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Peu avant le lancement du premier iPhone, Steve Jobs a appelé ses employés et était furieux des nombreuses rayures apparues sur le prototype qu'il utilisait au bout de quelques semaines. Il était clair qu’il n’était pas possible d’utiliser du verre standard, c’est pourquoi Jobs s’est associé à l’entreprise verrière Corning. Cependant, son histoire remonte au siècle dernier.

Tout a commencé par une expérience ratée. Un jour de 1952, Don Stookey, chimiste de Corning Glass Works, testa un échantillon de verre photosensible et le plaça dans un four à 600°C. Cependant, lors du test, une erreur s'est produite dans l'un des régulateurs et la température est montée à 900 °C. Stookey s'attendait à trouver un morceau de verre en fusion et un four détruit après cette erreur. Au lieu de cela, cependant, il a constaté que son échantillon s’était transformé en une plaque d’un blanc laiteux. Alors qu'il essayait de l'attraper, les pinces glissèrent et tombèrent au sol. Au lieu de se briser au sol, il a rebondi.

Don Stookey ne le savait pas à l'époque, mais il venait d'inventer la première vitrocéramique synthétique ; Corning a appelé plus tard ce matériau Pyroceram. Plus léger que l’aluminium, plus dur que l’acier à haute teneur en carbone et plusieurs fois plus résistant que le verre sodocalcique ordinaire, il a rapidement été utilisé dans tous les domaines, des missiles balistiques aux laboratoires chimiques. Il était également utilisé dans les fours à micro-ondes et, en 1959, le Pyroceram est entré dans les foyers sous la forme d'ustensiles de cuisine CorningWare.

Le nouveau matériau a constitué une aubaine financière majeure pour Corning et a permis le lancement du Projet Muscle, un effort de recherche massif visant à trouver d'autres moyens de durcir le verre. Une avancée majeure a eu lieu lorsque les chercheurs ont mis au point une méthode pour renforcer le verre en le plongeant dans une solution chaude de sel de potassium. Ils ont découvert que lorsqu’ils ajoutaient de l’oxyde d’aluminium à la composition de verre avant de l’immerger dans la solution, le matériau obtenu était remarquablement solide et durable. Les scientifiques ont rapidement commencé à jeter de tels verres durcis depuis leur immeuble de neuf étages et à bombarder le verre, connu en interne sous le nom de 0317, avec des poulets congelés. Le verre pouvait être plié et tordu à un degré extraordinaire et pouvait également résister à une pression d'environ 17 850 kg/cm. (Le verre ordinaire peut être soumis à une pression d'environ 1 250 kg/cm.) En 1962, Corning a commencé à proposer ce matériau sous le nom de Chemcor, pensant qu'il trouverait des applications dans des produits tels que les cabines téléphoniques, les fenêtres de prison ou les lunettes.

Même si au début le matériau suscitait beaucoup d’intérêt, les ventes étaient faibles. Plusieurs entreprises ont passé des commandes de lunettes de sécurité. Cependant, ceux-ci ont été rapidement retirés en raison d'inquiétudes concernant la manière explosive dont le verre pourrait se briser. Chemcor pourrait apparemment devenir le matériau idéal pour les pare-brise d’automobiles ; bien qu'il soit apparu dans quelques AMC Javelins, la plupart des fabricants n'étaient pas convaincus de ses mérites. Ils ne pensaient pas que Chemcor valait l’augmentation des coûts, d’autant plus qu’ils utilisaient avec succès le verre feuilleté depuis les années 30.

Corning a inventé une innovation coûteuse dont personne ne se souciait. Il n'a certainement pas été aidé par les crash tests, qui ont montré qu'avec les pare-brise, "la tête humaine présente des décélérations nettement plus élevées" - le Chemcor a survécu indemne, mais pas le crâne humain.

Après que l'entreprise ait tenté en vain de vendre le matériau à Ford Motors et à d'autres constructeurs automobiles, le projet Muscle a pris fin en 1971 et le matériau Chemcor s'est retrouvé sur la glace. C'était une solution qui devait attendre le bon problème.

