Clavier d'ordinateur

Ancien clavier japonais.

Clavier solidaire de l'Amiga 600.

Clavier d'ordinateur pour la langue croate.

Clavier ajustable Apple de type M1242 : 69 touches sur le clavier principal et 43 sur le pavé numérique séparé.

Clavier pliable.

Au début des années 1960, les premiers claviers informatiques apparaissent, en même temps que les premiers systèmes d'exploitation utilisés en ligne de commande. Pour ne pas dérouter les utilisateurs, ces claviers se sont inspirés de ceux des téléscripteurs et des machines à écrire, qui se répartissaient en quatre classes :

1. Terminaux à boules (la frappe au clavier fait tourner une boule portant les différents caractères qui s'impriment), avec ou sans mise en tampon d'une ligne de texte avant envoi (exemple : IBM 2741 (en)) ;
2. Appareils de type télétype, avec ou sans lecteur-perforateur de ruban (exemple : ASR33, KSR33 (en)), très robustes, mais beaucoup plus bruyants, et lents (typiquement, 500 ms entre la frappe d'une touche et l'impression du caractère en mode local, parfois le triple en mode échoplex) ;
3. Écrans associés à un tampon mémoire ;
4. Claviers (couplés à des écrans « plein écran » ; full-screen), dont certaines touches ou combinaisons de touches sont programmables (exemple : série IBM 327x).

Vers la fin des années 1970, les claviers sont déclinés en fonction des pays, par les grands constructeurs ou des entreprises locales (il n'en coûtait que le gravage d'une ROM et la sérigraphie de quelques touches).

À la fin des années 1970 et au début des années 1980, le clavier est intégré au boîtier de l'ordinateur personnel qui contient l'unité centrale, chaque fabricant élaborant sa propre disposition des touches.

En 1981, l'IBM PC d'IBM reprend le clavier préexistant de 83 touches, le Modèle F d'excellente qualité mécanique, mais dont la disposition des touches s'avère peu pratique[2]. Trois ans plus tard, pour le PC/AT, lui succède le Modèle F à 84 touches avec une disposition plus proche du standard actuel. Le clavier modèle M (commercialisé sous le nom d'« Enhanced Keyboard », « clavier amélioré » en français) à 101-106 touches suivra en 1985-1986[3].

IBM Model F XT (83 touches).

IBM Model M (101 touches).

La configuration de la plupart des claviers informatiques et bureautiques européens 105 touches est régie par la norme ISO 9995. Cette norme est initiée en 1984 par l'Association française de normalisation (AFNOR) sous la direction de Bernard Vaucelle, à la demande d'Alain Souloumiac[4]. La démarche est menée à son terme au sein de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) sous la direction d'Yves Neuville[5] qui propose une répartition des touches, comprenant le bloc alphabétique et des zones de blocs logiques : diacritique, lettres accentuées, ponctuation, numérique, arithmétique et informatique.

L'étude menée grâce au financement du ministère de l'Industrie français et l'Agence nationale d'amélioration des conditions de travail a permis une amélioration sensible des claviers bureautiques et informatiques. Les préconisations du rapport d'Yves Neuville[5] sont adoptées lors d'une réunion de l'ISO à Berlin et sont immédiatement reprises par tous les constructeurs de compatibles PC.

Aujourd'hui, de nombreux autres types de claviers existent :

• claviers téléphoniques ;
• claviers tactiles ;
• pavés numériques optimisés pour la saisie des nombres ;
• claviers en forme de manette de jeu[6] ;
• etc.

L'industrie utilise des modèles très variés sur les machines-outils assistées par ordinateur : ce sont généralement de grands pavés de touches disposées en matrice et programmées pour des tâches spécifiques.

Membrane d'un clavier moderne, avec une touche et son plot de contact en plastique déformable servant aussi de ressort de rappel (en vert).

