Berlin-Kreuzberg, milieu des années 1930. Un jeune ingénieur en bâtiment annonce à ses parents, selon la radio suisse SRF : « Ich brauche das Wohnzimmer », « j'ai besoin du salon » (traduction). Konrad Zuse y assemble à coups de scie la Z1, calculateur programmable, binaire et entièrement mécanique. Le 12 mai 1941, dans son atelier voisin, il présente la Z3, machine à relais automatique et programmable. Est-ce le premier ordinateur ? Cela dépend de la définition, et l'histoire ne se joue pas seulement dans l'atelier : elle se joue aussi dans l'Allemagne nazie.
Cinquième épisode de « Les ancêtres de l'ordinateur ». Le précédent racontait Charles Babbage et Ada Lovelace, dont Zuse ne découvrira les travaux que plus tard.
En résumé
- Z1 (1936-1938) : binaire, virgule flottante, film 35 mm, tout en tôles. Elle se bloquait sans cesse.
- Z3 (1941) : environ 2 000 relais, 64 mots de mémoire, pas de saut conditionnel. Détruite en décembre 1943.
- Z4 (1942-1945) : seule rescapée, évacuée vers l'Allgäu, louée à l'ETH de Zurich, visible à Munich.
- Le régime : jamais membre du parti nazi, Zuse a été financé par l'aviation du Reich, et ses S1 et S2 ont servi à produire des bombes guidées.
- « Premier ordinateur » ? Oui pour une machine automatique, programmable et binaire qui fonctionne. Non si l'on exige l'électronique ou un programme en mémoire.
Pourquoi un ingénieur de 25 ans occupe-t-il le salon de ses parents ?
Né à Berlin le 22 juin 1910, fils d'un employé des postes, Zuse entre en juillet 1935 comme calculateur de structures aux usines d'aviation Henschel de Schönefeld. Ses longues chaînes de calcul suivent toujours le même schéma : une machine pourrait les dérouler seule. En mai 1936, il démissionne pour devenir inventeur indépendant. En juin 1937, il note dans son journal, cité par l'Office allemand des brevets : « Depuis environ un an, je m'occupe de l'idée du cerveau mécanique » (traduction).
L'argent vient de ses parents, de sa sœur, de camarades d'études et de Kurt Pannke, fabricant berlinois de calculateurs d'artillerie.
La Z1, un calculateur en tôle découpée
Babbage et Hollerith comptaient en décimal avec des roues (voir aussi l'épisode sur la Pascaline). Zuse fait un autre choix : deux positions seulement. Une petite plaque de tôle avance ou n'avance pas, et cela fait un 1 ou un 0. Raúl Rojas, de la Freie Universität Berlin, a reconstitué cette logique à partir de plus de 1 100 plans. Son élément de base, que Zuse appelait « relais mécanique », tient en trois plaques et une tige.
En empilant ces portes sur 12 couches pour le processeur et 8 pour la mémoire, Zuse obtient une machine d'environ 30 000 pièces métalliques. La Berliner Zeitung rappelle que des amis les découpaient à la scie à chantourner électrique. Rojas donne 16 mots de 24 bits sur l'originale (64 sur la réplique), huit instructions et une horloge visée à 4 cycles par seconde. La réplique n'a jamais dépassé 1 cycle par seconde, soit une vingtaine de secondes par multiplication. Le moteur venait d'un aspirateur, selon le Konrad Zuse Internet Archive.
Le programme arrive sur de la pellicule de cinéma 35 mm récupérée, perforée sur huit positions. L'idée rappelle les cartes du métier Jacquard, sous la forme d'une bande continue.
La Z1 a-t-elle marché ? Elle calculait juste quand elle ne se coinçait pas, ce qui arrivait sans cesse, et la Deutsche Biographie va jusqu'à la dire « non fonctionnelle » (traduction). Quant aux noms, Zuse parlait de V1, V2, V3 et V4, pour Versuchsmodell (modèle d'essai). Il a remplacé le V par un Z après la guerre, « pour des raisons évidentes », écrit Rojas (traduction) : le V1 et le V2 étaient devenus les armes que l'on sait.
