Gorilla Glass : le héros méconnu du smartphone

J'ai un faible pour les découvertes accidentelles qui, par inadvertance, ont un impact profond sur nos vies. Pensez à la colle qui ne colle pas, développé par des chercheurs de 3M et a conduit à l'omniprésent Post-it Note. Il y a eu la découverte des rayons X par Wilhelm Röntgen, qui a révolutionné la médecine diagnostique. Et il y avait Percy Lebaron Spencer, un physicien de Raytheon aux États-Unis, qui a inventé un nouveau type de four après avoir remarqué que les micro-ondes de son radar faisaient fondre une barre de chocolat dans sa poche.

Des découvertes fortuites comme celles-ci montrent pourquoi la recherche et le développement de produits « ciblés » ne sont pas toujours une bonne idée. La beauté des expériences qui sont spéculatives ou qui tournent mal est qu'elles peuvent mener à des découvertes que vous ne pourriez jamais prédire. Pensez à la chimiste américaine Stephanie Kwolek qui, en 1964 alors qu'elle travaillait pour DuPont, a inventé Kevlar lorsque son groupe cherchait une nouvelle fibre légère mais solide à utiliser pour les pneus.

Mais la découverte accidentelle sur laquelle je veux me concentrer s'est produite à Verrerie Corning dans le nord de l'État de New York. Au début des années 1940, les chercheurs de l'entreprise ont été intrigués par le fait que le verre, qui est un matériau soi-disant transparent, peut s'assombrir et changer de couleur s'il est exposé suffisamment longtemps à la chaleur et à la lumière du soleil. Désireux d'étudier cet effet, Robert Dalton, un chimiste de Corning, a exposé des échantillons de verre rubis cristallin à la lumière ultraviolette, puis les a cuits dans un four. Le résultat : du verre avec plusieurs nuances de couleurs différentes.

Donald Stookey, un autre chercheur chimiste de Corning qui avait rejoint l'entreprise en 1940, a été chargé d'explorer les applications photographiques possibles de ce merveilleux nouveau verre photosensible. Ses travaux ont conduit au développement d'un verre transparent à base d'aluminosilicate qui devenait photosensible s'il contenait des traces d'or, d'argent ou de cuivre. Stookey a découvert qu'il pouvait même graver des motifs 3D dans le verre, qui a été vendu sous le nom de "FotoForm" et utilisé plus tard comme matériau dans les emballages électroniques et pour les masques d'ouverture sur les téléviseurs couleur.

Le grand moment de sérendipité s'est produit un jour de 1953 lorsque Stookey a voulu réaliser une expérience consistant à chauffer un morceau de verre FotoForm à une température de 600 °C. Le four, cependant, avait développé un défaut et Stookey a fini par se tromper en chauffant le verre à 900 °C. Lorsqu'il a essayé de retirer l'échantillon du four chaud, il a glissé de ses pinces et s'est écrasé sur le sol. Mais au lieu de se briser, le verre – à la stupéfaction de Stookey – a rebondi.

Il venait de créer la première «vitrocéramique» - une nouvelle classe de matériaux vitreux contenant de fins cristaux de différentes formes et tailles dispersés partout. Des travaux ultérieurs ont conduit Corning à développer ce matériau dans la gamme de casseroles et de marmites CorningWare, qui connaît un énorme succès. Résistants aux chocs thermiques, ils ne se cassent pas s'ils sont déplacés directement d'un congélateur vers un four chaud, par exemple. CorningWare est devenu l'une des inventions de plusieurs millions de dollars de Stookey.

Un mélange unique

Marque déposée comme Pyrocéram, le verre sur lequel Stookey est tombé avait une combinaison unique de propriétés, étant non seulement résistant à la chaleur, mais aussi extrêmement dur, super résistant et transparent aux ondes radio. Le matériau a également trouvé sa place dans des applications militaires, étant utilisé, par exemple, dans les cônes de nez des dômes radar supersoniques des missiles guidés. Plus tard, dans les années 1960, Corning a développé un nouveau type de matériau Pyroceram qui n'était pas opaque mais transparent à la lumière visible.

La société a initialement choisi de ne pas commercialiser ce nouveau produit, craignant qu'il ne cannibalise les ventes des produits existants et extrêmement prospères de Corning. Pyrex gamme de verrerie borosilicatée, qui avait le vent en poupe depuis 1915. Mais dans les années 1970, les chercheurs de Corning France avaient développé une version ambrée de Pyroceram, qu'ils ont brevetée et transformée en une nouvelle gamme d'ustensiles de cuisine, sous la marque Visions .

Pendant ce temps, dans le cadre d'une initiative que la société a baptisée Project Muscle, Corning avait exploré de nouvelles façons de rendre le verre plus résistant. La plupart du verre est renforcé en le chauffant à une température élevée puis en le refroidissant rapidement afin que l'extérieur refroidisse beaucoup plus rapidement que l'intérieur - un processus connu sous le nom de trempe. Le gradient de température met l'intérieur du verre en tension et comprime la surface extérieure, ce qui rend le verre plus solide et moins susceptible d'avoir des fissures et des défauts microscopiques.

Cependant, à mesure que le verre s'amincit, il devient de plus en plus difficile d'établir une différence substantielle de vitesse de refroidissement entre le noyau et la surface. Dans les années 1960, des chercheurs de Corning ont découvert un moyen de verre à renforcement chimique en permettant aux ions plus petits du verre d'être remplacés par des ions plus gros provenant d'un bain chimique. Grâce à ce processus « d'échange d'ions », la surface du verre devient fortement comprimée, et donc moins sujette à l'introduction de dommages et à l'application de contraintes qui pourraient le faire se briser.

