thumb|L'Elwat, un calculateur analogique polonais fabriqué entre 1967 et 1969 ; les éléments visibles sont, de gauche à droite, un voltmètre, un téléscripteur, un oscilloscope et l'ordinateur à proprement parler.
Un calculateur analogique (et par extension un ordinateur analogique) est une application particulière des méthodes analogiques consistant à remplacer l'étude d'un système physique donné par celle d'un autre système physique régi par les mêmes équations. Pour que cela présente un intérêt, le système « analogue » doit être facile à construire, les mesures aisées et moins coûteuses que sur le système réel.
Un calculateur analogique proprement dit est constitué d'un ensemble de modules électroniques (et/ou électromécaniques) interconnectés pour modéliser un problème à résoudre. Les connexions sont assurées par un panneau de câblage amovible facilitant les changements de problèmes. Les résultats (mesure des tensions électriques représentant les différentes variables) sont le plus souvent enregistrés sous forme de courbes en fonction du temps. Ce concept contraste avec celui des calculateurs numériques, qui par nature travaillent uniquement sur des quantités discrètes, ne manipulent que des nombres et effectuent séquentiellement leurs calculs, alors que le calculateur analogique travaille sur des variables continues, toutes les opérations étant effectuées en parallèle.
Les calculateurs servant à résoudre des systèmes d'équations différentielles, sont devenus désuets face à la puissance et à l'universalité des calculateurs numériques. Mais pour certaines fonctions et dans certaines conditions d'emploi, des calculateurs mécaniques ou analogiques continuent à être développés ; par exemple l'AREE, développé par la NASA pour les sondes et robots soumis à un environnement hostile.. Et en 2025, des chercheurs chinois ont créé une puce analogique ultra-efficace (jusqu’à fois plus rapide et 100 fois moins énergivore que les meilleurs GPU disponibles), qui pourrait révolutionner le calcul pour l'intelligence artificielle.
Historique
Antiquité alt=|vignette|260x260px|Le mécanisme d'Anticythère, datant d'entre 150 et 100 av. J.-C., était un des premiers calculateurs analogiques. Le mécanisme d'Anticythère, appareil conçu pour déterminer les positions des corps célestes connu sous le nom de planétaire, a été décrit comme l'un des premiers calculateurs analogiques mécaniques par un physicien britannique, spécialiste de l'information et historien des sciences Derek J. de Solla Price.. Il a été découvert en 1901, dans l'épave d'Anticythère au large de l'île grecque d'Anticythère , entre Cythère et la Crète, et a été datée de 150~100 avant J.C., pendant la période hellénistique.
Des dispositifs d'un niveau de complexité comparable à celui du mécanisme d'Anticythère ne réapparaîtront qu'un millénaire et demi plus tard.
De nombreuses aides mécaniques au calcul et à la mesure ont été construites à des fins d'astronomie et de navigation.
L'astrolabe a été décrit pour la première fois par Ptolémée au IIe siècle de notre ère. L'astrolabe a probablement été inventé dans la monde hellénistique au Ier ou au IIe siècle av. J.-C. et est souvent attribué à Hipparque. Combinaison du planisphère et de la dioptrie, l'astrolabe était en fait un ordinateur analogique capable de résoudre plusieurs types de problèmes différents en astronomie de position
Le compas, un instrument de calcul utilisé pour résoudre des problèmes de proportion, de trigonométrie, de multiplication et de division, et pour diverses fonctions, telles que les carrés et les racines cubiques, a été développé à la fin du XVIe siècle et a trouvé une application dans l'artillerie, l'arpentage et la navigation.
Le planimètre était un instrument manuel pour calculer l'aire d'une figure fermée en traçant dessus avec une liaison mécanique.
La règle à calcul a été inventée vers 1620-1630, peu après l'invention du concept du logarithme. C'est un calculateur analogique manuel pour faire des multiplications et des divisions. Au fur et à mesure que le développement des règles à calcul progressait, des échelles ajoutées fournissaient des inverses, des carrés et des racines carrées, des cubes et des racines cubiques, ainsi que des fonctions transcendantales comme les logarithmes et les exponentielles, la trigonométrie circulaire et hyperbolique et d'autres fonctions.
L'aviation est l'un des rares domaines où les règles à calcul sont encore largement utilisées, en particulier pour résoudre les problèmes de temps et de distance dans les avions légers.
En 1831–1835, le mathématicien et ingénieur Giovanni Plana a conçu une machine à calendrier perpétuel, qui, grâce à un système de poulies et de cylindres, pouvait prédire le calendrier perpétuel pour chaque année de AD 0 (c'est-à-dire 1 BC) à AD 4000, en gardant une trace des années bissextiles et de la durée variable du jour..
Ère moderne vignette|Troisième machine à prédire les marées, Lord Kelvin, 1879-81.
Les calculateurs analogiques modernes ont été développés à partir des travaux d'un physicien britannique, Lord Kelvin, qui a notamment inventé un marégraphe mécaniqueCet analyseur harmonique de Kelvin, ainsi que d'autres calculateurs mécaniques, sont décrits dans . dans les années 1870.
D'autres systèmes furent mis au point entre les deux guerres mondiales : calculateurs de tir pour l'artillerie, analyseurs harmoniques pour l'ingénierie, cuves rhéographiques pour la mécanique des fluides, régulateurs industriels.
À partir des années 1940 ont été développés et industrialisés de nombreux calculateurs analogiques électroniques.
