Comment les smartphones fonctionnent vraiment

Vous êtes-vous déjà demandé comment votre smartphone fonctionnait ? Voyagez jusqu'au niveau atomique avec la scientifique Cathy Mulzer, qui nous apprend comment presque chaque composant de nos téléphones existe grâce aux chimistes, et non grâce aux entrepreneurs de la Silicon Valley comme le pensent la plupart des gens. Comme elle le dit, « la chimie est l'héroïne des communications électroniques. »

Quand j'ai filé au lycée
avec mon nouveau portable Nokia,

Je pensais que j'avais
le remplacement le plus cool

pour mon vieux talkie-walkie
de princesse rose.

Sauf que maintenant,

mes amis et moi pouvions
nous appeler ou envoyer des textos

de n'importe où,

plutôt que de faire semblant

quand nous courrions
dans les jardins des uns des autres.

Je vais être honnête.

A l'époque, je n'ai pas vraiment réfléchi
à comment ces portables étaient fabriqués.

Ils avaient tendance
à apparaître le matin de Noël,

donc peut-être qu'ils étaient fabriqués
par les elfes du Père Noël.

Laissez-moi vous poser une question.

Qui sont les vrais elfes
qui fabriquent ces appareils ?

Beaucoup de gens que je connais

me répondraient que ce sont les ingénieurs
logiciels à capuche dans la Silicon Valley

codant à longueur de journée.

Mais ces appareils doivent
passer par beaucoup d'étapes

avant d'être prêts pour
n'importe quel code.

Ils commencent au niveau atomique.

Donc à mon avis,

les vrais elfes sont les chimistes.

J'ai bien dit les chimistes.

La chimie est l'héroïne des
communications électroniques.

Et mon but aujourd'hui est
de vous en convaincre.

OK, commençons simplement

et jetons un coup d’œil à l'intérieur
de ces appareils si addictifs.

Parce que sans chimie,

ce qui est une autoroute de l'information

ne serait qu'un presse-papier
très coûteux et brillant.

La chimie rend toutes
ces couches possibles.

Commençons par l'écran.

Comment pensez-vous que nous obtenions
ces couleurs vives, lumineuses

que nous aimons tellement ?

Je vais vous le dire.

Il y a des polymères organiques
intégrés dans l'écran,

qui peuvent transformer l'électricité
en les couleurs bleu, rouge et vert

que nous aimons tant dans nos images.

Et au niveau de la batterie ?

Ça demande pas mal de recherche.

Comment prendre les principes chimiques
des batteries traditionnelles

et les coupler avec de nouvelles
électrodes à grande surface

afin d'obtenir plus de charge
dans un espace plus petit ?

De sorte que nos portables
puissent marcher toute la journée,

alors que nous prenons des selfies,

sans qu'on ait à les recharger

ou à rester à côté d'une prise électrique
en permanence ?

Et qu'en est-il des adhésifs
qui le maintiennent en un seul morceau

de sorte qu'il puisse encaisser
notre usage fréquent ?

Après tout, en tant que milléniale,

je regarde mon portable
au moins 200 fois par jour

et je le fais souvent tomber
deux ou trois fois.

Mais quels sont les vrais cerveaux
de ces appareils ?

Qu'est-ce qui les fait fonctionner
de la manière que nous aimons tant ?

Ça a à voir avec les composants
électriques et les circuits

qui sont attachés
à une carte à circuits imprimés,

ou, si vous préférez
une métaphore biologique,

la carte-mère, vous en avez
peut-être entendu parler.

On ne parle pas beaucoup
de la carte à circuit imprimé.

Et pour être honnête,
je ne sais pas pourquoi.

Peut-être parce que
c'est la couche la moins glamour

et c'est caché sous toutes
ces autres couches fines et élégantes.

Mais il est temps de rendre
à cette couche du genre Clark Kent

l'éloge de type Superman qu'elle mérite.

Donc laissez-moi vous poser une question.

Qu'est-ce qu'une carte à circuit imprimé ?

Prenons une métaphore.

Pensez à la ville où vous habitez.

Il y a tous ces centres d'intérêt
auxquels vous voulez aller :

votre maison, votre travail,
des restaurants,

un ou deux Starbucks dans chaque quartier.

Donc nous construisons des routes
qui les connectent tous ensemble.

C'est ça, une carte à circuit imprimé.

Sauf qu'à la place
de restaurants et autres,

nous avons des transistors sur des puces,

des condensateurs, des résistances,

tous ces composants électriques

qui ont besoin de communiquer
les uns aux autres.

Donc quelles sont nos routes ?

Eh bien, nous construisons
des minuscules fils de cuivre.

