Verre pliable : comment, pourquoi et la vérité du Z Flip de Samsung

Le 11 février 2020, Samsung a présenté le premier téléphone en verre pliable au monde : le Galaxy Z Flip. Samsung a déclaré qu’elle avait brisé les lois de la physique en pliant le verre, plus précisément en faisant « un saut des écrans en polymère à la technologie du verre ultra-mince. »

Samsung a fait croire qu’elle avait inventé une nouvelle forme propriétaire de verre, et la société l’a même surnommée Samsung Ultra Thin Glass (UTG). « Nous avons fait l’impossible et créé un verre ultra mince qui se plie », affirmait la présentation de la société, ajoutant qu’il « protège votre écran des rayures ».

Mais comme le monde allait le constater quelques jours plus tard, la physique n’est pas si facile à ignorer.

Les experts en verre auraient pu vous prévenir de ce qui s’est passé ensuite, lorsqu’il s’est avéré que le supposé « saut » de Samsung utilise bel et bien du polymère et est facile à rayer après tout. Le « bouclier de fibre » résistant à la poussière de Samsung a immédiatement échoué à un test de poussière agressif, et les revendications de la société concernant le verre se sont maintenant retirées au slogan ridicule « dur, mais tendre ».

Mais Samsung n’a pas menti sur l’innovation principale ici : le Galaxy Z Flip est vraiment un téléphone en verre pliable. C’est juste que le verre est en fait fabriqué par le fabricant allemand Schott, qu’il est doté d’une couche de plastique souple et rayable sur le dessus, et – espérons-le – que les futurs téléphones en verre pliable n’auront pas besoin de cette protection supplémentaire.

Pour comprendre pourquoi, vous devriez probablement d’abord comprendre comment le verre peut se plier du tout.

Le verre flexible est réel

Si je suis honnête, j’ai encore du mal à m’y retrouver moi-même. Le verre est fragile ; même si vous n’avez jamais cassé de verre vous-même, vous savez certainement quel bruit cela fait lorsqu’il se brise. Il est difficile d’imaginer comment un matériau aussi fragile pourrait être transformé en un téléphone à clapet pliable, c’est pourquoi je ne suis pas surpris que Samsung se soit retrouvé face à des accusations selon lesquelles le verre ultrafin du Galaxy Z Flip pourrait ne pas être du verre du tout.

Et pourtant, la physique du verre pliable est remarquablement simple, selon deux spécialistes des matériaux, ainsi que des représentants du fabricant de verre Gorilla Glass, Corning, et de Schott lui-même. La version courte : pratiquement tout peut être plié si vous le rendez suffisamment fin.

« Tous les matériaux que nous connaissons qui sont très rigides peuvent être pliés dans une certaine mesure », explique le Dr Mathias Mydlak de Schott, un chimiste qui dirige maintenant le développement commercial du verre ultra-mince de la société. « Si vous pensez au bois, un 2×4 ne peut pas être plié, mais si vous en ciselez un morceau très fin, il en va de même pour le verre », m’a-t-il confié à la fin de l’année dernière. Alors qu’une vitre normale ne semble pas pouvoir se plier avant de se briser, un ruban de verre suffisamment fin le peut en réalité.

Lorsque vous pliez un matériau, verre ou autre, ce que vous faites, c’est étirer naturellement le matériau à l’extérieur de votre pliage – et même le verre a une certaine flexibilité. « Vous pourriez imaginer un ressort métallique entre tous les deux atomes et le ressort s’allongeant lorsque vous étirez les deux atomes à l’écart », explique Erkka Frankberg, chercheur à l’université de Tampere qui étudie les formes non conventionnelles du verre.

Le principal hic : vous ne pouvez étirer les liaisons chimiques d’un matériau que jusqu’à un certain point avant qu’il ne se brise, un concept connu sous le nom de résistance à la traction. Mais si vous utilisez une feuille de verre plus fine, vous étirez moins de matériau dans le même espace, en pliant moins de couches et en étirant moins de liaisons chimiques, explique Mydlak. Le verre subit donc moins de contraintes de traction, ce qui vous permet de le plier plus étroitement avant qu’il ne se brise. L’amincissement du verre est l’une des « deux principales astuces » pour le faire plier, explique le professeur associé de science des matériaux du MIT, Juejun Hu, car les étudiants en physique apprennent que la contrainte de traction s’échelonne linéairement avec l’épaisseur.

Lorsque vous obtenez un verre d’une épaisseur inférieure à cent microns – environ l’épaisseur d’un cheveu humain – c’est à ce moment-là qu’il peut se plier suffisamment loin pour les gadgets pliables de base, disent les experts. Si vous voulez un téléphone qui se plie vers l’intérieur sans un énorme écart de charnière, nous parlons de dizaines de microns. Pensez au papier d’aluminium.

