constat montre que la France, contrairement à d'autres pays européens comme le Royaume-Uni ou l'Allemagne, est restée en retrait que ce soit du côté des brevets, de la fabrication ou de la commercialisation. Pourtant, les scientifiques français s'intéressent au domaine des calculatrices électroniques. Le brevet de Pierre Sigaud (pour une calculatrice électronique à tambour magnétique dynamique) illustre l’état d’esprit et les capacités inventives françaises au début des années 1970 : il avait mis au point un modèle de calculatrice qui permettait de résoudre le problème du coût élevé de celles de l’époque. Toutefois, aucun prototype n'a été mis au point.

Cependant durant l’hégémonie du Japon et des États-Unis, la France a tenté de se lancer dans le secteur de la calculatrice. En effet, face à la massification des usages, le gouvernement français a compris que les calculatrices, et plus largement l’informatique et les ordinateurs, seraient les clés de voûte d’une indépendance et d’une souveraineté françaises dans le secteur des sciences et de l’industrie.

C’est ce qu'illustre le plan Calcul de 1967 lancé par le gouvernement français, qui s'il ne parle pas directement de calculatrice électronique favorise l’industrie informatique autour des calculs et de l’ordinateur : on peut parler de promotion indirecte de la calculatrice (pour voir la vidéo de l’annonce du plan calcul à la télévision, c’est ici). Ce plan a été lancé suite au rachat du constructeur d’ordinateurs français Bull par General Electric en 1964 : le plan fut une catastrophe industrielle mais une très belle réussite académique.

Dix ans plus tard, en 1977 le gouvernement français lance un nouveau plan “circuits intégrés”, qui vise à introduire l’industrie française au marché de l’informatique légère (vidéo de l’annonce à voir ici). Ces plans illustrent la prise de conscience des acteurs publics de l’importance des technologies liées à la calculatrice face à la massification des usages et au monopole étranger. Un deuxième plan calcul, créant une grande alliance européenne de l'informatique ainsi qu’un Plan Informatique pour Tous (permettant, en 1985, d'initier les 11 millions d'élèves et leurs professeurs à l’outil informatique et de soutenir l'industrie nationale) sont également lancés. La plupart de ces plans ont été reconnus plus tard comme des échecs.

Un autre moyen pour les acteurs publics de développer le secteur de la calculatrice est d’encourager des entreprises privées. Par exemple, l’entreprise française Akotronic lance en 1987 une calculatrice électronique “made in France” avec l’aide de l'État. Hélas, si les ventes sont plutôt bonnes la première année de sa sortie, l’entreprise fera faillite quelques années plus tard (pour voir la vidéo de présentation de la calculatrice française, c’est ici). D'autres entreprises françaises ont également tenté leur chance. C’est le cas de Schneider Electric (aujourd’hui multinationale française) qui lance un essai se soldant par un retrait rapide. L’horloger Japy vendra sous son nom des modèles de calculatrices entre 1973 et 1974. Enfin, Electro Calcul proposera quelques modèles japonais sous son nom.

En résumé, les politiques et les entreprises françaises n’ont pas su s’imposer face au duopole étranger, à son influence et à son puissant soft-power (qui se manifeste par des réseaux d’utilisateurs, des conférences , des publicités ciblées et surtout une forte capacité d’innovation). Il faut cependant garder en tête que c’est la massification des usages à travers le monde et la démocratisation de la calculatrice électronique qui a poussé l'État français à s’y intéresser avec un peu de retard.

Autonomisation, séparation entre calculatrice et ordinateur

Calculatrices et ordinateurs, pendant longtemps, deux noms pour une même technologie

ENIAC : Electronic Numerical Integrator Analyser and Computer

Calculatrices et ordinateurs sont tous deux des outils de calculs et pendant longtemps les objets appelés "ordinateurs" n’étaient en fait que des calculatrices géantes. On le constate notamment avec la traduction d’ordinateur en anglais : “ computer ” qui signifie “ calculateur ”, ce qui marque donc l’étroit lien entre les deux technologies. En effet, la calculatrice est l'ancêtre de l'ordinateur puisque si on remonte à la Seconde Guerre mondiale, période où la technologie subit une accélération dans l'amélioration de ses procédés, il y a la création du premier “ ordinateur universel ” construit par l'université de Pennsylvanie en 1945 : l’ENIAC : Electronic Numerical Integrator Analyser and Computer. L’ENIAC est entièrement électronique, il peut être reprogrammé pour résoudre tous les problèmes calculatoires. On peut aussi nommer le Z3, en 1941. Les allemands, notamment Konrad Zuse de Berlin Kreuzberg, créent le Z3, dans le but de faire les calculs automatiquement. Il est à noter que cette machine n’a pas vraiment été utilisée car détruite. Ces deux dernières inventions sont, respectivement, appelées “ le premier ordinateur automatique ” et “ le premier ordinateur électronique ” ce qui, aujourd’hui, n’est pas totalement juste … En effet,  ce qui définit les ordinateurs c’est le fait qu’ils possèdent une unité de commande capable de traiter un programme. Les programmes doivent être enregistrés dans l’unité de commande, or les machines tels que l’ENIAC ont des programmes qui sont fournis de l’extérieur, ce qui donc ne leur permet pas d’avoir l'appellation “ ordinateur ”. C’était tout simplement des calculateurs géants.

