Le seul endroit où l'industrie mondiale des semi-conducteurs dépend

Spruce Pine abrite la mine de quartz la plus pure au monde et Sibelco est l'entreprise qui raffine le quartz le plus fin pour l'industrie des semi-conducteurs.

Appalaches et pins épicéas : cette région est pauvre. Le centre-ville ne compte qu'une gare, quelques maisons en briques à deux étages et un cinéma fermé depuis longtemps. Cependant, les montagnes environnantes regorgent de minéraux précieux, dont certains sont précieux pour l'industrie, notamment le quartz.

Contrairement à tout autre quartz sur Terre, le pin épicéa possède le quartz naturel le plus pur. Ce dépôt de particules de dioxyde de silicium de très haute qualité joue un rôle essentiel dans la production du silicium utilisé pour la fabrication de puces semi-conductrices.

Glover, un géologue à la retraite qui a passé des décennies à rechercher des minéraux précieux dans les collines et les vallées des Appalaches et des montagnes Spruce Pine, a déclaré : « C'est une industrie qui pèse plusieurs milliards de dollars ici », a-t-il déclaré à Wired en riant. « On ne s'en rendrait pas compte en passant par ici, et on ne s'en apercevrait probablement jamais. »

Complexe industriel Sibelco à Spruce Pine. Photo : Sibelco — Complexe industriel Sibelco à Spruce Pine. Photo : *Sibelco*

Au XXIe siècle, le sable est devenu plus important que jamais, notamment dans l'industrie des semi-conducteurs. La majeure partie du sable mondial est composée de quartz, une forme de dioxyde de silicium, également appelée silice. Les particules de dioxyde de silicium de haute pureté sont une matière première essentielle à la fabrication de puces informatiques, de câbles à fibre optique et d'autres équipements de haute technologie. La quantité de quartz utilisée pour ces produits est infime comparée aux montagnes de quartz utilisées pour améliorer le béton ou les sols. Mais son impact est incommensurable à l'ère du numérique.

Raffiner le quartz pur est très difficile, mais Spruce Pine possède un immense gisement de quartz, considéré comme le plus pur au monde. Il est le fruit d'une histoire géologique unique : il y a environ 380 millions d'années, des mouvements géologiques entre le continent africain et les Amériques ont créé des frictions avec des températures dépassant les 2 000 °C, provoquant la fusion de couches de roche, appelées pegmatites. Cent ans plus tard, cette roche en fusion, enfouie profondément sous terre, s'est refroidie et a recristallisé. Grâce aux activités géologiques, elle a commencé à remonter à la surface.

Pendant des années, les habitants ont extrait des pegmatites, les ont concassées à l'aide d'outils manuels ou de machines rudimentaires, puis ont séparé le feldspath et le mica pour les utiliser, laissant le quartz à l'état de « déchet », propre à la construction ou mis au rebut. Mais au milieu des années 1950, à des milliers de kilomètres de là, en Caroline du Nord, un groupe d'ingénieurs californiens a commencé à étudier le quartz pur pour les semi-conducteurs.

À cette époque, le marché des transistors était en plein essor. Texas Instruments, Motorola et d'autres entreprises se sont lancées dans une course pour créer des transistors plus petits et plus performants destinés aux ordinateurs. Parmi les matériaux utilisés dans les transistors figuraient le germanium et le silicium.

Sibelco exploite du minerai de quartz à Spruce Pine. Photo : Sibelco — Sibelco exploite du minerai de quartz à Spruce Pine. Photo : *Sibelco*

La percée technologique eut lieu en 1959, lorsque Robert Noyce et ses collègues de Fairchild Semiconductor découvrirent comment intégrer plusieurs transistors sur un morceau de silicium de haute pureté, de la taille d'un ongle. La NASA choisit les puces de Fairchild pour son programme spatial, et les ventes de puces de l'entreprise connurent alors une croissance rapide.

La fabrication de ces puces est un processus très complexe. Elles nécessitent essentiellement du silicium pur, car la moindre impureté peut tout gâcher. Le silicium est facile à trouver, car c'est l'un des éléments les plus abondants sur Terre. Cependant, son extraction est complexe. L'utilisation de quartz pur permettrait de gagner du temps et de l'argent.

Normalement, le sable est cuit dans un four électrique à haute température pour créer une réaction chimique qui sépare la majeure partie de l'oxygène, laissant ainsi du silicium pur à 99 %. Cependant, cela ne suffit pas. Le silicium des panneaux solaires doit être pur à 99,999999 %, tandis que les puces informatiques sont encore plus exigeantes : 99,99999999999 %. Mais avec le quartz de pin épicéa, la pureté peut atteindre 99,998 %, voire 99,9992 %, ce qui réduit considérablement le coût de la séparation des impuretés.

Quartz après affinage. Photo : Sibelco — Quartz après affinage. Photo : *Sibelco*

Mais même avec du quartz pur, le raffinage du silicium pur n'est pas accessible à tous. « L' économie moderne repose sur une seule rue de Spruce Pine, qui mène à l'usine de Sibelco North America, une entreprise qui extrait et raffine du quartz ultra-pur », a déclaré à Tom's Hardware Ethan Mollick, professeur spécialisé en IA et semi-conducteurs à la Wharton School of Business de l'Université de Pennsylvanie.

Sur son site web, Sibelco affirme également être « le seul fournisseur de quartz pour l'affinage des plaquettes de silicium destinées à la fabrication de puces ». Cependant, l'entreprise est moins connue que TSMC, Intel, ASML ou Samsung dans le secteur des semi-conducteurs.

Selon certains experts, le caractère unique de Sibelco est démontré par le fait que le quartz fondu qu'elle produit offre d'« excellentes » propriétés optiques, mécaniques et thermiques pour la fabrication de semi-conducteurs, de cellules photovoltaïques dans les panneaux solaires ainsi que de fibres optiques dans les câbles de télécommunication.

Selon Mollick, l'importance de Sibelco en particulier et de Spruce Pine en général est considérable. Citant le livre de Conway, The Material World, publié sur X le 24 mars, il affirme que si un événement malheureux survenait à Spruce Pine ou dans le ciel au-dessus, ce serait la fin de la production de puces informatiques.

« Quelle que soit la raison, tout arrêt ou interruption soudaine des opérations d'extraction de quartz à Spruce Pine pourrait provoquer un incident « assez catastrophique » qui pourrait retarder la production de copeaux de plusieurs années », a ajouté Mollick.

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