Des tôles aux relais : Schreyer, la Z2, puis la Z3
Son ami Helmut Schreyer, ingénieur électricien, lui conseille d'abandonner la mécanique et pense même aux tubes électroniques, dit la notice de l'IEEE Computer Society. Selon le récit de Zuse, repris par Wikipédia, un projet à tubes présenté au haut commandement en 1940 aurait été écarté parce qu'il demandait deux ou trois ans ; nous n'avons pas pu remonter à un document d'époque. Détail que les biographies anciennes taisaient : Schreyer était membre du parti nazi depuis 1933, rappellent la Berliner Zeitung et l'historien Jakob Tanner.
Le compromis s'appelle la Z2 : un calcul à relais téléphoniques (environ 200 d'après Ralf Bülow) greffés sur la mémoire mécanique de la Z1. Peu fiable, elle intéresse pourtant Alfred Teichmann, de l'institut de recherche aéronautique DVL, que préoccupe le flottement des ailes. Le DVL finance en partie la suite.
Ce sera la Z3, montée au 7 de la Methfesselstraße et présentée le 12 mai 1941 à un petit cercle de spécialistes. Elle compte environ 2 000 relais d'après l'Office des brevets et Bülow (d'autres sources disent 2 200 ou 2 600) et, comme la Z1, lit son programme sur film. Elle n'a pas de saut : le film se déroule, point. Elle n'a servi qu'à des calculs d'essai, que l'historien Hans Dieter Hellige juge « insignifiants au total » (traduction). La Deutsche Biographie place la démonstration fin 1941, seule voix discordante face à la date de mai.
Comment la Z3 additionne-t-elle en virgule flottante ?
Les autres machines de l'époque travaillaient le plus souvent en virgule fixe. Zuse choisit une notation qu'il appelle « semi-logarithmique » : la nôtre, la virgule flottante. Un mot de 22 bits contient 1 bit de signe, 7 bits d'exposant et 14 bits de mantisse. Comme le premier chiffre vaut toujours 1 une fois le nombre normalisé, on ne le stocke pas. Donald Knuth, rapporte Rojas, attribue à Zuse l'invention des flottants normalisés.
Suivons une addition, 6,5 + 3,75. Le résultat doit tomber sur 10,25.
- Écrire en binaire. 6,5 vaut 1,1010 × 2². 3,75 vaut 1,1110 × 2¹.
- Aligner. Les exposants diffèrent de 1 : on décale d'un rang à droite la mantisse du plus petit nombre, soit 0,1111 × 2².
- Additionner. 1,1010 + 0,1111 = 10,1001, toujours avec l'exposant 2.
- Normaliser. Deux chiffres avant la virgule, c'est un de trop : 1,01001 × 2³. La mémoire reçoit 0 | 0000011 | 01001000000000.
Vérification : 1,01001 en binaire vaut 1,28125, et 1,28125 × 8 donne bien 10,25. Zuse annonçait 3 secondes pour une multiplication, qui prend 16 cycles. Rojas en déduit une horloge d'environ 5,33 cycles par seconde, donc à peu près 0,56 seconde pour une addition en 3 cycles.
La précision est modeste, environ 4,5 chiffres décimaux. Le nombre 0,1, qui n'a pas d'écriture finie en binaire, y devient 0,0999985. Les résultats bizarres d'un tableur ont la même origine, avec bien plus de chiffres. La Z3 traitait aussi zéro et l'infini à part, et une opération interdite déclenchait une exception.
Zuse a-t-il travaillé pour le régime nazi ?
Oui, et l'image du bricoleur isolé dans son salon ne tient que pour les débuts. Le Deutsches Museum, qui garde ses archives, note que cette période a longtemps été vue à travers l'autobiographie de Zuse et qu'il faut la réexaminer.
Ce qui est établi. Zuse n'a jamais été membre du parti nazi. Mobilisé en 1939, il est dispensé en mars 1940 pour redevenir calculateur de structures chez Henschel, où il dirige jusqu'à la fin de 1944 le groupe de calcul de la « section F », secrète, qui développe des bombes planantes téléguidées. Il construit pour elle les calculateurs spécialisés S1 et S2, qui servent à contrôler les ailes des Hs 293 et Hs 294 en production. La Hs 293 frappe des navires en Méditerranée à partir de l'été 1943. Selon la notice de la ville de Wiesbaden, ses recherches reçoivent 250 000 à 300 000 Reichsmarks, et sa firme devient entreprise d'économie de guerre en novembre 1944. Les usines Henschel de Schönefeld employaient massivement des travailleurs forcés ; aucune source consultée ne documente de lien direct entre ces camps et la petite entreprise de Zuse.
