Le goulot d'étranglement du quartz freine la course à la capacité des semi-conducteurs

Chaque wafer de silicium commence dans un creuset. Ce dernier est fabriqué en quartz d'une pureté telle qu'il ne contamine pas le silicium fondu, chauffé au-delà de 1 400 degrés Celsius. Presque tout le quartz ultra-pur du monde provient d'une petite ville des Blue Ridge Mountains.

L'ouragan Helene a frappé Spruce Pine, en Caroline du Nord, fin septembre 2024. Plus de 60 cm de pluie ont isolé la ville, coupant l'accès routier et l'électricité. Deux entreprises y extraient du quartz ultra-pur : Sibelco North America et The Quartz Corp. Le 1er octobre 2024, Tom's Hardware a rapporté que Sibelco avait confirmé la suspension de ses activités. The Quartz Corp a déclaré à The Verge qu'il était trop tôt pour savoir si son site de production de quartz haute pureté avait été touché.

Les dégâts immédiats étaient difficiles à évaluer, les routes et les communications étant coupées. L'affaire s'est ensuite compliquée.

Ce que Spruce Pine fournit réellement

Construction Physics a publié une évaluation détaillée en novembre 2024. L'article soutient que l'idée selon laquelle toute la fabrication de semi-conducteurs dépend de Spruce Pine n'est vraie qu'à moitié. Les creusets en quartz sont nécessaires pour la plupart des puces, et Spruce Pine est l'origine de la majeure partie de ce quartz. Mais la ville n'est pas un maillon irremplaçable. Des alternatives existent, bien qu'elles soient, selon la publication, toutes un mélange de non développées, pas tout à fait aussi bonnes et pas tout à fait aussi bon marché.

Les chiffres de cette analyse méritent attention. Spruce Pine est estimé produire entre 180 000 et 200 000 tonnes de quartz haute pureté par an, selon Construction Physics. Cette publication note que l'industrie du quartz haute pureté est extrêmement discrète sur les chiffres précis. Pour comparaison, les expéditions mondiales de quartz n'étaient que de 80 000 tonnes en 2013, toutes puretés confondues. En 2015, la production totale de quartz haute pureté était estimée à environ 30 000 tonnes.

Couper cet approvisionnement n'arrêterait pas immédiatement la production de puces. Cela signifierait une baisse des rendements et une hausse des coûts. L'industrie le sait : de nouvelles sources de quartz et de nouveaux matériaux de creuset sont à l'étude.

Pourquoi le creuset compte plus qu'il n'y paraît

La plupart des microprocesseurs modernes sont fabriqués à partir de silicium d'une pureté de 99,9999999 %, soit 9N. Les cellules solaires utilisent un matériau légèrement moins pur, dans la gamme 6N à 8N. Atteindre ces niveaux nécessite plusieurs étapes de raffinage. Elles commencent par une réaction du quartz avec du carbone dans un four à arc immergé pour produire du silicium métallurgique d'une pureté d'environ 98 à 99 %, qui subit ensuite le procédé Siemens pour devenir du polysilicium.

Le silicium monocristallin, nécessaire aux microprocesseurs et aux panneaux solaires à haut rendement, est fabriqué presque entièrement par le procédé Czochralski. Le polysilicium est fondu dans un creuset en quartz. Un cristal graine est plongé dans le bain et retiré lentement, tirant derrière lui un seul grand cristal. Le creuset se dégrade sous cette chaleur. Les changements chimiques le fissurent après le refroidissement, et les fabricants peuvent prolonger sa durée de vie en extrayant plusieurs lingots sans refroidir le four. Mais un creuset est limité à environ 400 heures de fonctionnement. Un four Czochralski consomme de l'ordre de 20 à 25 creusets par an. Un article cité par Construction Physics estimait que 30 % du coût de fabrication des lingots de silicium monocristallin provenait des creusets.

Le quartz haute pureté coûte de l'ordre de 10 000 dollars la tonne, et les creusets eux-mêmes coûtent plusieurs milliers de dollars chacun.

C'est l'économie derrière le goulot d'étranglement. Un creuset n'est pas un consommable que l'on remplace à la légère. Le matériau à l'intérieur doit provenir d'un endroit doté de la bonne géologie.

