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iPhone 6 : les secrets techno d'un écran en saphir synthétique

Philippe Passebon

Mis à jour le 11/07/2014 à 08h51

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 iPhone 6 : les secrets techno d'un écran en saphir synthétique

L'écran de l'iPhone 6 pourrait être en saphir

Les rumeurs vont bon train pour annoncer l’usage de saphir synthétique dans les écrans de l’iPhone 6. En 2013, la firme à la pomme a investi 578 millions de dollars dans la production de saphir synthétique, en finançant l’usine de GT Advanced Technologies (GTAT) en Arizona. Apple a déjà annoncé que le matériau équipera l’objectif et le bouton d’accueil de l’iPhone. Avec un tel investissement, de nombreux analystes sont prêt à penser que l’écran lui-même du smartphone sera constitué de saphir. Il remplacerait alors le ''Gorilla Glass'', un revêtement produit par Corning et utilisé sur près d'un millier de produits électroniques différents.

Rien n'est encore sûr quant à la composition de l'écran de l'iPhone 6 et il faudra sûrement attendre la conférence d'Apple en septembre pour en savoir plus. Deux indices cependant laissent penser qu'Apple pourrait équiper ses futurs smartphones avec des écrans en saphir. D'une part, Tim Cook, le successeur de Steve Jobs, a annoncé qu'Apple allait investir quelques millions de dollars dans une usine dédiée à la production de dalle en saphir synthétique. D'autres parts, deux vidéos ont été postées sur youtube montrant le panneau central de l'iPhone 6 - qui inclut l'écran -  en train d'être torturé pour montrer combien le saphir dont serait constitué l'écran est résistant.

Le mach Saphir - Gorilla Glass

Le principal avantage du saphir sur le Gorilla Glass est qu’il est beaucoup plus résistant. Sa ténacité est quatre fois supérieure à celle du Gorilla Glass, explique le site igen de MacGeneration, qui suit l’actualité d’Apple, c’est-à-dire qu’il peut résister à des chocs quatre fois plus forts avant de casser. Il se raye aussi beaucoup moins facilement. En revanche, le saphir synthétique est plus lourd et possède une moins bonne qualité optique. Le saphir synthétique est en effet 1,56 fois plus dense que la troisième version du Gorilla Glass (3,98 g/cm3 contre 2,54 g/cm3) et son indice de réfraction est légèrement supérieur (environ 1,76 contre 1,5), si bien qu’il est moins clair.

Pour expliquer ces différences, il faut regarder la structure du matériau lui-même. Les saphirs sont constitués de cristaux d’aluminium (Al2O3) contenant des impuretés, lesquelles selon leur teneurs et leur natures sont responsables de la couleur que prend le saphir. C’est parce que c’est un cristal que le saphir est plus résistant aux rayures, à la différence du Gorilla Glass, dont le matériau de base est du verre, qui n’est pas une structure cristalline mais une structure amorphe. Le saphir est situé à 9 sur 10 sur l’échelle de Mohs, le diamant étant le matériau le plus dur avec 10. Cette propriété qui lui confère une forte résistance aux rayures explique que le saphir synthétique est utilisé depuis déjà plusieurs années comme verre de montre, ou pour les lentilles de caméra des smartphones.

Le saphir synthétique est en revanche bien plus cher à produire que le Gorilla Glass, près de trois à quatre fois. Pour produire du saphir, il faut en effet le faire croître – ou «cristalliser» - dans des conditions de très haute température et de très haute pression, ce qui nécessite des procédés très coûteux. D’où l’investissement d’Apple en 2013 dans l'usine de GTAT en Arizonna, grâce à laquelle le producteur de produits à haute valeur ajoutée en saphir aurait multiplié par vingt sa capacité de production. Par ailleurs, Apple travaille aussi lui-même activement sur les technologies liées à l’usage du saphir. Toujours selon MacGeneration, la firme américaine aurait breveté un mécanisme permettant de coller une couche de saphir synthétique à un écran suffisamment rapidement et efficacement pour convenir à la production de l’iPhone. GTAT est quant à elle capable de fabriquer des feuilles de saphir synthétique de moins de 100 micromètres d’épaisseur. Collées à un substrat de verre renforcé, elles permettent de fabriquer des dalles composites à la fois légères et résistantes aux rayures, abordables et de bonne qualité.

Un procédé d'échange ionique pour renforcer le Gorilla Glass

Les Gorilla Glass, qui équiperaient plus d’un milliard d’appareils électroniques portables dans le monde et près d’un millier de produits, sont quant à eux des alcali-aluminosilicate, le silicate étant un sel dérivé de la silice (SiO2), le constituant de base du verre. A la différence du saphir, ce n’est pas un cristal mais un matériau amorphe. Mais pour être plus solide et résistant aux rayures, le verre Gorilla Glass est renforcé par l’ajout d’aluminium à sa composition de base, mais aussi par un procédé d’échange ionique .

 Le verre, dopé à l’aluminium, est d’abord fondu et conditionné sous formes de feuilles de grande taille de quelques microns d’épaisseur. Les feuilles sont ensuite découpées pour prendre la forme qu’elles auront dans le produit final puis elles sont "renforcées" par le procédé d’échange ionique. Le verre de base (SiO2) contient en effet, à l’instar du saphir, des impuretés, telles que le sodium, dont l’ion peut être extrait du verre et remplacé par un autre. Pour cela, le verre est plongé dans un bain de nitrate de potassium à une température d’environ 400°C. Par un phénomène de compression, une partie des ions sodium quittent le verre et sont remplacés par les ions potassium. Plus important en taille, ceux-ci prennent davantage de place au sein de la structure et contribuent à renforcer sa résistance. Depuis la mise au point de ces procédés, Corning n'a cessé de les améliorer. La version Gorilla Glass 3 actuellement commercialisée est 40 % plus résistante que la première version.

Bien que le Gorilla Glass soit moins résistant, sa qualité d'affichage est meilleure, son poids moins important, et son coût de production plus faible même si la mise en production à grande échelle d'écrans en saphir pourrait faire baisser ses coûts. Le match n'est donc pas gagné d'avance pour le saphir, même s'il semble avoir pris une option pour équiper les futurs iPhone.

Dans une vidéo, GTAT explique que le saphir devrait trouver de nombreuses autres applications dans les années à venir :

Corning augmente la résistance de ses verres grâce à un procédé d'échange ionique qui lui permet d'insérer dans la strcuture des ions potassium dont la taille importante  contribue à renforcer le matériau :

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