Nous sommes dans l’État de New York, où se trouve le siège social de Corning. Le directeur de l'entreprise, Wendell Weeks, a son bureau au deuxième étage. Et c’est précisément ici que Steve Jobs a confié à Weeks, alors âgé de cinquante-cinq ans, une tâche apparemment impossible : produire des centaines de milliers de mètres carrés de verre ultra-fin et ultra-résistant qui n’existaient pas jusqu’à présent. Et dans les six mois. L'histoire de cette collaboration - y compris la tentative de Jobs d'enseigner à Weeks les principes du travail du verre et sa conviction que l'objectif peut être atteint - est bien connue. On ne sait plus comment Corning a réellement réussi à y parvenir.

Weeks a rejoint le cabinet en 1983 ; Avant 2005, il occupait le poste le plus élevé, supervisant la division télévision ainsi que le département des applications spécialisées spéciales. Interrogez-le sur le verre et il vous dira que c'est un matériau magnifique et exotique, dont les scientifiques commencent tout juste à découvrir le potentiel aujourd'hui. Il s'extasiera sur son « authenticité » et son agrément au toucher, pour ensuite vous parler de ses propriétés physiques au bout d'un moment.

Weeks et Jobs partageaient un faible pour le design et une obsession du détail. Tous deux étaient attirés par les grands défis et les grandes idées. Du côté de la direction, cependant, Jobs était un peu un dictateur, tandis que Weeks, en revanche (comme beaucoup de ses prédécesseurs chez Corning), soutient un régime plus libre sans égard excessif à la subordination. "Il n'y a aucune séparation entre moi et les chercheurs individuels", déclare Weeks.

Et en effet, bien qu’elle soit une grande entreprise – elle comptait 29 000 employés et 7,9 milliards de dollars de chiffre d’affaires l’année dernière – Corning se comporte toujours comme une petite entreprise. Ceci est rendu possible par son éloignement relatif du monde extérieur, un taux de mortalité avoisinant 1% chaque année, mais aussi par la célèbre histoire de l'entreprise. (Don Stookey, aujourd'hui âgé de 97 ans, et d'autres légendes de Corning sont encore visibles dans les couloirs et les laboratoires du centre de recherche de Sullivan Park.) « Nous sommes tous ici pour la vie », sourit Weeks. "Nous nous connaissons ici depuis longtemps et avons connu ensemble de nombreux succès et échecs."

L’une des premières conversations entre Weeks et Jobs n’avait en réalité rien à voir avec le verre. À une certaine époque, les scientifiques de Corning travaillaient sur la technologie de microprojection – plus précisément sur une meilleure façon d’utiliser les lasers verts synthétiques. L'idée principale était que les gens ne veulent pas regarder toute la journée un écran miniature sur leur téléphone portable lorsqu'ils veulent regarder des films ou des émissions de télévision, et la projection semblait être une solution naturelle. Cependant, lorsque Weeks a discuté de l'idée avec Jobs, le patron d'Apple l'a rejetée comme étant absurde. Dans le même temps, il a mentionné qu'il travaillait sur quelque chose de mieux : un appareil dont la surface est entièrement constituée d'un écran. On l'appelait l'iPhone.

Même si Jobs a condamné les lasers verts, ils représentent « l’innovation pour l’innovation » si caractéristique de Corning. L’entreprise a un tel respect pour l’expérimentation qu’elle investit chaque année 10 % de ses bénéfices dans la recherche et le développement. Et dans les bons comme dans les mauvais moments. Lorsque la sinistre bulle Internet a éclaté en 2000 et que la valeur de Corning est tombée de 100 dollars par action à 1,50 dollars, son PDG a assuré aux chercheurs non seulement que la recherche était toujours au cœur de l'entreprise, mais que c'était la recherche et le développement qui la maintenaient. ramener au succès.

