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L’inondation de carrières de quartz aux Etats-Unis fait trembler le monde des semi-conducteurs et du solaire
[Matière à penser] Les inondations causées par l’ouragan Hélène dans la ville américaine de Spruce Pine, en Caroline du Nord, sont scrutées de près par l’industrie. La zone est la seule au monde à produire du quartz de très haute pureté quasi indispensable à la production de silicium pour les semi-conducteurs et les panneaux solaires. Les stocks et les solutions alternatives devraient prévenir tout impact notable.
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04 octobre 2024 \ 09h00 / Nathan Mann
4 min. de lecture
L’inondation de carrières de quartz aux Etats-Unis fait trembler le monde des semi-conducteurs et du solaire
© The Quartz Corp
Les carrières et les usines de quartz de Spruce Pine produisent un matériau très pur, crucial pour les industriels de l'électronique et du photovoltaïque.
On a beau le savoir, la dépendance de certains secteurs industriels à une poignée de sites ultra-spécialisés – qui servent de base aux productions les plus complexes et alimentent les chaînes de valeur les plus longues – ne finit pas d’étonner. Dernier épisode en date : les inondations que connaît la ville américaine de Spruce Pine, en Caroline du Nord, à la suite du passage de l’ouragan Hélène fin septembre. En quelques jours, les médias américains se sont enflammés. Redécouvrant un secret bien gardé de l’industrie du silicium, le matériau de base des puces électroniques, des panneaux solaires et des fibres optiques : son extrême dépendance au quartz de très haute pureté (ou HPQ) extrait dans cette petite zone de la chaîne de montagne des Appalaches.
Imerys, Norsk Mineral et Sibelco affectés
La catastrophe, renforcée par le réchauffement climatique, a entraîné la destruction de nombreuses infrastructures, y compris routières, ferroviaires et électriques. Les deux entreprises qui produisent du quartz très haute pureté à Spruce Pine ont été touchées. «A partir du 26 septembre, nous avons temporairement mis en pause les opérations dans nos installations », écrit le belge Sibelco, sans donner de date de reprise. Le groupe, très discret, qui ne publie pas ses chiffres de production, est considéré comme le principal producteur de quartz de très haute pureté du monde. En 2023, l’entreprise avait annoncé investir 200 millions de dollars pour doubler la production de ce minéral critique à Spruce Pine.
Chez son homologue The Quartz Corp (TQC), la tonalité est la même. Cette coentreprise entre le groupe norvégien Norsk Mineral et son homologue français Imerys (auquel cette activité a rapporté 80 millions d’euros d’Ebitda en 2023), est l'autre à exploiter le quartz de la région. Peu portée sur la publicité, elle ne détaille pas non plus sa production et son outil industriel mais souligne sur son site internet la qualité de vie à Spruce Pine, où l’on compterait pas moins de 60 brasseries locales.
«Il est encore trop tôt pour évaluer quand TQC pourra reprendre ses opérations, car cela dépendra de la reconstruction des infrastructures locales», explique l’entreprise. Le groupe estime par email qu'une première inspection visuelle laisse penser que ses installations «ont été plutôt bien préservées», mais que sa capacité «à redémarrer les opérations dépendra aussi largement des infrastructures environnantes».
Creusets du numérique
Pourquoi se soucier de ces quelques carrières, alors que plus de 300 millions de tonnes de quartz (aussi désigné sous le nom de silice) sont extraits chaque année dans le monde ? Comme le raconte un long article du journal américain Wired paru en 2018, le quartz du coin, issu de pegmatites, est unique au monde. Géologiquement, il comporte très peu d’impuretés et possède une structure cristallographique qui permet de le purifier encore davantage via différents procédés notamment des attaques acides. De quoi permettre à Silbeco et TQC de produire du sable de quartz ultra-pur (ou HPQ), composé d’oxyde de silicium à 99.999% pour les qualités les plus élevées.