Les notes personnelles. Une note de 1942, citée par la Berliner Zeitung, envisage le calcul des parentés pour la « recherche raciale systématique, généalogique » (traduction). Hellige y voit des projections sur le papier : ses « espaces calculants » deviennent des réseaux de contrôle du système nazi « en idée, non en réalité » (traduction), et Zuse ne fait rien pour les réaliser. Les sources divergent sur leur portée. Hellige, en 2015, ne trouve dans ses archives aucune déclaration favorable à Hitler, aucune thèse antisémite ni raciale, tout en relevant ses stéréotypes sur le « capital financier juif » du temps de ses études et son vocabulaire social-darwiniste. La notice de Wiesbaden est plus sévère : elle retient une note sur l'usage de ses machines pour l'eugénisme et la théorie raciale, et une lettre de novembre 1945 aux propos racistes, où il raconte avoir exhorté ses employés à résister aux Américains.
Mittelbau-Dora. Début avril 1945, l'ordre tombe de transférer la Z4 au Mittelwerk, l'usine souterraine du complexe concentrationnaire de Mittelbau-Dora. Zuse s'y soustrait, d'après la Deutsche Biographie, en se joignant à l'évacuation des spécialistes des fusées vers les Alpes. Tanner, lui, écrit que la machine a été installée dans cette usine et que Zuse a voulu en repartir vite. La rencontre avec Wernher von Braun à Hinterstein, souvent racontée, reste non établie.
Le jugement. Dans ses mémoires, Zuse écrit qu'il n'avait pas été « nazi », mais qu'il « ne voyait pas sa tâche » dans le sabotage de la construction de missiles antiaériens, face aux bombardements (traduction, propos rapportés par Tanner). Hellige conclut qu'il a « bien plus profité du système nazi qu'il ne l'a servi », seuls ses calculs de structures et ses S1 et S2 ayant compté pour la guerre, mais qu'il est devenu, ou a failli devenir, « un instrument consentant de l'État nazi » par étroitesse technocratique (traduction). Selon Wiesbaden, il n'a fait l'objet d'aucune procédure de dénazification. La ville de Wiesbaden a décidé en mars 2026 d'accompagner d'une explication sa rue Konrad-Zuse, et le Deutsches Museum a annoncé une monographie dont nous n'avons pas trouvé trace de parution à ce jour.
La Z4, de Berlin à Zurich
La Z3 disparaît sous les bombes en décembre 1943 (l'Office des brevets écrit 1944, mais le Deutsches Museum et Rojas donnent décembre 1943). La Z1 et la Z2 sont perdues dans la même période. Il reste la Z4, plus ambitieuse : 32 bits, une mémoire mécanique de 64 mots, une conception proche de la Z3.
Évacuée de Berlin en février 1945 sur ordre du ministère de l'Air, elle est présentée pour la première fois en mars à Göttingen. Elle arrive en avril, hors d'état de fonctionner, à Hinterstein, village de l'Allgäu. Zuse y survit en vendant ses gravures sur bois, puis l'installe à Hopferau en 1946. C'est là, dans la cave du dépôt de farine d'une boulangerie, que le mathématicien Eduard Stiefel, de l'ETH de Zurich, vient la voir le 13 juillet 1949.
L'école manque de puissance de calcul et la Z4 ne coûte pas cher. Zurich paie 50 000 francs suisses sa remise en état, et le catalogue du Deutsches Museum chiffre la location à 30 000 francs pour cinq ans. La machine y gagne de quoi sauter des instructions : un branchement conditionnel pour Bruderer, une extension non réalisée pour le Deutsches Museum. À l'été 1950, la machine arrive à Zurich, qui devient la première université du continent européen dotée d'un calculateur en service. Elle y calcule des trajectoires de fusées, des ailes d'avion, du flottement et le barrage de la Grande Dixence : 55 travaux d'après une liste des archives, une centaine d'après d'autres notes. Puis elle passe au laboratoire franco-allemand de Saint-Louis, près de Bâle, avant de rejoindre Munich en 1960.
Le 20 octobre 1949, le président du Conseil des écoles suisses demande aux gardes-frontière de ne pas refouler Zuse, sa famille et ses deux associés s'ils se présentent un jour, face à un danger « pour leur corps et leur vie » (traduction). Que craignait-il ? Les historiens interrogés par Bruderer avancent son passé de guerre, les Soviétiques et IBM. Son fils Horst ne croit pas à une menace réelle.