"C'est l'une des rares entreprises technologiques capables de se réorienter régulièrement", déclare Rebecca Henderson, professeur à la Harvard Business School qui a étudié l'histoire de Corning. " C'est très facile à dire, mais difficile à faire. " Une partie de ce succès réside dans la capacité non seulement à développer de nouvelles technologies, mais aussi à trouver comment commencer à les produire à grande échelle. Même si Corning réussit dans ces deux domaines, il faut souvent des décennies pour trouver un marché approprié – et suffisamment rentable – pour son produit. Comme le dit le professeur Henderson, selon Corning, l’innovation signifie souvent prendre des idées qui ont échoué et les utiliser dans un but complètement différent.

L’idée de dépoussiérer les échantillons de Chemcor est née en 2005, avant même qu’Apple ne se lance dans le jeu. À l'époque, Motorola avait lancé le Razr V3, un téléphone portable à clapet qui utilisait du verre au lieu de l'écran en plastique dur typique. Corning a formé un petit groupe chargé de voir s'il était possible de faire revivre le verre de type 0317 pour l'utiliser dans des appareils tels que les téléphones portables ou les montres. Les anciens échantillons Chemcor avaient une épaisseur d’environ 4 millimètres. Peut-être qu'on pourrait les réduire. Après plusieurs études de marché, la direction de l'entreprise est devenue convaincue que l'entreprise pouvait gagner un peu d'argent avec ce produit spécialisé. Le projet s'appelait Gorilla Glass.

En 2007, lorsque Jobs exprima ses idées sur le nouveau matériel, le projet n'allait pas très loin. Apple avait clairement besoin de quantités massives de verre trempé chimiquement d’une épaisseur de 1,3 mm – quelque chose que personne n’avait créé auparavant. Chemcor, qui n’a pas encore été produit en masse, pourrait-il être associé à un procédé de fabrication capable de répondre à la demande massive ? Est-il possible de rendre ultra fin un matériau initialement destiné au verre automobile tout en conservant sa résistance ? Le processus de durcissement chimique sera-t-il même efficace pour un tel verre ? À l’époque, personne ne connaissait la réponse à ces questions. Weeks a donc fait exactement ce que ferait n’importe quel PDG averse au risque. Il a dit oui.

Pour un matériau si connu qu’il est essentiellement invisible, le verre industriel moderne est remarquablement complexe. Le verre sodocalcique ordinaire est suffisant pour la production de bouteilles ou d'ampoules, mais il est très inadapté à d'autres usages, car il peut se briser en éclats pointus. Le verre borosilicaté comme le Pyrex résiste parfaitement aux chocs thermiques, mais sa fusion nécessite beaucoup d'énergie. De plus, il n’existe que deux méthodes permettant de produire du verre en masse : la technologie d’étirage par fusion et un processus connu sous le nom de flottation, dans lequel le verre fondu est versé sur une base d’étain fondu. L’un des défis auxquels l’usine de verre doit faire face est la nécessité d’adapter une nouvelle composition, dotée de toutes les caractéristiques requises, au processus de production. C'est une chose de trouver une formule. Selon lui, la deuxième chose est de réaliser le produit final.

Quelle que soit sa composition, le composant principal du verre est la silice (c'est-à-dire le sable). Comme son point de fusion est très élevé (1 720 °C), d’autres produits chimiques, comme l’oxyde de sodium, sont utilisés pour l’abaisser. Grâce à cela, il est possible de travailler le verre plus facilement et également de le produire à moindre coût. Beaucoup de ces produits chimiques confèrent également au verre des propriétés spécifiques, telles que la résistance aux rayons X ou aux températures élevées, la capacité de réfléchir la lumière ou de disperser les couleurs. Cependant, des problèmes surviennent lorsque la composition est modifiée : le moindre ajustement peut aboutir à un produit radicalement différent. Par exemple, si vous utilisez un matériau dense comme le baryum ou le lanthane, vous obtiendrez un abaissement du point de fusion, mais vous courez le risque que le matériau final ne soit pas complètement homogène. Et lorsque vous renforcez le verre, vous augmentez également le risque de fragmentation explosive en cas de rupture. Bref, le verre est un matériau régi par le compromis. C’est précisément pourquoi les compositions, et notamment celles adaptées à un processus de production spécifique, sont un secret si bien gardé.