Plus tard des calculateurs à bain d'huile ont été inventés, la grandeur d'entrée étant le courant et la grandeur calculée étant la température (ces calculateurs ont permis de définir les commandes de vol du Concorde par exemple). Des systèmes de régulation périphériques compensaient les pertes thermiques.
Par exemple, en substituant la variable vitesse V à la variable courant I et en substituant la variable distance D à la variable température T, nous pouvons « calculer » la distance en mesurant la température T d'un bain d'huile chauffé par un courant I (proportionnel à la vitesse).
Analogique électronique vignette|Calculateur analogique P2 de la série OME, fabriqué par la SEA en 1952 vignette|Calculateur analogique électronique des Ets Boeing (1953), exposé au Musée d'Histoire et de l'Industrie de Seattle. Les calculateurs analogiques électroniques « universels » se sont développés au cours des années 1950, essentiellement grâce à la mise au point de l'amplificateur opérationnel (amplificateur dit « à courant continu », car sa bande passante n'a pas de limite inférieure). Une tentative antérieure pour éviter la difficulté de réalisation de tels amplificateurs a été d'utiliser l'amplitude d'un signal porteur « haute fréquence » comme support d'information : les calculateurs Analac du groupe CSF furent notamment utilisés comme calculateurs de tir de canons antiaériens. En France également, le calculateur Djinn type 20 AS (fabriqué par le laboratoire Derveaux) comportait une vingtaine d'amplificateurs opérationnels. Il permettait de résoudre un système de quelques équations différentiellesCf. .. Le principal constructeur français était la SEA qui développa le OME P2 sensiblement équivalent et d'autres modèles, de 1950 à 1966.
Parmi les concurrents étrangers fabriquant des calculateurs analogiques industriellement utiles, on peut citer l'Allemande Telefunken et surtout l'Américain « Electronics Associates Inc. » avec le 231R à tubes électroniquesCf. . dont la précision atteignait 10-4 et permettait de résoudre un problème d'une trentaine d'équations différentielles. Il disposait d'un panneau d'interconnexion amovible permettant de passer (presque) rapidement d'un problème à un autre. En 1965, le même constructeur sortait le calculateur 8800 qui, outre sa capacité plus que doublée en nombre d'opérateurs et le remplacement des tubes électroniques par des transistors, permettait d'effectuer les calculs beaucoup plus rapidement, et surtout, avait la possibilité d'être couplé avec un calculateur numérique, créant ainsi un calculateur hybrideCf. ..
Deux options étaient proposées par ce constructeur : un calculateur « » de puissance limitée dont le seul rôle était d'automatiser le calculateur analogique (réglage des coefficients, vérification des interconnexions entre opérateurs), ou bien un calculateur « temps réel » « » très rapide de sa propre fabrication prenant part aux calculs et échangeant des données en temps réel via des convertisseurs analogues-digitaux et digitaux-analogiques (calculateur numérique EAI 8400, l'ensemble hybride prenant la référence EAI 8900). Les ultimes perfectionnements des années 1970 ont consisté à remplacer les derniers composants électro-mécaniques par des composants électroniques (chopper des amplificateurs opérationnels, réglage des coefficients).
À partir de 1980, le développement fulgurant des calculateurs numériques, et en particulier de leur vitesse de calcul, leur a permis d'effectuer des calculs en temps réel, ce qui n'était accessible auparavant qu'aux calculateurs analogiques, et de traiter des problèmes de plus en plus complexes, les calculs étant effectués séquentiellement, alors qu'un calculateur analogique effectuant toutes les opérations en parallèle était limité par la complexité des problèmes à traiter. À partir de cette époque, l'intérêt des grands calculateurs analogiques a disparu, et progressivement, le calcul analogique et hybride n'a subsisté que dans des circuits électroniques dédiés à des applications particulières : régulations, asservissements, ou en tant que liaisons facilement reconfigurables entre des équipements physiques et les processeurs numériques. Ce déclin a été accéléré par le développement des logiciels permettant de modéliser facilement les systèmes physiques tel que Matlab et dont un des ancêtres était le CSMP (Continuous System Modelling Program introduit par IBM), permettant de résoudre facilement un système d'équations différentielles.
Du calculateur analogique à l'ordinateur analogique ? Les termes calculateur analogique et ordinateur analogique sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais désignent des réalités légèrement différentes selon le contexte historique et technique.
Par rapport au calculateur analogique conçu pour résoudre des équations mathématiques (souvent différentielles) en utilisant des variables physiques continues (tensions, courants, mouvements mécaniques) et fonctionnant sur la base d'une analogie entre un système réel et un système modélisé ; qui est toujours un outil spécialisé, dédié à une tâche précise (telle qu'une simulation de vol, une analyse différentielle...), l' ordinateur analogique en est une forme plus évoluée et/ou plus généraliste, et souvent hybride (analogique/numérique), capable d'interagir avec d'autres systèmes ou d'être intégré dans des environnements complexes, mais limité en précision et en évolutivité ; il peut par exemple intégrer des fonctions supplémentaires comme : des interfaces homme-machine (afficheur, clavier, traçage graphique) ; des mécanismes de contrôle automatique (boucles de rétroaction, séquenceurs) ; une programmation par câblage ou modules reconfigurables. Ces deux types de machines (calculateur et ordinateur analogique) sont depuis des décennies largement supplantés par les ordinateurs numériques, mais ils restent étudiés et utilisés pour certaines applications où le calcul parallèle et la rapidité sont essentiels (ex. : simulation analogique en physique, robotique extrême, environnements hostiles).