Perturbation d’une mine de quartz à Spruce Pine (Caroline du Nord) : un risque pour la fabrication de semi-conducteurs

À retenir

• L’ouragan Helene a causé des dégâts estimés entre 20 et 34 milliards de dollars dans le sud-est des États-Unis.
• Spruce Pine, en Caroline du Nord, produit 70 à 90 % du quartz de haute pureté mondial destiné aux semiconducteurs.
• Sibelco et The Quartz Corp ont temporairement interrompu leurs activités à Spruce Pine en raison des dommages causés par l’ouragan.
• Le quartz de haute pureté est essentiel pour la fabrication du quartz fondu, utilisé lors du procédé de production des cristaux de silicium.
• Les entreprises estiment pouvoir gérer les besoins d’approvisionnement à court terme, mais des perturbations prolongées pourraient impacter la production de semiconducteurs.

L’ouragan Helene pourrait coûter entre 20 et 34 milliards de dollars en dommages

Fin septembre, l’ouragan Helene, de catégorie 4, a traversé le sud-est des États-Unis, provoquant une dévastation massive et causant la mort de plus de 200 personnes. Début octobre, des centaines de personnes étaient toujours portées disparues. 

L’ouragan a déversé 40 000 milliards de gallons d’eau sur les États-Unis—soit l’équivalent du lac Tahoe—submergeant des villes par des inondations majeures, glissements de terrain, coupures de courant et autres difficultés. Selon les premières estimations de Moody Analytics, le coût total des dégâts atteindrait entre 20 et 34 milliards de dollars, ce qui en fait l’un des dix ouragans les plus coûteux de l’histoire des États-Unis (en plus d’être déjà l’un des plus meurtriers). 

Spruce Pine : petite ville, fournisseur majeur de quartz de haute pureté

Une zone particulièrement touchée a été la ville de Spruce Pine, en Caroline du Nord. Cette petite ville de tout juste 2 000 habitants a reçu 61,3 cm de pluie en 24 heures, battant un record local vieux d’un siècle (établi en 1916).

Contrairement à d’autres petites villes affectées par l’ouragan Helene dans un relatif anonymat, Spruce Pine attire une grande attention en raison de son rôle clé dans la fabrication de semiconducteurs.

Les mines de quartz de haute pureté de Spruce Pine : rapport d’impact

Spruce Pine abrite deux mines qui fournissent 70 à 90 % du quartz de haute pureté mondial. Les mines appartiennent à deux sociétés : Sibelco, groupe belge prestataire de solutions pour les matériaux à l’échelle mondiale, et The Quartz Corp, une coentreprise entre Imerys SA (basée en France) et Norsk Mineral AS.

Selon Imerys : « le quartz produit à Spruce Pine, Caroline du Nord (États-Unis),…offre les plus hauts niveaux de pureté au monde ».

Suite à l’ouragan, les deux entreprises ont interrompu l’exploitation minière pour évaluer les dégâts et l’impact potentiel sur les salariés. Depuis, elles ont publié des communiqués officiels concernant les conséquences de l’ouragan Helene sur leur production locale.

Réactions des entreprises à l’impact de l’ouragan Helene sur l’extraction du quartz

Sibelco : communiqué initial concernant l’impact sur les activités minières

Sibelco a déclaré dans un premier temps que « la communauté de Spruce Pine a été particulièrement touchée » et qu’« au 26 septembre, nous avons temporairement suspendu les opérations sur le site de Spruce Pine en réponse à ces difficultés ».

Une mise à jour ultérieure précisait que « les premières évaluations indiquent que nos installations d’exploitation de Spruce Pine n’ont subi que des dommages mineurs », même si « les analyses détaillées se poursuivent ». La société ajoutait que les expéditions de produits n’avaient pas encore repris mais que des efforts étaient en cours en ce sens. L’absence d’alimentation électrique continue de représenter un défi majeur, empêchant la reprise des opérations minières. 

The Quartz Corp : communiqué initial concernant l’impact sur les activités minières

Dans un communiqué publié le 2 octobre, The Quartz Corp précise que « les dommages concernent principalement les unités auxiliaires. Il est encore trop tôt pour évaluer à quelle date TQC pourra reprendre ses activités, le calendrier dépendant également de la reconstruction des infrastructures locales ».