D'une façon simplifiée, l'appui sur une touche émet un code (appelé scan code) qui est récupéré par l'ordinateur ; le système d'exploitation associe ce code à un caractère, qui est par exemple affiché à l'écran si l'utilisateur utilise un traitement de texte. Un code peut aussi être associé à une action, par exemple l’augmentation ou la diminution du volume sonore. La gestion logicielle du clavier et de ses touches est spécifique à chaque système d’exploitation.

La partie électronique des claviers comprend en général un microcontrôleur, qui envoie les scan codes, qui filtre les éventuels rebonds (en), et qui contrôle l'allumage ou l'extinction des voyants du clavier.

Sinclair 48K ZX Spectrum, clavier chiclet aux touches caoutchouc.

IBM : clavier modèle M.

Clavier projeté.

La typologie des claviers correspond à diverses caractéristiques portant sur la technologie de détection de la frappe, la disposition des touches, leur géométrie, les caractéristiques visuelles et tactiles…

• Technologies de frappe. La détection de l'appui sur une touche peut être :
  • à membrane : un clavier à membrane, ou clavier souple, est constitué de multiples couches de polyester imprimées, qui constituent le décor et les différents circuits : l'appui sur une touche va déformer une première membrane qui va entrer en contact avec une membrane située en dessous ; la connexion électrique permet, finalement, d'obtenir le code désiré ;
  • à interrupteur mécanique : la première technologie de clavier mécanique est connue sous le nom buckling spring : l’appui d’une touche comprime un ressort jusqu'à un point critique où celui-ci sort brutalement de son axe ; ce comportement, où le ressort plie au lieu de continuer à se comprimer, est appelé « flambage » (anglais : buckling) et n'a rien d'aléatoire[7] ; un interrupteur est actionné après dégagement latéral du ressort, ce qui permet d'envoyer un signal électrique et, finalement, de produire le code désiré. IBM a popularisé cette technologie dans les années 1980 avec ses modèles F puis avec ses modèles M[8].
    • à course « linéaire » quand une touche semble ne rencontrer aucun obstacle lors de la frappe ;
    • à course « sensitive » quand une légère halte et un clic audible marquent la transition entre l'appui qui ne fait rien et l'appui qui provoque l'activation.
  • optique : l’absence de pièces mécaniques assure à ce type de dispositifs une meilleure longévité, ainsi qu’une réduction de certains bruits électromagnétiques permettant de « lire » les touches utilisées à distance, surtout si couplé à une transmission optique ;
  • logicielle : avec un clavier virtuel, les touches sont déclenchées indirectement par un dispositif de pointage (tel une souris ou un écran tactile), via le système d’exploitation.

La plupart des claviers ne gèrent pas correctement la pression simultanée de certaines combinaisons de touches, par exemple trois touches alphabétiques. Dans ce cas, des touches pressées peuvent être ignorées, ou des touches peuvent être à tort considérées comme pressées. Ce phénomène de touches fantômes (en) est causé par un circuit électronique en grille. Il s’agit d’un problème bénin pour un usage bureautique — où l’usager presse rarement deux touches à la fois, hormis pour des raccourcis avec touches modificatrices — mais significatif pour certains jeux vidéo, où effectuer trois voire quatre actions simultanées n’est pas rare. Certains claviers dits anti-ghosting ou NKRO (pour l’anglais n-key rollover) proposent de résoudre ce problème en détectant individuellement chaque touche. Ces claviers sont typiquement plus chers, leur câblage étant plus complexe.

• Forme et agencement du clavier. Diverses altérations de l’agencement spatial des touches, ou de la disposition des caractères sur ces touches, peuvent améliorer considérablement l’ergonomie du clavier (voir les sections « #Disposition des touches » et « #Ergonomie et accessibilité ») :
  • clavier chiclet : les touches sont espacées les unes des autres pour éviter des frappes multiples ;
  • clavier matriciel : les touches sont disposées en grille plutôt qu’en quinconce[9] ;
  • clavier scindé : les touches sont réparties en deux blocs (un pour chaque main), qui sont soit fixés sur le même support mais orientés différemment (formant un V), soit sur des supports indépendants ; au sein d’un bloc, les touches peuvent être disposées en éventail ;
  • clavier muni d’un coussinet repose-poignets ;
  • disposition ergonomique des caractères : la répartition des caractères sur le clavier est optimisée pour la saisie d’une langue donnée (dispositions Dvorak pour l’anglais, BÉPO pour le français…) ;
  • disposition accessible.