Les premiers ordinateurs avec des programmes enregistrés sont fabriqués à partir de 1948 avec notamment le SSEC d'IBM. Il est à noter que les inventeurs de ce modèle mais principalement de cette nouvelle technologie se sont basés sur l’ENIAC c’est-à-dire un modèle de calculatrice. Ainsi, les calculatrices sont les prédécesseurs des ordinateurs, c’est grâce à la démocratisation et la massification des calculatrices que les progrès scientifiques ont abouti à l’ordinateur. C’est donc à partir de la fin des années 1940 qu'ordinateurs et calculatrices se séparent pour former deux produits distincts : l’ordinateur est une calculatrice mais l’inverse est faux.

Les différences techniques entre calculatrice et ordinateur 

L’ordinateur et la calculatrice sont donc des produits différents. Certes l’unité de commande dans laquelle il y a des programmes enregistrés, c’est-à-dire des suites d’instructions indiquant ce qu’il doit être réalisés, qui sont mémorisés à l’intérieur est une caractéristique unique à l’ordinateur mais ce n’est pas la seule différence notamment grâce aux progrès scientifiques au fur et à mesure des années.

Tout d’abord, ce qui différencie l’ordinateur et la calculatrice est que l’ordinateur est autonome, il n’y a pas besoin d’un utilisateur comme pour la calculatrice. En effet, sur cette dernière il est nécessaire d’appuyer sur des touches, alors que l’ordinateur peut réaliser des calculs complexes sans assistance. L’ordinateur peut réaliser plusieurs actions à la fois alors que la calculatrice n’en effectue qu’une seule. De plus, un ordinateur est beaucoup plus rapide. La taille est une distinction, même si au cours des années, que ce soit la calculatrice ou l’ordinateur, ils sont devenus de plus en plus petits et légers. Mais un ordinateur est toujours plus imposant qu’une calculatrice, cela est notamment dû aux nombreuses fonctionnalités d’un ordinateur. De plus, la connexion internet est un élément important de différenciation, en effet, l’ordinateur a accès à internet depuis les années 1970 même si aujourd’hui des calculatrices connectées à internet existent, elles ne sont pas majoritaires.

L’utilisation de l’ordinateur différente de celle de la calculatrice

L’utilisation de la calculatrice et l'ordinateur sont assez différents, certes l’ordinateur à la capacité de réaliser des calculs comme les calculatrices mais cela lui permet surtout de fournir du divertissement tel que des jeux, des films, de la lecture, des informations… Mais aussi d’être un support et un outil dans le secteur professionnel afin d'aider et faciliter le travail avec le traitement de documents et d’informations, la communication et tout autre logiciel…  De manière générale, l’ordinateur a pour but de faire fonctionner tout ce qui utilise internet. On peut donc constater qu’il y a quand même une simplicité dans l’utilisation et la maniabilité de la calculatrice. On peut supposer que cette caractéristique plaît au public car même si les téléphones, que l’on peut définir comme les nouveaux ordinateurs, sont aussi petits, voire plus petits, que les calculatrices, ces dernières ont un fonctionnement plus simple. En effet, elles sont beaucoup moins compliquées d’utilisation, avec moins de fonctions, le prix aussi est nettement différent. On considère la calculatrice comme un achat facile, futile et qui peut être acheté sans réflexion concrète; si un commerçant a besoin de faire ses comptes il achètera d’instinct une calculatrice plutôt qu’un ordinateur ou téléphone. C’est peut-être l’une des raisons pour lesquelles la calculatrice est toujours présente et lutte dans les rayons des grandes surfaces, malgré sa disparition assez rapide…

La calculatrice peut-être plus adaptée au système éducatif que l'ordinateur

Aujourd’hui, bien que les ordinateurs ont les capacités et la facilité de faire les calculs des calculatrices de manière plus rapide, la calculatrice reste très utile et appréciée des professeurs pour plusieurs raisons.

