Le goulot du quartz : deux mines de Caroline du Nord décident des plans de capacité des fabs

Les chiffres du goulot de Spruce Pine sont plus petits et plus étranges que la version qui circule sur internet. Brian Potter, sur Construction Physics le 8 novembre 2024, estime que la ville produit 180 000 à 200 000 tonnes de quartz de haute pureté par an. C'est environ trois jours de production de la plus grande mine de charbon américaine. L'industrie qui en dépend pèse des milliers de milliards.

Le texte de Potter corrige utilement le cadrage apocalyptique qui a suivi l'ouragan Helene. Dans Material World, le livre d'Ed Conway paru en 2023, un expert du secteur est cité : des dégâts suffisants sur les mines « pourraient mettre fin à la production mondiale de semi-conducteurs et de panneaux solaires en six mois ». Le verdict de Potter est plus étroit. Spruce Pine n'est pas tout à fait un pivot irremplaçable. Si on la coupe, les rendements baissent, les coûts montent, la recherche de substituts s'accélère. Les semi-conducteurs ne s'arrêtent pas.

Pourquoi le creuset compte plus que la puce

La plupart du silicium des micropuces part du quartz. On le fait réagir avec du carbone dans un four à arc submergé pour obtenir du silicium de qualité métallurgique à 98 ou 99 pour cent de pureté. Le procédé Siemens le pousse jusqu'au polysilicium. Puis la méthode Czochralski fait fondre le polysilicium dans un creuset de quartz au-dessus de 1 400 degrés Celsius et tire un monocristal de la masse fondue. Les impuretés du creuset migrent dans le silicium, le quartz doit donc être aussi propre que raisonnablement possible. Les creusets sont fabriqués avec une couche interne de haute pureté et une couche externe moins chère.

Le coût compte autant que la pureté.

Potter rapporte que le quartz de haute pureté se négocie autour de 10 000 dollars la tonne. Les creusets coûtent plusieurs milliers de dollars pièce et tiennent environ 400 heures de fonctionnement. Un four Czochralski consomme 20 à 25 creusets par an, et une étude citée attribuait 30 pour cent du coût de fabrication des lingots monocristallins aux creusets. Une grande unité de lingots fait tourner des dizaines de fours. C'est pourquoi la panne d'une seule mine se propage si loin.

Les deux exploitants sont Covia, anciennement Unimin, filiale du groupe minier belge Sibelco, et Quartz Corp, une société minière norvégienne. Après Helene, Tom's Hardware rapportait le 1er octobre 2024 que Sibelco avait confirmé une suspension de ses opérations. Un porte-parole de Quartz Corp déclarait de son côté à The Verge qu'il était trop tôt pour dire si son site de production était touché. Tom's Hardware n'a pas pu joindre Sibelco, le téléphone étant coupé dans la zone. L'article précisait que les mines se trouvent dans les collines et non dans la ville, et des commentateurs contestaient le cadrage du titre.

Les plans de capacité ailleurs ignorent la chaîne des matériaux

Pendant ce temps, la course aux capacités continue. Le gouvernement indien a annoncé en juillet 2026 un Mobile Phone Manufacturing Scheme de 625 000 000 000 roupies (environ 6 500 000 000 dollars), sur cinq ans, plus 1 280 000 000 000 roupies (environ 13 300 000 000 dollars) pour la fabrication nationale de semi-conducteurs, selon TechCrunch. La Chine détenait 63 pour cent de la production mondiale de smartphones en 2025, contre 18 pour cent pour l'Inde, d'après Counterpoint Research. Aucun de ces chiffres ne traite de l'approvisionnement en creusets.

Texas Instruments a annoncé le 24 octobre 2024 avoir lancé la production de semi-conducteurs de puissance en GaN à Aizu, au Japon. L'entreprise quadruple ainsi sa capacité interne en GaN aux côtés de sa fab de Dallas et teste des procédés GaN sur des wafers de 300 mm. Mohammad Yunus, vice-président senior de la technologie et de la fabrication chez TI, a déclaré que l'entreprise visait plus de 95 pour cent de fabrication interne d'ici 2030. C'est un argument de chaîne d'approvisionnement, mais il porte sur les fabs de TI elles-mêmes, pas sur le quartz qui les alimente.

La conclusion de Potter mérite d'être retenue : des alternatives au quartz de Spruce Pine existent, mais elles ne sont pas encore développées, pas tout à fait aussi bonnes et pas tout à fait aussi bon marché. Un meilleur matériau de creuset ferait plus que supprimer le goulot. Le quartz est un facteur limitant de la fabrication des lingots, et le remplacer pourrait porter l'efficacité de production bien au-delà de ce que Spruce Pine peut fournir.