La construction de la capacité se fait ailleurs

Tandis que Spruce Pine luttait contre les inondations, les gouvernements engageaient des fonds. L'Inde a dévoilé le Mobile Phone Manufacturing Scheme le 15 juillet 2026, un programme de 625 000 000 000 ₹ valant environ 6 500 000 000 $ qui dure cinq ans. Il récompense les fabricants de smartphones en fonction des ventes éligibles, avec des incitations de 2,25 % à 5 % et un supplément de 1,5 % pour le sourcing local de composants clés et de sous-ensembles, selon TechCrunch. New Delhi a également engagé 1 280 000 000 000 ₹ supplémentaires, soit environ 13 300 000 000 $, pour la fabrication nationale de semi-conducteurs. Cela étend un programme d'incitations de 10 000 000 000 $ lancé en 2021, avec un soutien accru pour l'équipement, les matériaux, la conception et la recherche.

L'échelle de ce que l'Inde tente de combler est claire à travers les chiffres de Counterpoint Research cités par TechCrunch. La Chine représentait 63 % de la production mondiale de smartphones en 2025, contre 18 % pour l'Inde. Le programme smartphone se poursuivra jusqu'en mars 2031. Le gouvernement s'attend à ce que la production de téléphones mobiles atteigne environ 39 000 000 000 000 ₹, soit 405 000 000 000 $, créant environ 60 000 emplois directs pendant cette période. Navkendar Singh, vice-président associé chez IDC, a déclaré à TechCrunch que le nouveau programme marque un passage d'une stratégie de « simple assemblage » vers « la profondeur, la R&D et la capture de valeur locale ».

La Malaisie parie sur un segment plus étroit. Le pays détient 13 % du marché mondial des services d'encapsulation, d'assemblage et de test de puces, selon un rapport de la Malaysian Investment Development Authority cité par CNBC en avril 2024. Le second ministre des Finances, Amir Hamzah Azizan, a déclaré à Karen Tso de CNBC lors des réunions de printemps du FMI à Washington que la Malaisie bénéficierait du cycle haussier des semi-conducteurs et ne voyait pas la Chine, son principal partenaire commercial, comme un rival. « Je pense que la réalité, c'est qu'il y a assez de croissance pour tout le monde », a-t-il dit. L'objectif affiché de la Malaisie est de s'éloigner de l'arrière de la chaîne d'approvisionnement pour remonter la chaîne de valeur, plutôt que de concourir de front au niveau de la pointe technologique.

La Malaisie est aussi l'endroit où Texas Instruments a ouvert son deuxième usine d'assemblage et de test à Melaka le 6 novembre 2025. L'entreprise indique que ce site assemblera et testera des milliards de puces chaque année. L'expansion de la capacité de TI s'est déroulée en parallèle. Le 24 octobre 2024, la société a annoncé qu'elle avait commencé à produire des semi-conducteurs de puissance en nitrure de gallium dans son usine d'Aizu, au Japon, quadruplant sa capacité interne de fabrication de GaN sur ses sites aux États-Unis et au Japon.

Mohammad Yunus, senior vice president de la technologie et de la fabrication chez TI, a déclaré lors de cette annonce que l'entreprise avait qualifié sa technologie GaN 200 mm pour la production de masse à Aizu. Il a ajouté que TI vise à porter la fabrication interne à plus de 95 % d'ici 2030. TI a également déclaré avoir piloté avec succès des processus de fabrication GaN sur des wafers de 300 mm, avec des processus élargis entièrement transférables à cette taille.

Deux goulots, deux horizons

La capacité GaN et les incitations à l'assemblage de smartphones peuvent être construites avec du capital et des politiques. Un gisement de quartz, non. Cette asymétrie explique pourquoi l'histoire de Spruce Pine resurgit régulièrement, et pourquoi le scepticisme à son sujet mérite d'être pris au sérieux. Les mines se trouvent dans les collines, pas dans la ville elle-même, comme l'ont souligné les commentateurs du rapport de Tom's Hardware, et il est impossible de savoir depuis l'extérieur ce qui s'est passé sous terre. Les grands fabricants ont tendance à stocker les matières premières critiques et à qualifier des sources secondaires, ce qui limite la portée d'une perturbation unique.

Ce que cet épisode a révélé est moins dramatique que le cadrage apocalyptique qui a circulé en 2024. C'est aussi plus difficile à réparer. L'industrie a passé les années depuis à construire des fabs en Inde, en Malaisie, au Japon et aux États-Unis. Rien de cela ne change l'origine du quartz le plus pur. Jusqu'à ce qu'un nouveau matériau de creuset ou un nouveau gisement atteigne l'échelle commerciale, chaque annonce de capacité dans le secteur repose sur une chaîne d'approvisionnement qui passe par une seule ville de Caroline du Nord.