L’une des étapes clés de la production du verre est son refroidissement. Dans la production en série de verre standard, il est essentiel de refroidir le matériau progressivement et uniformément afin de minimiser les contraintes internes qui autrement rendraient le verre plus facilement brisé. Avec le verre trempé, en revanche, l’objectif est d’ajouter de la tension entre les couches intérieures et extérieures du matériau. La trempe du verre peut paradoxalement rendre le verre plus résistant : le verre est d'abord chauffé jusqu'à ce qu'il ramollisse puis sa surface extérieure est fortement refroidie. La couche extérieure rétrécit rapidement, tandis que l’intérieur reste encore en fusion. Lors du refroidissement, la couche interne tente de se contracter, agissant ainsi sur la couche externe. Une contrainte est créée au milieu du matériau tandis que la surface se densifie encore plus. Le verre trempé peut se briser si nous traversons la couche de pression externe et pénétrons dans la zone de contrainte. Cependant, même le durcissement du verre a ses limites. L'augmentation maximale possible de la résistance du matériau dépend de la vitesse de son retrait lors du refroidissement ; la plupart des compositions ne rétrécissent que légèrement.

La relation entre compression et contrainte est mieux démontrée par l'expérience suivante : en versant du verre fondu dans de l'eau glacée, nous créons des formations en forme de larme, dont la partie la plus épaisse est capable de résister à d'énormes pressions, y compris des coups de marteau répétés. Cependant, la partie fine située au bout des gouttes est plus vulnérable. Lorsque nous le briserons, la proie traversera tout l'objet à une vitesse de plus de 3 000 km/h, libérant ainsi les tensions internes. De manière explosive. Dans certains cas, la formation peut exploser avec une telle force qu’elle émet un éclair de lumière.

La trempe chimique du verre, une méthode développée dans les années 60, crée une couche de pression tout comme la trempe, mais grâce à un processus appelé échange d'ions. Le verre aluminosilicate, tel que Gorilla Glass, contient de la silice, de l'aluminium, du magnésium et du sodium. Lorsqu'il est immergé dans du sel de potassium fondu, le verre se réchauffe et se dilate. Le sodium et le potassium partagent la même colonne dans le tableau périodique des éléments et se comportent donc de manière très similaire. La température élevée de la solution saline augmente la migration des ions sodium du verre, tandis que les ions potassium peuvent prendre leur place sans être perturbés. Puisque les ions potassium sont plus gros que les ions hydrogène, ils sont plus concentrés au même endroit. À mesure que le verre refroidit, il se condense encore plus, créant une couche de pression à la surface. (Corning assure un échange d'ions uniforme en contrôlant des facteurs tels que la température et le temps.) Par rapport à la trempe du verre, le durcissement chimique garantit une contrainte de compression plus élevée dans la couche de surface (garantissant ainsi jusqu'à quatre fois la résistance) et peut être utilisé sur le verre de n'importe quel type de verre. épaisseur et forme.

Fin mars, les chercheurs avaient presque terminé la nouvelle formule. Encore fallait-il trouver une méthode de production. Il était hors de question d’inventer un nouveau procédé de production car cela prendrait des années. Afin de respecter le délai fixé par Apple, deux des scientifiques, Adam Ellison et Matt Dejneka, ont été chargés de modifier et de déboguer un processus que l'entreprise utilisait déjà avec succès. Ils avaient besoin de quelque chose qui serait capable de produire d’énormes quantités de verre fin et transparent en quelques semaines.

Les scientifiques n’avaient qu’une seule option : le processus de fusion. (Il existe de nombreuses nouvelles technologies dans cette industrie très innovante, dont les noms n'ont souvent pas encore d'équivalent tchèque.) Au cours de ce processus, le verre fondu est versé sur un coin spécial appelé "isopipe". Le verre déborde des deux côtés de la partie la plus épaisse de la cale et se rejoint du côté inférieur étroit. Il circule ensuite sur des rouleaux dont la vitesse est précisément réglée. Plus ils se déplacent vite, plus le verre sera fin.