Ce matériau, inerte chimiquement et qui ne fond pas à des températures inférieures à 1700°C, est indispensable aux producteurs de wafer en silicium, ces tranches de métal semiconducteur qui servent de substrat aux puces électroniques et aux panneaux solaires. Pour produire du silicium ultra-pur (à 99,999999999% parfois) et lui donner la composition cristalline qu’ils souhaitent, cette industrie a besoin de creusets en quartz ultra-pur. Ces récipients en forme de bols, d’un blanc laiteux, lui permettent grossièrement de fondre et de transformer le silicium métallique sans risque que les parois ne le contaminent (au cours d’un procédé dit de Czochralski).
Des stocks suffisants
C’est pour cette étape vitale que le quartz de Silbeco et TQC est sans rival ou presque. Selon Bloomberg NEF, les deux usines actuellement à l’arrêt produisent autour de 20000 tonnes par an et sont à la source de l’ordre de 80% du marché actuel, qui alimente notamment le solaire pour des questions de volume. D’où un certain alarmisme, puisque sans creusets, ce sont toutes les industries des puces et du photovoltaïque qui seraient contraintes de s'arrêter. Nous n'en sommes pas encore là : l’existence de stocks de quartz, creusets et wafer devrait alléger le choc à court et moyen terme, notent les industriels du secteur.
«Nos fournisseurs de creusets ont assez de stocks pour répondre à nos besoins. La chaîne d’approvisionnement est assez résiliente pour faire face à une perturbation», a ainsi affirmé le géant taïwanais des puces TSMC auprès de BNN Bloomberg. «Notre compréhension est qu’il existe suffisamment de stocks de sécurité dans la chaîne d’approvisionnement pour atténuer les risques à court-terme. Qui plus est, Siltronic maintient ses propres stocks de sécurité de matériaux à base de quartz pour amortir les fluctuations de court-terme», precise aussi l’allemand Siltronic, un grand fabricant de wafers en silicium, dans un message à l’Usine Nouvelle.
«Cette histoire a pris une importance démesurée. Les stocks vont supporter l'industrie jusqu'à ce que les mines rouvrent, ou que la production de quartz synthétique augmente», réagit aussi Jenny Chase, analyste chargée du solaire chez Bloomberg NEF dans un message électronique à L'Usine Nouvelle. Le groupe Mitsubishi, par exemple, peut déjà produire du quartz analogue à celui de Spruce Pine, mais «avec des coûts significativement plus élevés et une capacité limitée», note l'analyste. D'autres entreprises, en Chine (Jiangsu Pacific Quartz) et en Russie (Russian Quartz) peuvent aussi produire du quartz de haute pureté, mais pas forcément de la qualité de celui de Spruce Pine.
Le redémarrage des industriels du quartz américain sera donc scruté de prêt. «La rareté du quartz haute pureté va inévitablement provoquer une hausse des prix substantielle», prévoit ainsi Oddo BHF dans une note récente. L’analyste de la banque d’investissement, qui avait déjà souligné la valeur de cette activité quartz haute pureté pour Imerys, juge que la dynamique devrait favoriser TQC, dont la raffinerie est en Norvège et peut continuer à fonctionner. Par email, TQC précise : «Quartz Corp opère au sein de chaînes de valeur longues, où tout le monde a appris durant le Covid l’importance d’avoir des stocks de sûreté conséquents. Entre nos propres stocks de sûreté à différents endroits et ceux en aval de la chaîne de valeur, nous ne sommes pas préoccupés par le risque pénuries à court ou moyen terme».
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Enquête — Énergie
Détruite sous l’ère Merkel, l’industrie photovoltaïque retrouve des couleurs et rêve d’indépendance vis-à-vis du géant chinois. Reportage au cœur de la « Solar Valley ». [3/4]
Vous lisez la partie 3 de l’enquête « En Allemagne, la transition à tout prix ». Relisez la partie 1, la 2.
Bitterfeld-Wolfen (Allemagne), reportage
Jochen Fritsche craint l’espionnage industriel comme la peste. Dans son usine de cellules pour panneaux solaires, à Bitterfeld-Wolfen, dans l’est de l’Allemagne, les smartphones sont interdits. Pas le droit non plus de faire de larges prises de vue de la chaîne de production ou de certaines machines, protégées par des dizaines de brevets. « Nos concurrents pourraient copier notre façon de procéder », justifie-t-il.
