Planimtres et intgraphes en Angleterre MarieJos DurandRichard Paris

Planimètres et intégraphes en Angleterre Marie-José Durand-Richard Paris 8 (MAATICAH) - REHSEIS Autour de l'exposition « Venez prendre l'aire ! » au CNAM Regards sur l'histoire de l'intégration mécanique 21 mars 2007

Great Exhibition 1 th of may-25 th of october 1851 Crystal Palace - Hyde Park • • • Expose les travaux de l’industrie de toutes les nations du monde Veut marquer la supériorité industrielle de la Grande-Bretagne 6 millions de visiteurs (1) Arrivée du Carrosse Royal. Augustus Butler (2) Cérémonie d’ouverture. Joseph Nash

A la Gloire de la mécanisation King’s Cross Station, Great Western Railway, Gret Britain launching, Mechanical loom

Le planimètre de Tito Gonella (1794 -1867) Inventeur : professeur de mathématiques à la faculté des arts de Florence Tuscany. n° 57 Machine for measuring plane surfaces, executed under the exhibitor direction by order of H. I. and R. H. the Great Duke of Tuscany, to whom it belongs. BNF. Official Catalogue of the Great Exhibition … 1851. 8 V 32004

Council Medal • La tranche porte l’inscription : • Professor T. Gonella / Council Medal of the Exhibition. Class X. • C’est la plus haute récompense de cette exposition

Sa postérité en Grande-Bretagne • Il n’est pas cité comme tel. • En 1876, James Thomson se réfère au planimètre de Morin Le colonel Arthur Morin, professeur et Administrateur au CNAM, a modifié le planimètre de Ernst. • On peut voir au Science Museum, London, un planimètre de Ernst, fabriqué par Clair en 1840, et vendu au Science Museum en 1989 par P. Delehar, vendeur d’instruments scientifiques rares.

Planimètre de Ernst-Clair Science Museum. Acquis en 1989.

Le planimètre de John Sang (1809 -1887) ingénieur civil écossais (Kirkaldy) n° 338. Class 10. Sang, Inv. and Manuf. Self-acting calculator of surface. The area of any figure drawn on a plane is found by moving the tracer ovzer the outline, however irregular it may be. BNF. Official Catalogue of the Great Exhibition … 1851. 8 V 32004

Le planimètre de John Sang Inventor and Manufacturer • Class 10 : Philosophical, musical, horological Instruments • 1852, « Description of a Platometer, an Instrument for Measuring the Areas of Figures drawn on Paper » , Transactions of the Royal Scottish Society of Arts, 4 (1852), p. 119 -129.

Le planimètre de J. Sang (1852) Précision : 1/100 inch carré Précaution : faire la moyenne entre 2 mesures en retournant la figure

Les utilisateurs du planimètre de J. Sang (1852) Ingénieurs, géomètres arpenteurs, architectes. Captain James, R. E. , superintending Officer of the Ordnance Survey Office

Originalité du planimètre de J. Sang (1852) • Enquête du comité de la RSS sur les instruments toscan et français (? ) de la GE 1851 • Un membre du jury consulté par Sang n’a vu que l’appareil de Gonella, un autre a vu un dynamomètre sur le même principe. • Digby Wyatt, secr. GE, n’a pu fournir de renseignements. • D. Brewster, chairman du jury de cette classe, n’a pas répondu aux demandes d’information. • Reports of the Jurys of the Great Exhibition 1851 Contient pourtant une présentation de ces instruments.

Les dynamomètres présentés en 1851 • Rapport de Henry Moseley Reports by the jurys on the subjects in the thirty classes into which the exhibition was divided, London, 1852.

Les dynamomètres de Morin • • Moseley cite : 1849 Aide Mémoire de Mécanique Pratique 1849 Leçons de Mécanique Pratique Il reconnaît que ces instruments, destinés à mesurer le travail des chevaux et des machines, ont été surtout développés en France, inventés par Poncelet, construits sous la direction de Morin. • Ils sont peu connus en Grande-Bretagne. • Il cite : l’indicateur de pression de Watt, et le dynamomètre de friction de De Prony.

Les dynamomètres exposés dans la section G déterminent : • Le travail transmis par un axe en rotation • Le travail manuel agissant sur la poignée d’une pompe ou d’un frein • Le travail de la vapeur sur le piston d’une machine pour un nombre donné de courses (Report BAAS, 1841) Le 1 er d’entre eux est récompensé. Constructeur : Clair, Paris sous la direction de Poncelet de Morin.