On peut supposer qu'elle permet de limiter la triche comparée à l’utilisation de l’ordinateur car ce dernier donne accès à internet et donc très facilement à des réponses. Or, cela ne correspond pas à la démarche pédagogique effectuée par l’école. En effet, les calculatrices sont davantage contrôlables et observables par les professeurs car la calculatrice est considérée comme un outil pédagogique et non comme personnel, elles sont donc plus facilement accessibles par les professeurs. De plus, elles permettent que tous les élèves soient, à peu près, sur un même pied d'égalité : il n'y a pas une si grande diversité de calculatrices scientifiques, contrairement aux téléphones et aux ordinateurs (en plus du fait que ce ne soit pas le même coût). Cela pourrait probablement défavoriser certains élèves, à la fois sur le plan social mais aussi par rapport à l’enseignement que les professeurs doivent apporter aux élèves, s' il y a trop de modèles différents ils ne pourront pas être compétents sur tous. Ainsi, on suppose, que ces raisons impliquent une volonté de garder, pour l'instant, la calculatrice dans le système éducatif comparé à l’ordinateur mais cet intérêt pour la calculatrice va probablement évoluer avec toutes les nouvelles technologies et supports qui sont créés pour favoriser et améliorer l’apprentissage des élèves. Peut-être que les ordinateurs ou les téléphones remplaceront, incessamment sous peu, les calculatrices ...

Entrée de la calculatrice dans le système éducatif

Utilisation de la calculatrice dans le système scolaire français

Calculatrice scientifique Casio FX-98

C’est dans les années 1980 que les calculatrices de poche deviennent familières pour un usage personnel. De 1980 à 1990, le fait d’avoir une calculatrice est un privilège, à cause de son coût très élevé. En effet, en 1993, une calculatrice graphique coûtait 130€, seuls les élèves issus de familles aisées étaient avantagés à l’école. Mais ça n’a pas empêché l’Education Nationale d'intégrer la calculatrice dans le cursus scolaire.

Dans les programmes scolaires à partir du CE2, en 1995, la pratique du calcul exact ou approché s'envisage avec « la calculatrice dans les situations où son usage s'avère pertinent ». La calculatrice est utilisée pour compléter les techniques opératoires et le calcul mental. En 2002, dès le CP, les programmes de mathématiques annoncent que  « la diffusion généralisée d’outils de calcul instrumenté (et notamment des calculatrices de poche) amène à repenser les objectifs généraux de l’enseignement du calcul. » .

Dans les nouveaux programmes en 2008, la calculatrice est intégrée aux moyens d’apprentissage puisque les 3 moyens de calcul retenus sont le calcul mental, posé et à la calculatrice. Le calcul mental est mobilisé dans le calcul posé et il peut servir pour fournir un ordre de grandeur au calcul instrumenté. Réciproquement, le calcul instrumenté peut servir de vérification aux calculs mental et posé. A chaque classe (du CE1 au CM2), une nouvelle compétence liée à l’utilisation de la calculatrice doit être acquise.

En 2012, il est annoncé que l’usage de la calculatrice au CP peut s’avérer pertinent pour l'initiation à la numérisation.

En 2018, le mode examen sur les calculatrices scientifiques est rendu obligatoire à certains examens. Cela a été mis en place pour éviter la triche (en effet, les calculatrices scientifiques sont programmables). Le mode examen est une alternative à l’interdiction de la calculatrice, celle-ci fait désormais partie intégrante du programme d’enseignement des mathématiques.

L’objectif n’est pas de remplacer le calcul mental et écrit par le calcul instrumenté (tableur, calculatrice) mais de réfléchir à l’articulation de ces moyens de calculs pour l’apprentissage des élèves. A l’école, la calculatrice est appréhendée “comme outil de calcul, comme instrument dont on cherche à comprendre certaines fonctionnalités, comme support à l'exploration de phénomènes numériques, comme source de problèmes et d'exercices.”

L’usage des calculatrices à l’école n’impacte pas seulement les élèves dans l’apprentissage des maths mais aussi les professeurs. Ils ont dû s’adapter : il fallait repenser le cours en incluant la calculatrice, certains professeurs se sentaient dépossédés de leur matière, ils avaient désormais un nouveau partenaire qui leur permettait de transmettre du savoir. Les profs n’ont pas toujours été bien formés mais la calculatrice leur a finalement facilité la vie, ils perdent moins de temps à la préparation des leçons.