Les concurrents de Jochen Fritsche, ce sont les entreprises chinoises qui concentrent à elles seules 98 % de la fabrication de ces cellules. Le site du groupe Meyer Burger est le seul d’Europe à produire à l’échelle industrielle ces petits carrés de métal bleu, pièce maîtresse des panneaux photovoltaïques.
Il n’en a pourtant pas toujours été ainsi. En 2011, l’industrie solaire allemande était numéro 1 et comptait plus de 150 000 salariés. La première économie d’Europe était à la pointe de la recherche technologique. Une avance considérable. Las, les dirigeants allemands de l’ère Merkel ont délibérément choisi de saborder la filière.
Plus de la moitié des ouvriers et ouvrières de l’usine travaillaient dans l’industrie solaire allemande avant la crise qu’a connu la filière en 2012. © Stefanie Loos / Reporterre
Accusé de faire grimper les prix de l’électricité, le photovoltaïque est devenu à l’époque la cible du parti conservateur de la chancelière. En 2012, il a réduit drastiquement les subventions et a divisé par quatre le plafond autorisé pour de nouvelles installations solaires. « Lever le pied sur la transition énergétique » était l’objectif assumé de Peter Altmaier, le bras droit de la chancelière. Le puissant lobby du charbon l’a encouragé. « Le photovoltaïque en Allemagne, ça a autant de sens que de faire pousser des ananas en Alaska », raillait Jürgen Großmann, le patron de RWE, le plus gros énergéticien du pays, exploitant du bassin minier rhénan.
Les résultats ne se sont pas fait attendre. Les carnets de commandes des usines se sont vidés, les faillites se sont enchaînées. En quatre ans seulement, 100 000 employés se sont retrouvés au chômage. Ce qu’il restait du marché allemand fut récupéré par la Chine, qui a flairé la bonne affaire et a fait du solaire, au contraire, une priorité. L’Allemagne a perdu à la fois une industrie florissante et la dynamique de sa transition énergétique avec des conséquences qui se font encore sentir : dix ans plus tard, le déploiement du solaire dans le pays n’a jamais retrouvé son niveau d’antan.
Jochen Fritsche a connu cette époque. « Il a manqué d’une vision, de la reconnaissance que le solaire est un élément stratégique de notre approvisionnement en énergie, analyse-t-il aujourd’hui. De toute façon, c’était une époque où les politiciens ne voyaient pas le problème de laisser partir des filières clés à l’étranger, comme la pharmacie ou l’électronique. »
Jochen Fritsche, directeur de l’usine de cellules solaires Meyer Burger de Bitterfeld-Wolfen. © Stefanie Loos / Reporterre
« Nous pouvons la faire redémarrer »
Aujourd’hui, les choses ont changé. Angela Merkel a pris sa retraite politique, et la coalition qui dirige l’Allemagne depuis un an a de très grandes ambitions pour l’énergie solaire. Elle doit devenir la première source de production d’électricité avec un objectif de 215 gigawatts en 2030 et 400 gigawatts en 2045 — contre 59 installés début 2022. « Il est incompréhensible pour moi qu’on ait laissé s’effondrer notre industrie, déplore l’écologiste Robert Habeck, l’actuel vice-chancelier allemand. Mais nous pouvons la faire redémarrer. »
L’Allemagne est à la croisée des chemins. Les renouvelables n’ont jamais été aussi populaires, en particulier le solaire, à la fois bon marché et facile à installer. L’invasion russe en Ukraine et la crise des énergies fossiles ont créé un choc dans l’opinion. Au-delà de la nécessité de décarboner l’économie pour protéger le climat, « la guerre en Ukraine montre que ce sont les renouvelables qui permettent à la fois d’assurer notre approvisionnement de façon autonome et de faire baisser les prix », explique le directeur de l’Institut de Wuppertal pour le climat, Manfred Fischedick.