James Clerk Maxwell (1831 -79) • 1855 : Royal Scottish Society of Arts, vol. IV, pp. 420 -429. Il a vu les instruments et connaît les Reports of the Jurys. Il indique, comme mode de mécanisation de ce calcul : - une roulette tournant sur un disque, - le planimètre de Sang, dont il analyse la difficulté de transmission du mouvement. • Il cite également le planimètre de Gonella et son ouvrage, et fait une mention spéciale au planimètre polaire d’Amsler.

Les planimètres conçus par Maxwell, mais non construits Il recherche un roulement parfait. Il envisage : - 2 sphères de même diamètre - 2 sphères dont les diamètres : rapport 1/2 - - un cône et un cylindre d’axes perpendiculaires

James Thomson (1822 -92) frère de William = Lord Kelvin (1824 -1907) • Ingénieur de formation et de profession - 1840 : chez Mr Macneill à Dublin - 1843 : ingénieur dans le Stafforshire, puis au chantier naval de Wm Fairbairn and Co. à Londres, puis à Manchester. - 1851 : ingénieur civil à Belfast • Professeur d’ingénierie - 1840 : 1ère chaire d’ingénierie civile et de mécanique, fondée au RU par la reine Victoria, Université de Glasgow - 1873 -89 : Professeur d’ingénierie civile à l’Un. Glasgow (succède à Rankine)

Le système de J. Thomson « disque-sphère-cylindre » 1876 • Un disque incliné de 45 ° tourne autour d’un axe normal à son plan • Un cylindre d’axe horizontal et parallèle au plan du disque • La sphère remplace la roulette

Le système de J. Thomson « disque-sphère-cylindre » 1876 • y est la distance entre le centre du disque et le point de contact sphèredisque • L’angle de rotation de la sphère correspond à dx • L’angle de rotation du cylindre exprime lors l’intégrale de ydx (à une constante près)

L’analyseur harmonique (1878) de W. Thomson, Science Museum, London

L’analyseur harmonique (1878) de W. Thomson, Science Museum, London

C. W. Merrifield • 1880, 50 th meeting BAAS, Swansea « Report on the Present State of Knowledge of the Application of Quadratures and Interpolation to Actual Data » , British Association, pp. 321 -378. pp. 375 -78 : X. Mechanical Quadratures • 1880, Institution of Navals Architects Article sur la théorie des intégrateurs

C. W. Merrifield se réfère - au dynamomètre de Morin, utilisé dans les machines à vapeur, - au planimètre de Sang, pour mesurer les aires, - au système des deux sphères de Maxwell. Il présente en détail : - Le système « disque-sphère-cylindre » de James Thomson, indiquant que ce système permet aussi de résoudre des équations différentielles. - Le planimètre d’Amsler, ce merveilleux petit instrument, le plus pratique de tous, ainsi que l’intégrateur mécanique du professeur J. Amsler. Laffon de Schaffhausen, qui permet de calculer le moment statique et le moment d’inertie / un axe.

Charles Vernon Boys (1855 -1944) • Ingénieur • Physicien • Inventeur (ici, radio-micromètre)

Charles Vernon Boys (1855 -1944) Ingénieur et physicien • 1873: Royal School of Mines • Ingénieur dans l’industrie du charbon • 1881 : Permanent demonstrator of Physics at the Normal School of Science, South Kensington • 1889 -97 : professeur assistant de physique (succède à Frederick Guthrie) au Royal College of Science, South Kensington • 1890 : Soap bubbles and the forces which mould them (1890), Royal Institution Christmas lecture 1889. Influencera Alfred Jarry.

Charles Vernon Boys (1855 -1944) Physicien et ingénieur 1895 : Amélioration de la mesure de Cavendish pour la constante gravitationnelle, par l’utilisation de fibres de quartz. Philosophical Transactions of the Royal Society. 1897 -1939 : referee, Metropolitan Gas Board 1896 : Royal Medal of the Royal Society 1916 -18 : président Physical Society 1924 : Rumford Medal 1935 : knighted

Charles Vernon Boys (1855 -1944) • 1881, « an Integrating-Machine » , The London, Dublin and Philosophical Magazine, serie 5, vol. 11, pp. 342 -48. • 1882, « On integrating and other apparatus for the measurement of mechanical and electrical forces » , The London, Dublin and Philosophical Magazine, serie 5, vol. 13, pp. 77 -95. Repris dans Proceedings of the Physical Society, vol. V, pp. 8 -28, suivi de : • « Apparatus for calculating Efficiency » , pp. 28 -35.