Impacts de la calculatrice sur l'apprentissage des mathématiques

Cependant, l’idée reçue que l’utilisation de la calculatrice empêche l’apprentissage du calcul mental circule encore. La calculatrice est un moyen de motiver les élèves, de les faire adhérer à une activité mathématique et de les faire gagner en autonomie. De plus, les capacités à utiliser la calculatrice dépendent de la capacité à calculer et à raisonner sans celle-ci. En effet, bien utiliser une calculatrice ne se résume pas à reproduire une simple opération. Dès l’école primaire, le fait d’utiliser les parenthèses permet d’apprendre les règles de priorité de calcul et la touche [1/x] permet d’initier aux fractions. Quand elle est utilisée correctement, la calculatrice donne la possibilité d’élargir l’esprit mathématiques des élèves. La calculatrice graphique permet notamment de visualiser les fonctions mathématiques.

De plus, avec le développement des nouvelles technologies, l’école se doit de former les élèves, les futurs citoyens, à utiliser correctement cet outil commun qu’est devenu la calculatrice. (par exemple, calculer des prix, des pourcentages). L’objectif est de donner tous les outils mathématiques à disposition des élèves, afin qu’ils choisissent une technique de calcul appropriée selon les situations.

Cependant, les bienfaits de la calculatrice sont à nuancer.  

La calculatrice est utilisée, par les élèves, de manière abusive pour des calculs simples où elle est inutile. Elle engendre une certaine dépendance, l’élève perd l’habitude de mettre en pratique les notions mathématiques qu’il a apprises auparavant. Par conséquent, le niveau en mathématiques de l’élève finit par baisser et il utilise la calculatrice pour y pallier.

L’introduction de la calculatrice dès l’école primaire est contestée notamment à cause du fait que la calculatrice empêcherait la mémorisation et le développement du calcul mental. Si l’élève ne connaît pas ses tables de multiplication, il ne sera pas en mesure de choisir la méthode de calcul la plus appropriée, il se dirigera vers la solution la plus simple (la calculatrice); la calculatrice perd alors son intérêt.

Selon une expérience de l’association mathématique du Québec, réalisée sur une classe de 5e, la calculatrice réduirait la capacité des élèves à établir un raisonnement constructif et mathématique lors de la résolution d’un problème. Par exemple, ils ont du mal à interpréter le résultat du calcul fait à la calculatrice et n’ont pas un avis critique sur le résultat.

En conclusion, l’utilisation de la calculatrice est intéressante à condition qu’elle soit contrôlée, pour un usage intelligent et pour que l'apprentissage des mathématiques soit concluant.

Utilisation de la calculatrice scolaire à travers le monde

Nous n'avons pas trouvé de données sur l’utilisation de la calculatrice dans le monde sur internet, par conséquent, nous avons décidé de poser des questions aux élèves étrangers de l’INSA. Les éléments de réponse qui suivent sont à prendre avec des pincettes, ils ne concernent peut être pas l’ensemble du pays mais seulement le lycée où l’élève se trouvait.

Cependant, ce travail d’investigation permet de faire un état des lieux dans le monde et reste enrichissant pour répondre à la problématique. Voici les réponses des élèves, accompagnées d'une analyse.

Albanie :

• Les calculatrices sont utilisées pour la première fois aux classes équivalentes à la 4ème ou 3ème, c’est-à-dire un ou deux ans avant le lycée. Elles sont d’abord utilisées en physique pour appréhender les premières notions de mécanique en calculant des forces par exemple. L’objectif est d'entraîner les élèves à raisonner et calculer sans l’aide de la calculatrice, dans les autres matières.
• Lors de la première année au lycée, la capacité à utiliser une calculatrice est testée avec un examen sur les unités du système international, pour mettre tous les élèves au même niveau.
• Au lycée, les calculatrices sont utilisées en physique-chimie et sont autorisées aux évaluations de cette matière. En revanche, les calculatrices n’étaient pas utilisées en mathématiques, particulièrement lors des chapitres concernant l’étude des fonctions et la trigonométrie. L’élève interrogé avait des cours d’électronique, d'électrotechnique, de systèmes embarqués et de télécommunication. La calculatrice y avait une place centrale et ils utilisaient des calculatrices digitales sur ordinateurs (à l’école ou chez eux).
• Les calculatrices étaient interdites à l’examen de fin de lycée (équivalent du bac), les sujets étaient adaptés pour.
• Les professeurs n’insistaient pas sur l’utilisation de la calculatrice en physique, ils préféraient que les élèves trouvent les bonnes expressions littérales, l’application numérique était secondaire.
• Les calculatrices utilisées dans son lycée coûtent entre 8 et 15€ et sont des Texas Instruments, elles sont achetées par les élèves comme le reste du matériel scolaire.
• Son utilisation n’a pas l’air d’être prise en compte lors de la réflexion pour résoudre des problèmes (comme c’est parfois le cas en France), elle a un but calculatoire, elle est au service de la matière et non l’inverse. C’est un outil dont l’utilisation requiert des compétences mais son arrivée tardive dans le cursus scolaire montre qu’elle est loin d’être considérée comme indispensable.