Le solaire doit devenir la première source d’électricité en Allemagne d’ici 2030. © Stefanie Loos / Reporterre
Certains les qualifient même d’« énergies de la liberté ». Mais le sont-elles vraiment, lorsque tout ou presque vient de Chine ? De l’extraction du silicium jusqu’au module, Pékin détient plus de 80 % des étapes nécessaires à la fabrication de panneaux solaires. « Il faut bien voir les conséquences de cette dépendance : les usines chinoises tournent massivement au charbon, et une partie d’entre elles fait appel à du travail forcé », explique Nadine Bethge, ancienne ingénieure dans le solaire, aujourd’hui experte pour l’association environnementale Deutsche Umwelthilfe. L’industrie solaire chinoise se concentre notamment dans la région du Xinjiang, où la communauté ouïghoure est victime d’une violente répression.
Volker Quaschning, de l’Université des sciences appliquées de Berlin, insiste aussi sur les incertitudes géopolitiques, en particulier avec les visées du régime de Xi Jinping sur l’île de Taïwan. « Qui nous garantit que dans cinq ans, on aura encore de bonnes relations avec la Chine ? S’ils cessent de nous fournir en cellules solaires, notre transition énergétique est morte », considère le chercheur.
Éviter de dépendre de la Chine
Ce risque taraude le pouvoir. Le photovoltaïque doit devenir synonyme de « Souveränität » — le mot est emprunté au français —, et donc être relocalisé. Il s’agit d’éviter de passer d’une dépendance à la Russie, avec les énergies fossiles, à une dépendance à la Chine, avec les renouvelables. En visitant cet été l’usine Meyer Burger de Bitterfeld-Wolfen, le vice-chancelier allemand a voulu envoyer un signal. « Je vois l’opportunité d’un retour en force de l’industrie solaire en Allemagne », a assuré Robert Habeck. Il en va, a-t-il dit, de « la sécurité nationale et européenne ».
Chez Meyer Burger justement, on connaît bien la Chine. Jusqu’en 2020, le groupe équipait l’industrie photovoltaïque de l’Empire du Milieu en appareils de découpe et de mesure. « Une machine, c’est facile à copier. Il suffit de la démonter pour comprendre comment elle est faite », dit Annegret Schneider, en charge de la communication de l’entreprise. Ainsi, lorsque les usines chinoises se sont mises à fabriquer leurs propres machines, les ventes de Meyer Burger ont décliné. La société a alors pressenti les risques pour son modèle économique, mais aussi, plus globalement, pour le succès de la transition énergétique. Elle a changé complètement de stratégie : plutôt que vendre sa dernière génération de machines-outils, elle l’a gardée pour elle, et s’est lancée dans la production de cellules et panneaux solaires. En Europe, pour le marché européen.
Son nouveau point de chute est une évidence : ce sera la « Solar Valley » de Bitterfeld-Wolfen, où ont travaillé autrefois Jochen Fritsche, mais aussi son PDG, le physicien allemand Gunter Erfurt. À son zénith en 2011, l’écosystème d’entreprises et de centres de recherche spécialisés comptait 3 500 emplois et promettait un avenir radieux à cette région désindustrialisée d’ex-Allemagne de l’Est.
La Solar Valley employait 3 500 personnes en 2012, à peine quelques centaines aujourd’hui. © Stefanie Loos / Reporterre
« Solar Valley »
Au milieu des herbes hautes et des bâtiments abandonnés, Meyer Burger a réaménagé une ancienne halle de 27 000 m2, inaugurée à l’été 2021. « On est sur un terrain fertile ici », dit Jochen Fritsche, déclinant les avantages : « les locaux adaptés », « le soutien des autorités locales » et surtout « le personnel qualifié ». Plus de la moitié des ouvriers de l’usine travaillaient il y a dix ans dans le solaire. Sous leur contrôle, les bras des robots s’agitent en cadence pour produire 300 000 cellules par jour. Elles rejoignent la deuxième usine du groupe, à 150 kilomètres de là, pour être assemblées en panneaux solaires. À Freiberg, en Saxe, Meyer Burger a, là aussi, fait revivre un ancien site industriel solaire.