L’une des usines utilisant ce procédé est située à Harrodsburg, dans le Kentucky. Début 2007, cette branche fonctionnait à pleine capacité et ses sept réservoirs de cinq mètres apportaient chaque heure dans le monde 450 kg de verre destiné aux panneaux LCD des téléviseurs. L'un de ces réservoirs pourrait suffire à répondre à la demande initiale d'Apple. Mais il fallait d’abord réviser les formules des anciennes compositions Chemcor. Non seulement le verre devait avoir une épaisseur de 1,3 mm, mais il devait également être nettement plus agréable à regarder que, par exemple, un panneau de remplissage de cabine téléphonique. Elisson et son équipe ont eu six semaines pour le perfectionner. Pour que le verre puisse être modifié lors du processus de fusion, il est nécessaire qu'il soit extrêmement flexible, même à des températures relativement basses. Le problème est que tout ce que vous faites pour améliorer l’élasticité augmente également considérablement le point de fusion. En modifiant plusieurs ingrédients existants et en ajoutant un ingrédient secret, les scientifiques ont pu améliorer la viscosité tout en garantissant une tension plus élevée dans le verre et un échange d'ions plus rapide. Le tank a été lancé en mai 2007. En juin, il a produit suffisamment de verre Gorilla Glass pour remplir quatre terrains de football.

En cinq ans, Gorilla Glass est passé du statut de simple matériau à celui de norme esthétique – le petit fossé qui sépare notre être physique des vies virtuelles que nous transportons dans nos poches. Nous touchons la couche externe de verre et notre corps ferme le circuit entre l'électrode et son voisin, convertissant le mouvement en données. Gorilla est désormais présent dans plus de 750 produits de 33 marques à travers le monde, notamment des ordinateurs portables, des tablettes, des smartphones et des téléviseurs. Si vous passez régulièrement votre doigt sur un appareil, vous connaissez probablement déjà Gorilla Glass.

Les revenus de Corning ont grimpé en flèche au fil des ans, passant de 20 millions de dollars en 2007 à 700 millions de dollars en 2011. Et il semble qu'il y aura d'autres utilisations possibles du verre. Eckersley O'Callaghan, dont les designers sont responsables de l'apparence de plusieurs Apple Stores emblématiques, l'a prouvé dans la pratique. Au London Design Festival de cette année, ils ont présenté une sculpture réalisée uniquement en Gorilla Glass. Cela pourrait à terme réapparaître sur les pare-brise des automobiles. L'entreprise négocie actuellement son utilisation dans les voitures de sport.

Quelle est la situation autour du verre aujourd’hui ? À Harrodsburg, des machines spéciales les chargent régulièrement dans des caisses en bois, les transportent par camion jusqu'à Louisville, puis les envoient par train vers la côte ouest. Une fois sur place, les feuilles de verre sont placées sur des cargos et transportées vers des usines en Chine où elles subissent plusieurs processus finaux. On leur donne d'abord un bain chaud de potassium, puis on les découpe en rectangles plus petits.

Bien sûr, malgré toutes ses propriétés magiques, Gorilla Glass peut échouer, et parfois même de manière très « efficace ». Il casse quand on laisse tomber le téléphone, il se transforme en araignée lorsqu'il est plié, il craque lorsqu'on s'assoit dessus. Après tout, c'est toujours du verre. Et c'est pourquoi il y a une petite équipe à Corning qui passe la majeure partie de la journée à le démonter.

«Nous l'appelons le marteau norvégien», explique Jaymin Amin en sortant un gros cylindre métallique de la boîte. Cet outil est couramment utilisé par les ingénieurs aéronautiques pour tester la résistance du fuselage en aluminium des avions. Amin, qui supervise le développement de tous les nouveaux matériaux, étire le ressort du marteau et libère 2 joules d'énergie dans la feuille de verre d'un millimètre d'épaisseur. Une telle force créera une grande entaille dans le bois massif, mais rien n’arrivera au verre.