Roumanie :

• Globalement, les calculatrices ne sont pas utilisées dans les lycées, à part quelques exceptions. Dans son lycée, il était conseillé d’en utiliser en chimie organique (pour effectuer de longs calculs) mais les programmes scolaires roumains sont faits de sorte à seulement utiliser le calcul mental et/ou posé. La calculatrice était interdite en maths, ainsi qu’au bac, peu importe la matière (y compris chimie et physique). Son utilisation pendant l’examen est perçue comme une fraude.

Calculatrice Canon utilisée au lycée en Roumanie

• Selon la personne interrogée, la calculatrice n’est pas nécessaire en mathématiques, il est important d’apprendre à calculer sans, mais elle pourrait être utile pour tracer des courbes. En revanche, l’interdire dans des matières telles la physique et la chimie n’est pas justifié, aux vues des longs calculs à effectuer.

• Les calculatrices commercialisées en Roumanie sont des marques Canon et Milan, ce sont, pour la plupart, des calculatrices basiques à 9 touches (on est loin de la calculatrice scientifique).
• Les calculatrices scientifiques vendues coûtent entre 20 et 50€. Les étudiants n’ont, pour la plupart, pas les moyens d’acheter de telles calculatrices. Cependant, cela ne pose pas de problèmes dans le contexte scolaire, puisqu’elles ne sont pas recommandées et utiles.
• On sait que le marché de la calculatrice et son utilisation dans le système scolaire sont intimement liés, s’il n’y a pas de fortes demandes des écoles, les prix ne baisseront pas. Et inversement: si les prix ne baissent pas, son utilisation n’est pas envisageable à l’école, dans la mesure où seuls les élèves les plus riches pourront s’en procurer.

Vietnam :

• Les calculatrices sont utilisées à partir du collège et dans toutes les matières. Les matières scientifiques au Vietnam demandent beaucoup de calculs donc l’utilisation de la calculatrice est fortement encouragée à l’école.
• Les calculatrices sont autorisées à l’examen de fin de lycée qui est sous forme de quiz. Ils peuvent appliquer plusieurs méthodes pour arriver à un même résultat, cela rend l’apprentissage des maths plus intéressant et la calculatrice facilite donc la résolution des exercices, en remplaçant les méthodes plus traditionnelles. Cependant, il est possible de répondre correctement au quiz avec la calculatrice sans vraiment comprendre la nature du problème. L’objectif d’apprentissage des maths n’est pas atteint, c’est le risque de la sur-utilisation de la calculatrice.

• Les marques de calculatrices qui dominent le marché au Vietnam sont Casio et Vinacal (une marque vietnamienne). Le prix d’une calculatrice scientifique est compris entre 15 et 20€. Selon lui, le prix n’est pas un frein et de toute façon la calculatrice est indispensable à l’école.

Tunisie :

• Au collège et au lycée, les calculatrices scientifiques utilisées sont non programmables et sans option graphique. Elles sont autorisées en évaluation et au bac, la triche est impossible puisqu’on ne peut pas programmer la calculatrice en amont. Avant le bac, tous les élèves doivent amener la calculatrice qu’ils vont utiliser le jour du bac pour que le lycée valide les critères.
• La calculatrice sert uniquement aux applications numériques, elle n’apporte rien à l’apprentissage des mathématiques.
• Les calculatrices les plus vendues en Tunisie sont des Sharp et des Casio. Leur prix est compris entre 10 et 20€ environ.
• Le prix des calculatrices utilisées à l’école est abordable, d’autant plus qu’une même calculatrice est utilisée pendant tout le cursus collège/lycée. Le prix de la calculatrice n’empêche donc pas son utilisation. Cependant, le prix des calculatrices graphiques est bien plus élevé, tous les élèves ne pourraient pas s’en procurer une. On suppose que le fait qu’une telle calculatrice soit interdite à l’école est, en partie, lié à son accessibilité, pour éviter les inégalités entre les élèves.