Corning a vendu ce verre sous le nom de marque Chemcor et il a été utilisé jusqu'au début des années 1990 dans diverses applications commerciales et industrielles, notamment les pare-brise de voitures, les avions, les flacons de médicaments, les fenêtres de prison, les lunettes de sécurité et les cabines téléphoniques. Chemcor a connu divers degrés de succès commercial, mais tout cela a changé en janvier 2007 lorsque Steve Jobs, alors directeur général d'Apple, a pris la parole lors de la convention MacWorld de cette année-là à San Francisco.

Entrez Steve Jobs

Devant de un public enthousiaste au Moscone Center, Jobs a présenté un nouvel appareil révolutionnaire - le tout premier iPhone d'Apple. Jusque-là, les smartphones étaient des objets maladroits et laids avec des claviers délicats. Le nouvel iPhone de 3.5 pouces promettait de transformer le marché, offrant aux clients un appareil à écran tactile élégant avec caméra intégrée et capacités de navigation sur le Web pour la première fois.

Mais le lendemain de la révélation de l'appareil à un monde enthousiaste, Jobs s'est plaint que l'écran de son propre iPhone, qu'il transportait dans sa poche, s'était retrouvé couvert de minuscules entailles. C'est parce que le prototype d'iPhone dont Jobs avait fait la démonstration était construit avec un écran en plastique, qui était mécaniquement solide mais très facile à rayer. Quelques années plus tôt, Corning avait montré à Jobs la technologie du verre de l'entreprise et il insistait maintenant sur le fait que, lorsque l'iPhone est arrivé sur le marché cinq mois plus tard en juin 2007, il devait avoir un écran en verre.

Jeff Williams, directeur de l'exploitation d'Apple, se souvient avoir dit à Jobs que sa demande était impossible, insistant sur le fait qu'il faudrait trois ou quatre ans pour développer un verre qui soit assez durable pour répondre aux exigences de Jobs. "J'ai dit:" Nous avons testé tout le verre actuel et lorsque vous le faites tomber, il se brise 100% du temps. Et il a dit "Je ne sais pas comment nous allons faire, mais quand il sera expédié en juin, ce sera du verre".

Deux jours plus tard, Williams a reçu un appel téléphonique de Semaines Wendell, directeur général de Corning. Weeks a suggéré que le verre Chemcor de Corning, que la société venait de recommencer à étudier pour une utilisation sur smartphone sous le nom «Gorilla Glass”, pourrait être la solution au problème d'Apple. Il s'en est suivi plusieurs mois de ce que Williams appelle la "pure terreur", alors que les équipes des deux sociétés ont travaillé d'arrache-pied pour transformer Chemcor en quelque chose qui serait prêt à temps pour le lancement de l'iPhone.

Le travail a payé. "Lorsque nous l'avons lancé en juin [2007], les clients disposaient d'un iPhone qui avait la belle sensation du verre - le verre Corning - et qui était résistant aux rayures", se souvient Williams. "Cela a contribué à donner le ton à l'iPhone." Le verre anti-rayures livré sur l'iPhone de première génération a été un élément clé du succès de l'iPhone.

Domination du marché

Dans les premiers smartphones, le Gorilla Glass de Corning mesurait environ 1 mm d'épaisseur - plus épais et les écrans capacitifs à cristaux liquides utilisés à l'époque n'auraient pas bien fonctionné. Mais malgré son épaisseur, le verre était dur, étonnamment flexible et incroyablement résistant aux rayures, comme l'exigeait Jobs. Ces jours-ci, Corning en est à sa septième génération de Gorilla Glass, qui ne mesure que 0.3 à 0.5 mm d'épaisseur. Bien sûr, il existe maintenant de nombreux concurrents qui produisent également du verre pour smartphone, notamment Dragontrail du Japon AGC inc. ainsi que Xension de la firme allemande Cloison.

Mais Gorilla Glass domine le marché. En 2017, il avait été adopté par 40 grands fabricants à travers le monde, utilisé non seulement sur tous les iPhones et iPads Apple, mais dans plus de 1800 produits de nombreuses entreprises différentes. Selon Expert Market Research, le marché mondial du verre pour smartphone valait environ 1.63 milliard de dollars en 2020, Gorilla Glass étant intégré à près de six milliards d'appareils. Corning, cependant, fournit tout le verre pour les smartphones Apple, l'entreprise l'utilisant de plus en plus à chaque génération d'appareils.

Bien sûr, les téléphones tombent et même si Gorilla Glass est incroyablement résistant, les écrans des smartphones peuvent être endommagés. C'est pourquoi il existe également un marché sain pour les films de protection d'écran, qui sont souvent constitués de matériaux vitreux similaires. Selon un rapport de MarketWatch cette année, le marché des protecteurs d'écran devrait passer de 2.3 milliards de dollars en 2020 à 5.4 milliards de dollars d'ici 2026. Après tout, personne ne veut gratter un haut de gamme presque inrayable. smartphone pour lequel ils ont peut-être payé plus de 1000 XNUMX £ !

Pourtant, pouvez-vous imaginer comment le marché aurait réagi à un iPhone d'Apple qui se rayait à chaque fois que vous le mettez dans votre poche ? Si Jobs avait lancé l'iPhone avec un écran en plastique comme c'était prévu à l'origine, je pense que cela aurait bien pu tuer l'appareil – aussi cool que soit l'idée. Jobs avait raison : il fallait que ce soit du verre. Et dire que tout cela peut être attribué à une expérience bâclée et à un four défectueux chez Corning Glass Works en 1953. Sans cette sérendipité, nous ne serions peut-être jamais là où nous en sommes aujourd'hui.