Les dimensions horizontale (distance entre le bord gauche de la touche Q et le bord droit de la touche M sur un clavier AZERTY) et verticale (distance entre le haut de la rangée numérique et le bas de la dernière rangée alphabétique) du clavier sont également des mesures importantes, bien que rarement indiquées. Quand on est amené à travailler sur plusieurs machines, si les claviers de celles-ci ne sont pas de dimensions similaires, les fautes de frappe se multiplient.

• Forme et matière des touches. Les touches peuvent revêtir différentes formes :
  • touches souples ou gommées ;
  • touches dures ;
  • touches plates, sphériques, ovoïdes…

La pression sur une touche s'exprime en centinewton (cN) ; un centinewton équivalant environ au poids d’un objet ayant une masse d’un gramme, la pression nécessaire pour enfoncer une touche est aussi notée en grammes.

• Aide visuelle. Un clavier peut signaler à son utilisateur la fonction de chaque touche par divers moyens :
  • caractères sérigraphiés ou gravés sur les touches ;
  • rétro-éclairage du clavier améliorant l'utilisation en environnements sombres ;
  • touches pouvant s'allumer de plusieurs couleurs en fonction de leur état ou de leur utilité courante (par exemple lors d’un jeu vidéo) ;
  • touches disposant d’un affichage LCD pour expliciter leur fonction courante ;
  • LED d'activation reflétant l'état actuel du clavier (verrouillage des majuscules, du pavé numérique, langue en cours d’utilisation…).

• Touches de fonction. La plupart des claviers d’ordinateurs actuels présentent des touches de « fonction » associées à des actions plutôt qu’à des caractères, qui améliorent l'ergonomie (réduction de la nécessité de basculer du clavier vers un autre mode d'interaction) :
  • touches « multimédia » permettant de contrôler le son, les pistes sonores ou vidéo ;
  • touches « bureautique » permettant de lancer diverses applications usuelles ;
  • touches spécifiques (défilement, zoom…) ;
  • touche « souris » permettant de déplacer le curseur sans repasser par la souris.

• Connectique. La connectique est aussi un élément caractéristique des claviers, puisque ceux-ci doivent communiquer avec le système qui les utilise (voir la section « #Connectique »).

Connecteur DIN.

Connecteur USB.

Convertisseurs USB → PS/2 pour clavier et souris.

Les claviers d'ordinateurs peuvent soit être intégrés à l'ordinateur, soit utiliser différents types de connectique pour être raccordés à la machine :

• ADB : pour les ordinateurs Mac, jusqu'à la fin des années 1990 ;
• DIN : 5 broches de raccordement + blindage rond, que l’on pouvait rencontrer sur les claviers des premiers PC (PC/G, PC/XT et PC/AT) et qui a complètement disparu ;
• PS/2 : 6 broches de raccordement + blindage rond ; apparu en 1987, il a remplacé le connecteur DIN dans les années 1990 ; seule la connectivité physique étant modifiée (assurant la compatibilité électrique), des adaptateurs permettaient une interconnexion dans un sens ou dans l’autre ;
• USB : rectangulaire à quatre broches + blindage ; omniprésent sur tous les ordinateurs depuis 1998, il a remplacé le connecteur PS/2 dans les années 2000 et permet d'ailleurs de relier à l'ordinateur la quasi-totalité des périphériques actuels. Étant tributaire du polling du contrôleur USB au lieu de fonctionner par interruptions, il est jugé parfois moins réactif que ses prédécesseurs. Par ailleurs les très anciens BIOS n'intègrent pas en ROM la complexe gestion de l'USB (assurée alors par l'OS) et ces claviers sont donc inaptes à intercepter ces anciens BIOS pour en changer les paramètres. Le problème ne se pose pas avec les UEFI.