Bolivie (lycée privé):

• La calculatrice commence à être utilisée au début du lycée par les élèves boliviens, en physique-chimie, pour les applications numériques. La méthode d’apprentissage des maths est différente en Bolivie : elle est basée sur la répétition et sur des applications pratiques, la calculatrice n’est donc pas utile, bien qu’elle pourrait faciliter l’apprentissage. La calculatrice est donc peu utilisée en maths mais pas interdite. De même, elle est autorisée lors des examens (bien qu’il n’existe pas d’examen final en Bolivie, tout est en contrôle continu).
• Les professeurs sont globalement favorables à l’utilisation de la calculatrice pour faciliter et accélérer les calculs, sauf en maths, où la résolution des exercices par la réflexion est encouragée.
• Les marques de calculatrices vendues en Bolivie sont Texas Instruments, Casio et HP mais la majorité des lycéens possèdent des Casio. Les calculatrices Casio utilisées sont non programmables et coûtent entre 15 et 25€. En revanche, les calculatrices programmables utilisées à l’université sont plus chères.
• Les élèves dans les écoles publiques n’ont pas forcément les moyens de se payer une calculatrice à 20€, son prix peut en effet être un frein à son utilisation.

D’après les témoignages recueillis, nous constatons que la calculatrice est principalement utilisée comme outil calculatoire et non comme un outil qui favoriserait la réflexion autour d’un problème scientifique (comme cela peut être le cas en France). Dans certains pays, c’est sûrement le prix de la calculatrice qui limite son utilisation mais dans d’autres, c’est clairement un choix d’éducation. En effet, la plupart des pays considèrent que l’apprentissage des mathématiques est plus efficace sans l’utilisation de la calculatrice.

La plus grande différence entre la France et les autres pays est l’arrivée plus tardive de la calculatrice dans le cursus scolaire. En France, elle est utilisée dès l’école primaire contre le collège (voire lycée) dans les pays interrogés. Cela montre, une fois de plus, que la France souhaite que l’utilisation de la calculatrice soit une compétence acquise par les élèves français.

Economie autour de la calculatrice

Mainmise des leaders de la calculatrice sur le système éducatif

Les ventes des calculatrices scientifiques et graphiques demeurent stables en France chaque année. A titre d’exemple, elles s’élèvent à plus de 1,6 million d'unités en 2018 pour un chiffre d’affaires de 55 millions d'euros, selon les données de l'institut GfK. Ce marché est largement dominé par les marques Texas Instruments et Casio.

Ce secteur doit notamment son salut au fait que les smartphones ne sont pas autorisés lors des examens. En effet, les appareils intégrant des moyens de communication sont proscrits. C’est pour cette raison que les calculatrices sont un outil d’éducation incontournable dans les établissements scolaires. Le marché de ces produits électroniques est donc dépendant des programmes mis en œuvre par le gouvernement. Il est possible de trouver, sur le site internet de l’Éducation nationale, la réglementation en vigueur concernant les calculatrices graphiques autorisées dans le cadre de l’enseignement : « Est considéré comme « calculatrice » tout dispositif électronique autonome, dépourvu de toute fonction de communication par voie hertzienne ... ».

En 2018, l'Éducation nationale a rendu obligatoire le « mode examen » empêchant ainsi les élèves d'avoir accès à la mémoire de leur calculatrice. Les fabricants ont dû se lancer dans la production de nouveaux modèles pour répondre à ces nouvelles attentes. Ces versions n’étant pas encore disponibles sur le marché de l’occasion, les membres d’une même famille ne pouvant plus se léguer leurs anciennes calculatrices, cette réforme a engendré une augmentation des ventes de 10 % cette année-là. L'année 2019 a également connu une hausse des ventes pour les deux fabricants (TI et Casio). La réforme du lycée en est la cause. En effet, celle-ci les a amenés à lancer la production de nouvelles calculatrices, afin d'être en phase avec les programmes scolaires intégrant de plus en plus d’algorithmes.

La responsable marketing de Casio France, Agathe Duca, affirme que la marque communique beaucoup avec l'Education nationale, leurs inspecteurs ainsi que les établissements scolaires, pour intégrer leurs besoins et mettre à jour leurs produits dans le but de s’adapter au mieux aux nouvelles demandes. Les programmes scolaires étant très différents d’un pays à l‘autre, les marques produisent quasiment des modèles sur mesure pour chaque pays. Ainsi, une calculatrice Casio créée pour le modèle éducatif français n'est disponible nulle part ailleurs dans le monde à l'identique. Les deux groupes mettent considérablement l'accent sur les formations (gratuites) destinées aux enseignants. Ils représentent le principal vecteur de ventes de ces produits car ils font offices de prescripteurs auprès de leurs élèves. Par exemple, Alexandre Titin-Snaider, directeur chez Texas Instruments France, explique que « TI a dispensé des formations sur le langage Python à plus de 1.000 professeurs, à l'aide de la calculatrice TI-83 Premium CE en quelques mois en 2020. » De son côté, Casio organise chaque année plus de 130 stages dans 70 villes, en plus d'éditer un bulletin d'information tiré à des milliers d'exemplaires. Le coût de l’opération est de plusieurs millions d'euros. C’est ainsi que Casio et Texas Instruments ont su s'attirer la confiance de l’ensemble du corps enseignant. Désormais, les deux marques maîtrisent la quasi-totalité du marché des calculatrices scientifiques et graphiques, leur part dépassant largement les 90% en volume.