Le succès de Gorilla Glass représente plusieurs obstacles pour Corning. Pour la première fois de son histoire, l'entreprise doit faire face à une demande aussi forte pour de nouvelles versions de ses produits : chaque fois qu'elle lance une nouvelle itération de verre, il est nécessaire de surveiller son comportement en termes de fiabilité et de robustesse directement dans le champ. Pour cela, l'équipe d'Amin récupère des centaines de téléphones portables cassés. "Les dégâts, qu'ils soient petits ou grands, commencent presque toujours au même endroit", explique le scientifique Kevin Reiman, en désignant une fissure presque invisible sur le HTC Wildfire, l'un des nombreux téléphones cassés posés sur la table devant lui. Une fois que vous avez trouvé cette fissure, vous pouvez mesurer sa profondeur pour avoir une idée de la pression à laquelle le verre a été soumis ; si vous pouvez imiter cette fissure, vous pouvez étudier comment elle s'est propagée dans le matériau et essayer de l'empêcher à l'avenir, soit en modifiant la composition, soit en durcissant chimiquement.

Grâce à ces informations, le reste de l'équipe d'Amin peut enquêter encore et encore sur la même défaillance matérielle. Pour ce faire, ils utilisent des presses à levier, effectuent des tests de chute sur des surfaces en granit, en béton et en asphalte, déposent divers objets sur le verre et utilisent généralement un certain nombre d'appareils de torture d'aspect industriel dotés d'un arsenal de pointes de diamant. Ils disposent même d’une caméra haute vitesse capable d’enregistrer un million d’images par seconde, ce qui s’avère pratique pour les études sur le pliage du verre et la propagation des fissures.

Cependant, toutes ces destructions contrôlées s’avèrent payantes pour l’entreprise. Par rapport à la première version, Gorilla Glass 2 est vingt pour cent plus résistant (et la troisième version devrait arriver sur le marché au début de l'année prochaine). Les scientifiques de Corning y sont parvenus en poussant à l'extrême la compression de la couche externe - ils étaient un peu conservateurs avec la première version du Gorilla Glass - sans augmenter le risque de casse explosive lié à ce déplacement. Néanmoins, le verre est un matériau fragile. Et si les matériaux fragiles résistent très bien à la compression, ils sont extrêmement fragiles lorsqu’ils sont étirés : si vous les pliez, ils peuvent se briser. La clé du Gorilla Glass est la compression de la couche externe, qui empêche les fissures de se propager dans tout le matériau. Lorsque vous laissez tomber le téléphone, son écran peut ne pas se briser immédiatement, mais la chute pourrait causer suffisamment de dégâts (même une fissure microscopique suffit) pour altérer fondamentalement la résistance du matériau. La moindre chute peut alors avoir de graves conséquences. C’est l’une des conséquences inévitables du travail avec un matériau qui est une question de compromis, de création d’une surface parfaitement invisible.

Nous sommes de retour à l'usine de Harrodsburg, où un homme vêtu d'un T-shirt noir Gorilla Glass travaille avec une feuille de verre aussi fine que 100 microns (environ l'épaisseur d'une feuille d'aluminium). La machine qu'il utilise fait passer le matériau à travers une série de rouleaux, d'où le verre sort courbé comme un énorme morceau de papier transparent et brillant. Ce matériau remarquablement fin et enroulable s’appelle Willow. Contrairement à Gorilla Glass, qui fonctionne un peu comme une armure, Willow peut être comparé davantage à un imperméable. Il est durable et léger et a beaucoup de potentiel. Les chercheurs de Corning pensent que ce matériau pourrait trouver des applications dans la conception de smartphones flexibles et dans les écrans OLED ultra-fins. L’une des sociétés énergétiques aimerait également que Willow soit utilisé dans les panneaux solaires. Chez Corning, ils envisagent même des livres électroniques avec des pages en verre.

Un jour, Willow livrera 150 mètres de verre sur d'énormes bobines. Autrement dit, si quelqu'un le commande réellement. Pour l’instant, les bobines restent inactives à l’usine de Harrodsburgh, en attendant que le bon problème surgisse.

Source: Wired.com
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