En outre, différentes technologies sans fil se développent depuis 2004 : infrarouge IrDA (peu utilisé), Bluetooth, liaison radio propriétaire, USB sans fil… ; ces technologies utilisent un émetteur/récepteur bon marché de très faible portée, qui peut être intégré dans ou connecté à l'ordinateur.

Le choix d'un clavier dépend des priorités de l'utilisateur : prix, esthétique, précision des touches, rapidité de la frappe, liberté de mouvement, faible pollution électromagnétique (qui les interdisent dans certains endroits, comme les avions), accessibilité pour personnes handicapées et ergonomie générale. Les formes et les technologies clavier sont donc très différentes : les claviers à membranes sont peu chers à fabriquer ; les claviers mécaniques sont réputés fiables, résistants et précis[14] ; les claviers sans fil améliorent la liberté de mouvement (mais le recyclage des piles nécessaires à l'alimentation en énergie provoque une pollution supplémentaire), etc.

Position recommandée devant son poste de travail.

Ergonomie

Par contre, l'ergonomie, malgré de multiples travaux, n'a pas beaucoup évolué et les dispositions alternatives restent actuellement peu usitées, malgré la sensibilisation croissante concernant les pathologies pouvant être favorisées par un usage intensif (microtraumatismes, troubles musculosquelettiques, syndrome du canal carpien). Les conseils d'ergonomie générale portent d'abord sur la position au poste de travail :

• la personne assise doit maintenir son dos droit devant l'ordinateur, la tête légèrement penchée vers l'écran (par exemple le haut de celui-ci étant à hauteur de l'œil). On ignore la raison de cette recommandation, personne ne faisant la même dans le cas de la lecture sur papier. Il est admis que le papier puisse se trouver sur le bureau, la lecture se faisant alors vers le bas ;
• les coudes doivent être près du corps et les mains ne pas former d'angle trop marqué avec les bras (d'où les claviers en V) ;
• le milieu de la barre d’espace doit être devant le visage, au milieu, et accessible par les pouces quelles que soient les positions des mains sur le clavier ;
• les huit doigts utilisés doivent se placer, au repos, au centre du clavier, index posés sur les touches repères marquées d'un ergot (pour un clavier azerty : F et J)[15].

Clavier courbé plus ergonomique.

Plusieurs études ont aussi abouti à des propositions différentes des touches, parfois sévèrement critiquées[16] ; pour diminuer la fatigue de la frappe et augmenter sa vitesse, elles prennent en compte la fréquence des lettres dans chaque langue et la physiologie de la main, proposant ainsi les variantes suivantes :

• agencement des touches en trois dimensions (et non dans un plan)[17] ;
• alignement des touches en colonnes, pour supprimer le décalage entre les rangées de touches typique de la majorité des claviers actuels[18], simple reflet de la nécessité du placement des barres sur les anciennes machines mécaniques. Ils sont dits « droits », alors que les touches ne sont alignées qu'en ligne, les lettres restant décalées en verticale) ;
• orientation courbée des touches (en une espèce de V plus ou moins marqué, avec parfois séparation nette entre touches pour la main gauche et pour la main droite), afin de pouvoir orienter les bras de façon plus naturelle et moins collées au corps, comme le Natural Keyboard de Microsoft ;
• changement de la disposition des touches comme avec la disposition Dvorak, la disposition Colemak, et pour le français : Marsan, Dvorak-fr, disposition bépo, etc.

Le caractère « ⌨ » dans le jeu de caractères Unicode symbolise un clavier (U+2328).

Les claviers d'ordinateurs portables sont généralement munis d'un pavé tactile qui sert entre autres à activer le pointeur de la souris.

Les claviers d'ordinateurs sont le réceptacle de nombreux micro-débris (poils, débris de peau, restes de nourriture, etc.).

Des programmes informatiques se montrent capables de deviner si l'utilisateur d'un clavier est masculin ou féminin selon la manière dont les touches N, O et M sont frappées[21].