Cependant, il est important de noter, que les rivaux Casio et Texas Instruments partagent une particularité : ce n’est pas le marché de la calculatrice qui génère le plus de profit. Casio réalise l'essentiel de ses revenus grâce à ses montres, tandis que Texas Instrument tire principalement profit de ses activités dans les semi-conducteurs. La calculatrice est accessoire dans l’avenir de ces deux marques. Ce produit leur assure néanmoins un bénéfice stable.

La place des autres sociétés sur un marché dominé par TI et Casio

Calculatrice HP Prime Graphing, 2013

Comme vu précédemment, les principales marques produisant des calculatrices graphiques sont l'américain Texas Instruments et le japonais Casio. L'américain Hewlett Packard propose également ce type de produit. En effet, HP offre une large gamme de calculatrices, avec des modèles allant de 30 à 160 euros, comme pour les leaders. Elle est même la seule à proposer des innovations telles que les écrans tactiles. Cependant, sa part de marché reste très marginale. Ce qui est étonnant car, compte tenu des performances et des critiques concernant les produits de cette marque, elle devrait se trouver aux côtés des deux autres. 

Néanmoins, les calculatrices HP sont plus difficiles à trouver dans les grandes surfaces. En effet dans les hypermarchés tels que que Leclerc, Carrefour ou autre, ne sont référencés que des modèles de marque Texas Instruments ou Casio. Pour se procurer une calculatrice HP, il est nécessaire de la commander en ligne sur le site officiel de l’entreprise ou sur un site généraliste tel que la Fnac ou Amazon. Mais à la rentrée des classes, les parents privilégient l'achat de la calculatrice simultanément avec le reste du matériel scolaire, dans les grandes surfaces. 

Depuis de nombreuses années, les deux marques principales multiplient les campagnes de publicité et les formations gratuites aux enseignants. Ces derniers recommandent ensuite ces calculatrices à leurs élèves. De nos jours, les modèles HP souffrent d'une notoriété faible auprès du grand public. C’est aussi pour cette raison qu’elles ne sont pas disponibles en grandes surfaces. Les enseignes sont bien conscientes de la stratégie commerciale de Texas Instruments et Casio et ne vont donc pas investir dans une marque peu connue. 

Cela est valable pour HP, mais également pour Sharp, Citizen qui sont des marques japonaises, ou encore Lexibook, une marque française. Ces marques développent des calculatrices mais leurs ventes sont bien moindres que celles des leaders du marché.

Le développement des calculatrices par des entreprises françaises

La France n’a pas cherché à développer des modèles de calculatrice jusqu’à ces dernières années (à part la marque Lexibook, qui n’a eu pas d’impact notable sur le marché). Texas Instruments et Casio réalisaient le travail de développement et d’adaptation aux réformes des programmes de l’Education nationale. Ainsi, le lancement d’une marque inconnue de calculatrices s’apparentait très risqué sur un tel marché.

Lors d’une réforme de l’enseignement, en 2015, le mode examen été rendu obligatoire pour certaines épreuves. La loi précise que le candidat doit pouvoir passer en mode examen en début d’épreuve sur la demande du surveillant de salle. Or, sur la plupart des modèles de calculatrice, sortir du mode examen est complexe. Par exemple, pour les calculatrices TI, il faut posséder un ordinateur sur lequel on doit télécharger le logiciel TI connect. Il est nécessaire d'avoir le câble pour le connecter à la calculatrice. Il faut ensuite suivre un protocole pour désactiver le mode examen. Ainsi, dans le cas de deux épreuves consécutives, certains étudiants n’auraient pas la possibilité de sortir du mode examen.