Donc question suivante :

comment fabriquons-nous
lesdits fils de cuivre ?

Ils sont vraiment minuscules.

Pouvons-nous aller à une quincaillerie,

acheter une bobine de fils de cuivre,

des pinces coupantes, des petites agrafes,

découper tout ça, et voilà !
Nous avons notre carte à circuit imprimé ?

Impossible.

Ces fils sont beaucoup trop
petits pour ça.

Donc nous devons nous fier
à notre amie la chimie.

Le processus chimique
pour fabriquer ces petits fils de cuivre

semble simple au premier abord.

Nous commençons avec une solution

de sphères de cuivre
chargées positivement.

Nous y ajoutons
une carte à circuit imprimé isolante.

Et nous alimentons
ces sphères chargées positivement

avec des ions chargés négativement

en ajoutant du formol dans le mélange.

Vous vous rappelez peut-être du formol.

Odeur distinctive,

utilisé pour préserver les grenouilles
en classe de SVT.

Eh bien, il s'avère
qu'il peut faire beaucoup plus que ça.

C'est vraiment un composant clé

dans la fabrication
de ces petits fils de cuivre.

Vous voyez, les électrons
sous formol sont hyper-dynamiques.

Ils veulent sauter sur les sphères
de cuivre chargées positivement.

C'est à cause d'un processus
appelé l'oxydoréduction.

Et quand il se produit,

nous pouvons prendre ces sphères
de cuivre positivement chargées

et les transformer en du cuivre brillant,
métallique et conducteur.

Et une fois que nous avons
du cuivre conducteur,

tout est en place.

Nous pouvons faire en sorte
que ces composants électriques

communiquent entre eux.

Donc encore une fois, merci la chimie.

Prenons un moment pour penser à
combien on a progressé grâce à la chimie.

Clairement, dans le domaine
des communications électroniques,

la taille est importante.

Donc réfléchissons à comment
on peut réduire la taille de nos appareils

du portable-brique des années 90

à quelque chose de plus affiné,

comme les téléphones d'aujourd'hui
qui rentrent dans nos poches.

Enfin, soyons réalistes :

rien ne rentre dans les poches
des pantalons des femmes,

si encore ils ont des poches.

(Rires)

Je ne pense pas que la chimie peut
nous aider avec ce problème.

Mais plus important encore que
de rétrécir l'appareil lui-même,

comment rétrécir
le circuite à l'intérieur,

et le rétrécir d'un facteur cent,

de sorte de passer de l'échelle du micron

à l'échelle nanométrique ?

Parce que, soyons honnêtes,

nous voulons tous des portables
plus puissants et plus rapides.

Eh bien, ça demande plus de circuits.

Comment faire ?

Ce n'est pas comme si nous avions
un rayon électromagnétique rétrécissant,

comme celui de professeur Wayne Szalinksi

dans « Chérie, j'ai rétréci les gosses ».

Ou en avons-nous un ?

En fait, dans ce domaine,

il y a un processus un peu comme ça.

Ça s'appelle la photolithographie.

En photolithographie, nous utilisons
de la radiation électromagnétique,

ce que nous appelons de la lumière,

pour rétrécir une partie de ce circuit

et en fourrer davantage
dans un tout petit espace.

Comment ça marche ?

Nous commençons avec un support

recouvert d'un film sensible à la lumière.

Nous le recouvrons d'un masque
qui a un motif

de lignes fines et de traits

qui vont faire fonctionner le téléphone
de la manière désirée.

Nous exposons ensuite le masque
à une lumière vive,

de sorte que l'ombre du motif
apparaisse sur le support.

Partout où la lumière traverse le masque,

elle cause une réaction chimique

de sorte que l'image du motif
soit brûlée dans le support.

La question que vous
vous posez probablement,

c'est comment passer d'une image brûlée

à des lignes fines et traits propres.

Pour ça, nous utilisons
une solution chimique

appelée le révélateur.

Le révélateur est particulier.

Il peut prendre les parties non exposées,

les effacer sélectivement

en ne laissant que
des lignes fines et traits propres

afin de rendre nos appareils
miniatures fonctionnels.

Donc nous avons utilisé la chimie
pour construire nos appareils

et nous l'avons utilisée
pour les rétrécir.

Donc je vous ai probablement convaincus
que la chimie est la véritable héroïne

et nous pouvons finir ici.

(Applaudissements)

Attendez, on n'a pas fini.

Pas si vite.

Parce qu'on est tous humains.

Et en tant qu'humaine,
j'en veux toujours plus.

Donc maintenant je veux réfléchir
à comment utiliser la chimie

pour obtenir davantage d'un appareil.