Le Plankalkül, un langage sans machine
Immobilisé à Hinterstein, Zuse reprend ses notes de 1943 et rédige en 1945 un manuscrit sur le Plankalkül, le « calcul de plans ». On y trouve des données composées et des exemples non numériques, dont les échecs. Une partie seulement paraît en 1948-1949, et Friedrich Bauer et Hans Wössner ne le font connaître largement qu'en 1972. Heinz Rutishauser, ancien de l'équipe de la Z4, y voyait « la toute première tentative de concevoir un langage algorithmique » (traduction). Nuance : la Deutsche Biographie le juge loin d'une mise en application, et le chercheur japonais Toma Kawanishi souligne que ses machines d'avant 1945 ne pouvaient presque pas exécuter de tels programmes, faute de saut conditionnel.
La Z3 était-elle vraiment le premier ordinateur ?
Le débat dure depuis des décennies. Rojas y a apporté en 1998, dans les IEEE Annals, une pièce étonnante : sans saut conditionnel, la Z3 est universelle en théorie. Il en donne le principe dans un article de 2000. On colle les deux bouts du film pour faire une boucle. On découpe le programme en sections numérotées, et chaque section commence par le calcul d'une variable t, qui vaut 0 si c'est bien son tour et 1 sinon. Toute affectation s'écrit alors a := a·t + (1 − t)·(b op c). Si t vaut 1, a ne bouge pas : la machine a travaillé dans le vide. Pour s'arrêter, on provoque une exception en calculant 0/t.
La démonstration est juste, et ses limites sont sévères. Toutes les sections passent à chaque tour, la mémoire reste de 64 mots et la bande grandit démesurément. Et ce n'est pas ainsi que la Z3 était réellement programmée. Rojas tranche lui-même : abstraitement équivalente aux machines actuelles, mais pas dans la pratique. Il préfère parler « des premiers ordinateurs », au pluriel (traduction).
| Critère | Machine souvent citée | Réserve |
|---|---|---|
| Automatique, programmable, binaire et en état de marche | Z3 (1941) | Pas de saut conditionnel ; relais et non électronique |
| Électronique et à usage général | ENIAC (1945) | Programmé par câblage à l'origine ; sujet du prochain épisode |
| Programme enregistré en mémoire | Manchester Baby (1948) | Prototype. C'est la première machine conforme à la définition de Rojas (1997) |
Le brevet perdu et la réplique de Munich
Le 16 juin 1941, Zuse dépose le principe de la Z3 sous le titre « dispositif de calcul ». En 1950, il relance sa demande (dossier Z 391). Le texte est publié en 1952, mais d'autres industriels s'y opposent, IBM en tête. La même IBM dont une option sur ses brevets avait fait vivre son bureau d'études. En 1967, la Cour fédérale des brevets rejette toutes ses revendications. Les motifs rapportés : absence d'activité inventive et de nouveauté.
C'est dans ce contexte qu'il faut regarder la Z3 de Munich. D'après Rojas, Zuse a fait construire cette réplique par sa propre société pour étayer sa demande de brevet et sa priorité historique. On la date souvent de 1961, mais Rojas écrit qu'elle a été achevée en 1962, exposée au salon Interdata à Munich cette année-là, puis installée au Deutsches Museum en mai 1968. Ce n'est pas une copie fidèle : relais plus récents, une armoire de mémoire au lieu de deux, le tout d'après des schémas, quelques photos et ses souvenirs.
D'autres Z3 ont suivi. Son fils aîné Horst Zuse, informaticien, a trouvé le financement de la reconstruction menée par Rojas en 2001, puis lancé en 2008 sa Z3r : environ 2 500 relais industriels, à une taille proche de l'originale.
Konrad Zuse a aussi recommencé la Z1. Dessinée à partir de 1984, construite chez lui à Hünfeld avec deux étudiants et livrée à Berlin en 1989, elle tombe en panne à l'inauguration, raconte Rojas, puis ne repart plus après sa mort en 1995 : les tôles se déforment. Le musée de l'informatique de Stuttgart participe depuis 2022 à sa remise en état.