Calculatrice NumWorks

C’est principalement pour cette raison que le 29 août 2017, la marque française NumWorks créée un an plus tôt, a dévoilé sa nouvelle calculatrice graphique destinée aux lycéens. Le fondateur de cette marque est Romain Goyet, diplômé de Polytechnique et de Télécom ParisTech, et entré chez Apple en 2007. Il a fondé sa start-up pour développer ce modèle. Lors d’une interview sur une chaîne de télévision, il explique que son objectif en développant ce produit, est de simplifier l’utilisation des calculatrices. Selon lui, les professeurs passent beaucoup trop de temps à expliquer aux élèves comment utiliser la calculatrice. Ce temps pourrait être utilisé pour l’enseignement des mathématiques. Il dit également que les modèles TI et Casio, n’ont pas beaucoup évolué depuis le début des calculatrices graphiques, même s'il y a eu des innovations telle que l'introduction de la programmation en python,... Dans leur globalité, les modèles restent très similaires. Celui de NumWorks se veut beaucoup plus simple d’approche, au niveau de l’interface, des menus, de la sortie du mode examen.

Ce qui est intéressant à noter chez ce nouveau fabricant, c’est qu’il a fait en sorte que le produit soit un projet ouvert. En effet, les plans de fabrication de la calculatrice NumWorks sont publics. Chaque utilisateur a ainsi la possibilité d’ajouter lui-même ses propres fonctionnalités et la communauté peut proposer des améliorations. Il peut donc réellement fabriquer sa propre NumWorks à partir d’une imprimante 3D. Ainsi, la marque s’est appuyée sur ce concept pour se distinguer des autres. Elle rejoint également la stratégie commerciale de TI et Casio en proposant des offres spéciales réservées aux enseignants. Elle a réussi à instaurer une sorte de proximité avec le consommateur. Cela peut expliquer en partie son succès, car actuellement cette calculatrice est présente dans la plupart des classes de lycée. La marque doit également sa réussite à l’importante médiatisation qui a été faite à l’égard de son produit. En effet, ce projet a gagné la cinquième édition du concours d’innovation numérique. Le fondateur est passé sur des plateaux télés, et l’Education nationale l'a mise en avant.

Ainsi, la marque semble confirmer sa lancée pour rivaliser avec les leaders actuels, du moins sur le marché français.

L'intérêt pour les marques de continuer à développer ce type de produit

Calculatrice Texas Instruments TI-81, 1990

Calculatrice Texas Instruments TI-83 Premium, 2020

Comme évoqué précédemment, les calculatrices graphiques n’ont pas beaucoup évolué depuis les années 1990. Par exemple, le modèle de 1990 de TI est finalement très ressemblant à celui de 2020. Les marques font le nécessaire pour innover constamment en s’adaptant au changement de programme de l’Education nationale. Mais ces évolutions sont très légères. Le produit de ces dernières années, dans sa globalité, reste similaire à celui d’il y a 30 ans. A titre d’exemple, le processeur Zilog Z80 est présent dans les deux modèles.

Nous pouvons facilement nous rendre compte que, même si ce marché n’est pas porteur pour Casio et TI, la production de ces objets ne leur coûte que très peu d’argent. Il y a peu d'évolution depuis plusieurs décennies. En outre, ces produits étant encore vendus en grande quantité chaque année, il est normal que leur fabrication se poursuive.

Cette branche permet aux marques d'assurer une base de revenus stable en cas de problèmes financiers. Par exemple, Casio avait subi des pertes au début de l'année 2008 qui ont été comblées grâce à la vigueur de la production de matériels grand public, incluant les calculatrices.

Conclusion : Vers une fin de la calculatrice électronique ?

La calculatrice a un parcours qui s’étend sur plusieurs siècles mais sa démocratisation et sa massification sous la forme d’un objet électronique n’en sont seulement qu’une partie… Après son apogée à la fin des années 1990, la calculatrice a progressivement commencé son déclin. En effet, aujourd’hui, cette machine n’est plus un outil très utilisé par le grand public et commence à devenir un objet rare au sein des foyers. Néanmoins, elle reste encore assez présente dans le système éducatif comme support dans l’enseignement et principalement celui des mathématiques. Il est probable que d’ici quelques années, elle soit destituée au profit de tablettes ou d’autres technologies plus performantes pour enseigner. En effet, les tablettes sont en phase de test dans certains établissements, elles confèrent de nombreux avantages pédagogiques, notamment pour le calcul. Avec l'évolution des technologies et du système scolaire, il ne restera probablement plus de calculatrice car il y aura un manque d’utilité de ce produit.

Cependant, on peut noter quelques innovations, quelques améliorations du côté des marques de calculatrices avec un investissement écologique pour, peut-être, attirer et fidéliser des clients. Par exemple, avec le recyclage des calculatrices usagées en échange de bon d’achat, la commercialisation de calculatrices solaires ou avec des piles à eau.