Cette finesse est déjà possible avec le verre qui existe aujourd’hui. J’ai touché une feuille de verre Schott de 70 microns il y a quatre ans, et je l’ai pliée de mes propres mains. Samsung dit que son Z Flip utilise un verre de 30 microns d’épaisseur, et Schott dit qu’il est descendu à 25 microns en laboratoire également. Corning et Schott utilisent tous deux des techniques quelque peu similaires, chacun créant une feuille de verre flottante dans l’air en tirant de minces rubans de verre fondu à partir de cuves spécialement formées.

Mais mince n’est pas suffisant en soi. La deuxième « principale astuce » pour le verre pliable est de le renforcer contre les imperfections, en particulier à la surface où elles peuvent provoquer des défaillances catastrophiques lorsque le verre est sollicité. Selon les experts, une minuscule bulle d’air, un grain de poussière ou une éraflure minuscule pendant le processus de fabrication ou de manipulation peuvent suffire à détruire un morceau de verre flexible. « Toutes les contraintes que vous produisez dans le verre ont tendance à se concentrer sur ces petits défauts, et c’est là que cela produira une fracture », explique Frankberg.

C’est là que les bains chimiques et les traitements thermiques peuvent intervenir pour renforcer et tremper le verre, comme nous l’avons déjà écrit, mais la contrepartie est qu’ils peuvent rendre le verre plus facile à rayer. Et lorsque votre verre devient plus fin – assez fin pour être courbé – une rayure devient encore plus inquiétante.

Les rayures sont plus mortelles

Bien que Mydlak affirme qu’un morceau de verre de Schott « peut durer éternellement » dans des conditions contrôlées s’il survit au premier test de courbure, il admet qu’une seule rayure pourrait changer cela. « Si vous le rayez avec quelque chose… il s’agira d’un défaut initial qui pourra poser des problèmes par la suite », explique-t-il. Si un morceau de verre avec une rayure assez grande est plié avec suffisamment de contraintes concentrées sur une « pré-fissure », dit Frankberg, « elle va essentiellement se propager à la vitesse du son et traverser de manière catastrophique tout le matériau. »

Ce qu’il faut retenir, c’est que si le verre est plus résistant aux rayures que le plastique, il n’est pas à l’épreuve des rayures – il peut se rayer à une dureté Mohs de 5 ou 6, au lieu de 2 ou 3 pour le plastique, mais il se raye quand même. Je parie que vous avez en ce moment même quelques petites rayures sur l’écran en verre traditionnel de votre téléphone. Mais je suppose aussi que vous n’avez jamais besoin de plier votre écran traditionnel comme vous le feriez avec un téléphone pliable. Maintenant, c’est un problème beaucoup plus important.

Frankberg pense que c’est probablement la raison pour laquelle le Galaxy Z Flip de Samsung a toujours une protection d’écran en plastique en haut. Non pas pour prévenir les rayures ou l’aider à se plier plus facilement, mais comme une « couche sacrificielle » qui se raye à la place du verre, afin qu’il y ait moins de fissures catastrophiques potentielles sur la route. « Probablement qu’ils reçoivent moins de retours de produits en raison de la couche supplémentaire », spécule-t-il.

Mydlak de Schott m’a en fait laissé entendre la même chose à la fin de l’année dernière, avant l’annonce du Z Flip : « Très probablement, vous ne toucheriez pas du tout le verre nu, mais quelque chose par-dessus », a déclaré Mydlak lorsque j’ai demandé si les rayures seraient quelque chose à craindre avec le premier lot de téléphones en verre pliable.

Je dois ajouter que nous ne savons pas entièrement ce que Samsung et ses partenaires font avec l’écran en verre de Schott avant de l’ajouter au téléphone. Schott a seulement pu confirmer qu’il livre son verre ultra-fin à Samsung, en disant qu’il « ne peut pas commenter les détails de traitement de la matière première du verre. » Et si Samsung a admis qu’il est livré avec un protecteur d’écran préinstallé, la société a annoncé mercredi qu’elle « injecte » également le verre « avec un matériau spécial jusqu’à une profondeur non divulguée pour obtenir une dureté constante », quoi que cela signifie. Samsung n’a pas voulu en dire plus, et cela semble assez secret.