Il avait d'autres vies. Le logicien Erwin Engeler, en visite en 1980, découvre sa collection d'éléphants, admirés pour leur mémoire, et un grenier encombré par un ordinateur mécanique autoreproducteur en projet. Il peignait sous le nom de Kuno See. Et, selon la SRF, il n'a jamais possédé de PC.
Que reste-t-il de la Z3 dans votre PC ?
Beaucoup d'idées, aucune pièce. Votre ordinateur sépare toujours le processeur de la mémoire. Il compte toujours en binaire. Son processeur découpe encore les instructions en micro-étapes. Et ses flottants, fixés par la norme IEEE 754, suivent le schéma de la Z3 : signe, exposant, mantisse au premier 1 implicite, infini à part, sur 64 bits au lieu de 22.
Le reste a changé d'échelle. Les 64 mots de 22 bits de la Z3 font 176 octets, à peine plus qu'un SMS (140 octets) ; comparez avec une barrette de RAM actuelle. À 3 GHz, un processeur bat environ 560 millions de fois plus de cycles par seconde. Surtout, le programme est désormais en mémoire avec les données, et il peut sauter où il veut, ce que Zuse n'a jamais offert avant 1945. L'industrie du PC, elle, est née par d'autres chemins.
À l'atelier, nous connaissons la mécanique qui coince : il a fallu dégripper de vieux lecteurs de disquettes, témoins plus récents que garde le musée RACK. Prochain épisode : l'ENIAC et ses six programmeuses.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| 1936-1938 | Z1 (V1), mécanique, chez ses parents |
| 1939-1940 | Z2, relais et mémoire mécanique ; retour chez Henschel en mars 1940 |
| 12 mai 1941 | Présentation de la Z3 ; dépôt de brevet le 16 juin |
| Décembre 1943 | Destruction de la Z3 |
| Février-avril 1945 | La Z4 de Berlin à Göttingen, puis à Hinterstein |
| 1950-1955 | Z4 louée à l'ETH de Zurich |
| 1962 | Réplique de la Z3 présentée à Munich (souvent datée 1961) |
| 1967 | Rejet définitif de la demande de brevet Z 391 |
| 18 décembre 1995 | Mort à Hünfeld |
Ressources : où voir, manipuler et lire
Musées à visiter
- Deutsches Technikmuseum, Berlin : la réplique de la Z1 et la Z3r de Horst Zuse.
- Deutsches Museum, Munich : la Z4 originale et la réplique de la Z3.
- Konrad-Zuse-Museum, Hünfeld : la reconstruction de 2001, signalée par Rojas, et une vaste collection d'appareils.
- Enter Technikwelt Solothurn, à Derendingen (Suisse) : la Z3 de Christof Traber, en démonstration régulière.
Simulateurs, vidéos et archives
- Architecture et simulation de la Z1 : plans numérisés, additionneur animé dans le navigateur et sa vidéo.
- Simulateur de l'unité de calcul et Z1 Simulator, signalés par ce site.
- Konrad Zuse Internet Archive : carnets, photos et simulations de la Z3.
- Vidéos : un film d'époque où Zuse montre ses machines, sur la page du Deutsches Museum, et la restauration de la Z1, sur celle du musée de Stuttgart.
Livres et textes d'origine
- Konrad Zuse, Der Computer, mein Lebenswerk : son autobiographie, à lire avec les réserves ci-dessus.
- Raúl Rojas, Konrad Zuse's Early Computers (Springer, 2023), qui reprend l'article de 1998.
- L'article d'Engadget sur le mode d'emploi de la Z4, retrouvé en 2020 dans les papiers d'un ancien de l'ETH.
Sources principales : R. Rojas, IEEE Annals of the History of Computing, 1997 et 1998 (ce dernier connu par son résumé et par Dr. Dobb's, 2000), arXiv 1406.1886 et 2607.13089 ; H. D. Hellige, 2015 ; Deutsche Biographie ; Deutsches Museum, objet 74692 ; DPMA ; ville de Wiesbaden ; Berliner Zeitung ; H. Bruderer, archives de l'ETH et IEEE Annals, 2017 ; F. L. Bauer et H. Wössner, CACM, 1972 ; T. Kawanishi, Kyoto, 2016 ; SRF.
Crédits : couverture : réplique de la Z1, Deutsches Technikmuseum, photo Morn, CC BY-SA 3.0, recadrée. Schémas : RACK.