En déambulant dans l’usine de Bitterfeld, Jochen Fritsche détaille le processus de fabrication des cellules, de la plaquette de silicium au produit fini, « en quatre étapes au lieu de dix habituellement ». Un nouveau procédé sans plomb, moins gourmand en énergie et en produits chimiques permet, selon les dires du patron, d’obtenir une cellule 20 % plus performante que la concurrence. Une avance technologique « made in Germany » que Meyer Burger, cette fois, ne compte pas dilapider.
La quasi-totalité de la chaîne de production a été automatisée. L’usine emploie 250 salariés. © Stefanie Loos / Reporterre
L’entreprise vend en Allemagne, mais aussi en Autriche, en Suisse, en Belgique ou en France. Le moral est bon et le carnet de commandes plein « au moins jusqu’à mi-2023 ». Depuis l’ouverture, les machines tournent 24 heures sur 24, sept jours sur sept. Les Allemands seraient-ils prêts à payer un peu plus cher pour soutenir le redémarrage de la production nationale face au low cost chinois ? Oui, répond sans hésiter Kerstin Lopau, qui accompagne les particuliers dans l’installation de panneaux solaires. Son association SoLocal Energy se fournit auprès de Heckert Solar, l’un des rares fabricants qui a survécu à la crise de 2012. « La question des droits de l’Homme est importante pour nous, personne ne doit souffrir pour notre transition énergétique », explique-t-elle.
Chez Enerparc, l’un des plus gros développeurs et exploitants de parcs photovoltaïques, on observe aussi un changement de mentalité. « Nous travaillons directement pour des clients comme Ikea ou Volkswagen, qui veulent maintenant savoir d’où viennent nos installations », dit Stefan Müller, responsable du développement commercial. Il en va de la « réputation » des entreprises, dit-il, alors qu’une loi les contraignant à faire respecter des normes bien plus strictes chez leurs sous-traitants, en matière de protection de l’environnement et des droits de l’Homme, entrera en vigueur en janvier prochain.
La demande est bien là. Mais les obstacles restent nombreux. L’industrie solaire allemande compte trois fois moins d’employés qu’il y a dix ans. La chaîne de production en amont des cellules solaires est quasi inexistante, avec un seul fournisseur de polysilicium pour toute l’Europe. La filière de recyclage est balbutiante.
Or « le temps presse », s’impatiente Nadine Bethge, de la Deutsche Umwelthilfe. « Le risque d’une guerre commerciale est présent », non seulement avec la Chine, mais aussi avec les États-Unis, qui ont débloqué des aides massives pour relocaliser l’industrie solaire sur leur sol. « Ces deux pays ont besoin de panneaux solaires pour remplir leurs propres objectifs, pourquoi nous les vendraient-ils ? s’interroge Nadine Bethge. Il faut absolument inciter les usines à ouvrir en Europe. »
Les cellules de panneaux solaires sont fabriquées à partir de silicium, un matériau semi-conducteur abondamment utilisé dans l’électronique. © Stefanie Loos / Reporterre
À ce stade, seul l’objectif est clair : la Commission européenne veut atteindre 30 GW de capacité de production européenne d’ici 2025, sur l’ensemble de la chaîne de valeur. Les moyens pour y parvenir le sont moins. Lancée le 9 décembre par l’UE, l’Alliance industrielle de l’industrie solaire doit permettre d’encourager les investissements. À Berlin, le gouvernement dit réfléchir à la mise en place de « garanties d’État » pour les investissements dans la production et l’installation d’électricité verte. La proposition d’un « Buy European Act » défendue par la France, qui favoriserait la production « made in Europe », a été accueillie chaleureusement, sans que ses contours n’en soient vraiment définis.
La filière, elle, veut croire en son avenir. Meyer Burger prévoit de tripler sa production d’ici 2024 et mise sur son partenariat avec l’institut Fraunhofer, le plus grand centre de recherche solaire du monde, pour améliorer encore sa technologie. Heckert Solar vient de s’agrandir tout comme Solarwatt, un autre fabricant. En France et en Italie, deux usines géantes sont en projet. « En recherche et développement, l’Europe est toujours leader, souligne le PDG de Meyer Burger, Gunter Erfurt. Les chaînes d’approvisionnement sont petites, mais réactivables et agrandissables. » Il en est convaincu : « C’est maintenant ou jamais ! »
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