Mais Samsung a un autre partenaire impliqué dans ce processus. Il travaille avec le fabricant d’écrans coréen Dowoo Insys sur ce verre depuis 2013, rapporte Yonhap News, et l’a récemment verrouillé en devenant le principal actionnaire de la société. Apparemment, Samsung a une exclusivité sur le processus de Dowoo mais pas sur le verre ultra-mince de Schott, et Samsung aurait décidé d’utiliser les deux pour l’écran du Galaxy Z Flip.

À quoi sert le verre ?

Tout cela ne répond toujours pas à la question, cependant : à quoi sert le verre pliable s’il se raye comme du plastique de toute façon ? Une réponse est qu’il peut durer plus longtemps ; Schott affirme que le verre ne se décompose pas comme le plastique le fait naturellement avec le temps. Il faut également tenir compte de la clarté optique. De plus, comme l’a fait remarquer Dieter Bohn, le verre du Galaxy Z Flip, qu’il soit recouvert de polymère ou non, est tout simplement plus agréable au toucher que le Galaxy Fold original recouvert de plastique pur. Le pli au niveau du pli est moins proéminent et bien qu’il puisse être entaillé avec un ongle, il semble plus ferme que ce qui se trouve sur le Galaxy Fold.

Mais le fabricant de verre Gorilla Glass, Corning, veut que vous sachiez que la protection d’écran du Galaxy Z Flip pourrait ne pas être nécessaire dans un an ou deux. La société me dit que des échantillons de son nouveau verre pliable sont déjà dans les mains des fabricants d’appareils. Elle s’attend à ce que les appareils soient sur le marché dans les 12 à 18 prochains mois, et elle tire pour offrir « durabilité, résistance aux rayures et clarté optique » le tout dans un seul paquet pour les appareils pliables.

Bien qu’un représentant n’ait pas encore pu dire comment Corning s’y prend ou confirmer explicitement qu’il n’y aurait pas de plastique impliqué, le plastique ne semble pas être l’objectif : « Aujourd’hui, lorsque vous achetez un téléphone avec Gorilla Glass, vous touchez du verre… c’est ce vers quoi nous travaillons. »

Produire en masse du verre suffisamment fin pour se plier de manière fiable est un défi difficile, Corning et Schott en conviennent. Mydlak m’a dit l’année dernière que Schott était encore en train de résoudre quelques problèmes de production, comme la façon de couper, d’emballer et d’expédier correctement des bobines des verres les plus minces qu’il avait développés sans les endommager en cours de route. Il semble que l’existence du Galaxy Z Flip signifie qu’il a travaillé une partie de cela – mais les faibles rendements peuvent également être l’une des raisons pour lesquelles les téléphones pliants sont si incroyablement chers, et pourquoi Corning n’a pas encore complètement compris.

Il est difficile de blâmer Samsung de pousser si fort, même si ses deux pliables ont trébuché hors de la porte – pour une chose, il veut vendre des écrans pliables à d’autres entreprises, aussi, comme il l’a pratiquement révélé dans son dernier communiqué de presse. Mais cela ne rend pas moins frustrant le fait de voir qu’un téléphone promis comme résistant aux rayures peut facilement être rayé, et cela ne signifie pas que vous devez acheter. Bien que si vous le faites, Samsung dit à The Verge que vous pouvez obtenir un protecteur d’écran gratuit et / ou un remplacement d’écran unique de 119 $ si votre appareil succombe aux rayures.

Frankberg n’est pas encore convaincu. « Mon opinion honnête en tant que scientifique des matériaux : Je n’achèterais pas ce genre de téléphones à ce stade, car la taille de l’égratignure dont vous avez besoin pour le casser est très très petite », dit-il, soulignant comment un seul grain de sable pourrait détruire un écran en verre pliable. « En achetant un téléphone très cher, je prendrais du recul et je verrais comment la technologie s’améliore. »

Mais Frankberg a une idée de la façon dont de tels écrans pourraient éventuellement évoluer : il en est aux toutes premières étapes du développement d’une forme de verre qui utilise de l’oxyde d’aluminium au lieu de la silice traditionnelle, un verre qui peut se plier au lieu de se casser, et il explore également d’autres matériaux alternatifs. (Ce ne serait pas la première fois que le monde se penche sur le verre « d’alumine », et vous connaissez peut-être aussi la forme cristalline condensée de l’oxyde d’aluminium, le saphir.)

Je me demande simplement si nous appellerons réellement un tel matériau « verre » si ou quand il arrivera un jour. Comme Zack Nelson, de JerryRigEverything, aime bien le dire lorsqu’il teste en grattant un nouvel écran en verre, il est difficile de se défaire du stéréotype. « Le verre se casse. Si quelqu’un invente un jour quelque chose de plus solide que le verre, il l’appellera certainement autrement. »