En ce moment, on nous dit que
nous voulons quelque chose appelé la 5G,

la 5ème génération de connexion sans fil.

Vous avez peut-être entendu
parler de la 5G

dans les pubs qui commencent à apparaître.

Ou peut-être que vous en avez bénéficié

durant les Jeux Olympiques
d'hiver en 2018.

Ce qui m'excite le plus à propos de la 5G,

c'est que, quand je suis en retard,
me dépêchant pour aller prendre l'avion,

je peux télécharger des films
sur mon portable en 40 secondes

plutôt que 40 minutes.

Mais une fois que la vraie 5G sera là,

nous allons pouvoir faire beaucoup plus
que de télécharger des films.

La question, c'est :
pourquoi n'est-ce pas encore le cas ?

Laissez-moi vous dire un secret.

La réponse est simple :

c'est très dur à faire.

Si nous utilisons
des matériaux traditionnels et du cuivre

pour fabriquer des appareils 5G,

le signal ne peut pas arriver
à sa destination finale.

Traditionnellement, nous utilisons
des couches isolantes très rêches

pour soutenir les fils de cuivre.

Pensez à des attaches Velcro.

C'est la rugosité des deux morceaux
qui leur permet de rester collés.

C'est assez important
si vous voulez un appareil

qui va tenir plus longtemps

que le temps de le sortir de la boîte

et de commencer
à installer des applications.

Mais cette rugosité pose un problème.

Vous voyez, à la vitesse rapide de la 5G,

le signal doit voyager tout près
de cette rugosité.

Et elle le fait se perdre
avant d'arriver à destination.

Pensez à une chaîne de montagnes.

Il y a un système complexe de routes
pour la traverser

et vous essayez d'aller de l'autre côté.

Vous êtes d'accord

que ça prendrait probablement
très longtemps

et que vous risqueriez de vous perdre

si vous deviez monter et descendre
toutes les montagnes

plutôt que de passer par un tunnel

qui vous permettrait de tout traverser ?

C'est pareil avec les appareils 5G.

Si nous pouvons éliminer cette rugosité,

nous pouvons faire passer le signal 5G

sans interruption.

Ça paraît bien, non ?

Mais attendez.

N'ai-je pas dit que nous avons besoin
de cette rugosité

pour faire tenir l'appareil ensemble ?

Et si nous l'éliminons,
nous nous retrouvons dans une situation

où le cuivre ne va pas coller au support.

C'est comme construire une maison
avec des Lego,

avec tous les trous et les bosses
qui s'imbriquent les uns aux autres,

plutôt qu'avec des blocs lisses.

Quelle maison sera la plus solide

quand votre gamin de deux ans
courra à travers la pièce

en jouant à Godzilla
et en essayant de tout démolir ?

Mais si on glue
ces blocs lisses ensemble ?

C'est ce que l'industrie attend.

Elle attend que les chimistes conçoivent
de nouvelles surfaces lisses

sur lesquelles les fils de cuivre
adhèrent mieux.

Quand on résoudra ce problème,

car on va le résoudre,

qu'on travaillera avec des physiciens
et des ingénieurs

pour résoudre tous les problèmes de la 5G,

le nombre d'applications
va monter en flèche.

On va avoir des choses
comme des voitures sans chauffeur

car maintenant nos réseaux de données
peuvent supporter la vitesse

et la quantité d'information nécessaires
pour les faire fonctionner.

Mais servons-nous de notre imagination.

Je peux imaginer aller au restaurant avec
un ami qui a une allergie aux arachides,

prendre mon téléphone,

le brandir au-dessus de la nourriture

et que la nourriture nous donne

une réponse très importante
à la question :

sans danger ou danger ?

Ou peut-être que nos appareils
vont devenir tellement bons

à traiter de l'information sur nous

qu'ils vont devenir des sortes
de coachs personnels.

Ils sauront même la manière la plus
efficace pour nous de brûler des calories.

Je sais qu'en novembre,

quand je vais essayer de perdre le poids
pris pendant ma grossesse,

j'aimerais bien avoir un appareil
qui me dise comment faire.

Je ne sais pas comment le dire autrement :

la chimie est tout simplement cool.

Et elle rend tous ces appareils
électroniques possibles.

Donc la prochaine fois que vous envoyez
un texto ou prenez un selfie,

pensez à tous ces atomes
en train de bosser dur

et à l'innovation qui les a précédés.

Qui sait,

peut-être que certains d'entre vous
qui écoutent ce talk,

peut-être même sur votre téléphone,

allez décider que vous aussi,
vous voulez être un acolyte

de Capitaine Chimie,

le véritable héros
des appareils électroniques.

Merci pour votre attention

et merci à la chimie.

(Applaudissements)