L’entreprise s’est dite confiante de pouvoir éviter toute perturbation d’approvisionnement grâce à « un niveau solide d’approvisionnement en matières premières depuis la Norvège pour alimenter nos opérations de purification. Combiné aux stocks de sécurité de produits finis et à ceux détenus à différents niveaux de la chaîne d’approvisionnement, nous n’anticipons aucune situation critique pour nos industries aval à court ou moyen terme ». 

Où le quartz est-il utilisé dans la fabrication des semiconducteurs ?

Le quartz de haute pureté permet de produire « le quartz fondu, un matériau aux propriétés optiques, mécaniques et thermiques uniques, indispensable à la fabrication d’une large gamme de produits technologiques ».

Le quartz joue un rôle clé dans la fabrication des puces semiconducteurs utilisées dans la technologie industrielle et commerciale (ordinateurs portables, smartphones, robots industriels, infrastructures réseau 5G, etc.). 

Rôle du quartz fondu dans le procédé de fabrication des semiconducteurs

Le quartz fondu occupe plusieurs fonctions essentielles dans la production de semiconducteurs :

Croisets en quartz fondu : le quartz de haute pureté est utilisé lors d’une étape clé appelée procédé Czochralski (CZ), une méthode permettant de cultiver de gros cristaux de silicium de haute qualité (également appelés lingots de silicium), lesquels sont ensuite découpés en tranches pour la fabrication de puces semiconducteurs.

Les creusets en quartz fondu sont une composante irremplaçable du procédé Czochralski :

« Le silicium de grade semiconducteur a un point de fusion d’environ 1 425 °C, ce qui doit être maintenu tout au long du procédé Czochralski alors qu’un germe de cristal fixé sur une tige est plongé dans le mélange fondu et tiré vers le haut hors du creuset. Les creusets en quartz fondu font partie des seuls éléments adaptés à la méthode Czochralski de croissance de monocristaux de silicium, grâce à leur très faible dilatation et à leur excellente résistance au choc thermique. Les creusets en quartz présentent également l’avantage d’être non conducteurs, avec une résistivité nominale de 1 x 10⁸ Ω.m à 1 000 °C. »

Tubes et lingots en quartz fondu : Le quartz de haute pureté sert aussi à produire des tubes et lingots de quartz, essentiels à la création de pièces en quartz travaillées, c’est-à-dire des équipements ou composants en quartz utilisés à différentes étapes du processus de fabrication des semiconducteurs.

Si les creusets en quartz sont très résistants, ils ne sont pas toujours réutilisables. La durée de leur utilisation dépend souvent du procédé Czochralski employé. Après un certain usage, le creuset finit par accumuler des impuretés et d’autres défauts le rendant impropre à la croissance de nouveaux lingots monocristallins de silicium. 

Où trouve-t-on du quartz ailleurs dans le monde ?

Bien que la majorité du quartz de haute pureté mondial provienne de Spruce Pine, on le trouve aussi dans d’autres régions du globe, notamment :

• Mine de Bovill dans l’Idaho, États-Unis
• Dépôt de Lighthouse dans le Queensland, Australie
• Mines de White Springs et Quartz Hill en Australie

Il existe également des gisements en Mauritanie, Russie, Allemagne et Norvège.

Quelles conséquences pour les fabricants ?

Pour les fabricants de produits électroniques, les dégâts subis par les mines de quartz de haute pureté de Spruce Pine présentent des risques majeurs pour la chaîne d’approvisionnement en semiconducteurs. Puisque le quartz est indispensable à la production de puces, toute interruption de la production de quartz peut ralentir la fabrication des semiconducteurs. 

Bien que Sibelco et The Quartz Corp aient affirmé pouvoir éviter toute perturbation immédiate grâce à leurs stocks actuels, un rétablissement long ou de vastes travaux de reconstruction des infrastructures pourraient finir par affecter les délais de production. Compte tenu de la réutilisation limitée des creusets en quartz disponibles, plus la reprise des activités à Spruce Pine tarde, plus l’effet domino des arrêts pèsera sur l’ensemble de l’écosystème des semiconducteurs.