Charles Vernon Boys (1855 -1944) Intégraphe de Boys, Science Museum, London 1881, « an Integrating-Machine »

Charles Vernon Boys (1855 -1944) 1881 : « An Integrating-Machine » • Il affirme que le principe de sa machine est le seul à correspondre à la démarche du mathématicien. • Il souligne son utilité pour faire comprendre aux étudiants de physique les principes du calcul intégral, et donne des exemplaes pour convaincre les physiciens de la société • Elle peut également fonctionner comme intégrateur, donnant aussi les intégrales de y 2 et de y 3, ou du produit de 2 ou plusieurs fonctions • L’instrument a été construit par Mr Hilger, de Tottenham Court Road.

Le Science Museum présente également ce modèle d’intégraphe, en attribuant le principe à Bruno Abdank-Abakanowicz (1852 -1900)

Henry Selby Hele-Shaw (1854 -1941) • Ingénieur • Physicien Hydrodynamique • Inventeur • Responsabilités administratives et pédagogiques dans l’organisation de l’enseignement technique

Henry Selby Hele-Shaw (1854 -1941) et l’enseignement technique • 1871 : Bristol : Mardyke Engineering Works of Messrs Roach & Leaker. Messrs G. K. Stothert & co. Bristol University • 1881 : Bristol : 1 rst Professor of Engineering. • 1885 : Liverpool : 1 rst Professor of Engineering. • 1904 : Transvaal Technical Institute : 1 rst Professor of Civil, Mechanical and Electrical Engineering. • 1905 : appointed organizer of Technical Education in the Transvaal, by the Secretary of State fot the Colonies. • 1906 : consulting engineer in Westminster • Développe et exploite ses propres inventions

Henry Selby Hele-Shaw (1854 -1941) et les intégrateurs • Intérêt suscité par l’étude de la force exercée par les vents sur les structures des ponts (désastre de Tay Bridge) • Anémomètre intégrateur, présenté à : 1881, British Association, et installé à Liverpool, Bidston Observatory • 1885, « Mechanical integrators » , Minutes of Proceedings of the Institution of Civil Engineers, n° 82, 75 -143. • 1885 : « Theory of continuous calculating machines » , Philosophical Transactions

L’intégrateur de Hele Shaw réalisé par Coradi • Les roulettes enregistreuses sont mues par des sphères en verre dépoli, qui peuvent tourner autour d’un axe horizontal et un axe vertical, grâce à des roulettes en celluloïd.

L’intégrateur de Hele Shaw réalisé par Coradi

Prolongements au 20ème siècle • Du côté des planimètres Fabrication régulière Gains en précision Ici, Coradi 1886 • Du côté des intégraphes Vers la résolution des équations différentielles Les analyseurs différentiels

Du côté des planimètres • Le planimètre Allbrit, Science Museum Library décrit comme « entirely British product » • Egalement Arkon Universal Planimeter, 1928 :

Le physicien Douglas Rayner Hartree (1897 -1958) • Physique théorique • Structure atomique • Propagation des ondes radio • Analyse numérique • Analyseur différentiel sur les traces de Vannevar Bush (1890 -1974) qu’il rencontre aux Etats-Unis en 1932.

Douglas Rayner Hartree (1897 -1958) • 1915 : St John's College, Cambridge. • GM I : il assiste son père dans les calculs relatifs aux méthodes numériques de résolution des ED qui interviennent dans la défense anti-aérienne • 1929 -37 : Beyer Professor of Applied Mathematics, Univesity of Manchester. • 1937 -46 : Professor of Theoretical Physics. University of Manchester. • GM II : personnel scientifique du Ministère de l’Approvisionnement. L’AD est utilisé. • 1946 -58 : Plummer Professor of Mathematical Physics, University of Cambridge

L’analyseur différentiel de Douglas R. Hartree 1ère réalisation en Meccano, 1934

L’analyseur différentiel Douglas R. Hartree, Manchester, 1935 Science Museum, 2004 -05

L’amplificateur de torsion Douglas R. Hartree, Manchester, 1935 Science Museum, 2004 -05

De l’analyseur différentiel au calculateur analogique (MAC) Air Trainers Links Ltd. 1958 Science Museum, 2004 -05

Le calculateur analogique mécanique (MAC) Air Trainers Links Ltd. 1958 Science Museum, 2004 -05