Spruce Pine abrite la mine de quartz la plus pure au monde et Sibelco est l'entreprise qui raffine le meilleur quartz pour l'industrie des semi-conducteurs.
Appalaches et pins épicéas - cette terre n'est pas un endroit riche, le centre-ville n'a qu'une gare, quelques maisons en briques à deux étages, un cinéma fermé depuis longtemps. Cependant, les montagnes environnantes sont riches en une variété de minéraux recherchés, dont certains sont précieux pour une utilisation industrielle, en particulier le quartz.
Cependant, contrairement à tout autre quartz sur terre, le pin épicéa possède le quartz naturel le plus pur. Le dépôt extrêmement supérieur de ces particules de dioxyde de silicium joue un rôle essentiel dans la production de silicium utilisé pour fabriquer des 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 estimé : « C'est une industrie de plusieurs milliards de dollars ici », a déclaré Glover à Wired en riant de bon cœur. « Vous ne le sauriez pas en passant par ici et vous ne le sauriez probablement jamais. »
Complexe industriel de Sibelco à Spruce Pine. Photo : Sibelco
Au 21e siècle, le sable est devenu plus important que jamais, en particulier dans le domaine des semi-conducteurs. La majeure partie du sable du monde est constituée de quartz, une forme de dioxyde de silicium, également connu sous le nom de silice. Les particules de dioxyde de silicium de haute pureté sont une matière première essentielle pour la fabrication de puces informatiques, de câbles à fibres optiques et d’autres matériels de haute technologie. La quantité de quartz utilisée pour ces produits est minuscule comparée aux montagnes de quartz utilisées pour améliorer le béton ou le sol. Mais son impact est incommensurable à l’ère du numérique.
Le raffinage du quartz pur est difficile, mais Spruce Pine a la chance de posséder un énorme gisement de quartz considéré comme le plus pur au monde. C'est le résultat d'une histoire géologique unique, lorsque, il y a environ 380 millions d'années, les mouvements géologiques entre le continent africain en collision avec les Amériques ont créé des frictions avec des températures dépassant les 2 000 degrés Celsius, provoquant la fusion de couches de roche, appelées pegmatite. 100 ans plus tard, cette roche en fusion enfouie profondément sous terre se refroidit et recristallise. Grâce aux activités géologiques, ils ont commencé à remonter à la surface.
Pendant de nombreuses années, les populations locales ont extrait des pegmatites, les ont broyées avec des outils manuels ou des machines rudimentaires et ont séparé le feldspath et le mica pour les utiliser, tandis que le quartz était considéré comme un « déchet », adapté uniquement à la fabrication de sable de construction ou jeté. Cependant, au milieu des années 1950, à des milliers de kilomètres de là, en Caroline du Nord, un groupe d’ingénieurs de Californie a commencé à faire des recherches sur le quartz pur pour les semi-conducteurs.
À cette époque, le marché des semi-conducteurs était en pleine expansion. Texas Instruments, Motorola et d'autres sociétés se sont lancées dans une course pour créer des transistors plus petits et plus efficaces destinés aux ordinateurs. L’un des matériaux utilisés dans les transistors est le germanium et le silicium.
Sibelco exploite du minerai de quartz à Spruce Pine. Photo : Sibelco
La percée a eu lieu en 1959, lorsque Robert Noyce et ses collègues de Fairchild Semiconductor ont découvert comment intégrer plusieurs transistors sur un morceau de silicium de haute pureté de la taille d'un ongle. La NASA a sélectionné les micropuces de Fairchild pour les utiliser dans ses programmes d'exploration spatiale, et les ventes de puces de la société ont rapidement augmenté à partir de là.
Créer ces puces est un processus incroyablement complexe. Ils nécessitent essentiellement du silicium pur, car à la moindre impureté, tout est gâché. Trouver du silicium est facile car c’est l’un des éléments les plus abondants sur Terre. Cependant, ils nécessitent de nombreuses étapes d’extraction. L’utilisation de quartz pur réduira considérablement le temps et les coûts.
Généralement, le sable est chauffé dans un four électrique à haute température pour créer une réaction chimique qui sépare la majeure partie de l’oxygène, laissant derrière lui 99 % de silicium pur. Mais cela ne suffit pas. Le silicium des panneaux solaires doit être pur à 99,999999 %, alors 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 % - un facteur qui réduit considérablement le coût de séparation des impuretés.
Quartz après avoir été raffiné. Photo : Sibelco
Mais même avec du quartz pur, tout le monde ne peut pas raffiner du silicium pur. « L’économie moderne est située dans une seule rue de Spruce Pine, qui mène à l’usine de Sibelco North America, une entreprise qui extrait et raffine du quartz de très haute pureté », a déclaré à Tom’s Hardware le professeur Ethan Mollick, expert en intelligence artificielle et en semi-conducteurs à la Wharton School of Business de l’Université de Pennsylvanie.
Sur son site Internet, Sibelco affirme également être « le seul fournisseur de quartz, pour la purification des plaquettes de silicium dans la fabrication de puces ». Cependant, l’existence de l’entreprise n’est pas aussi connue que celle de TSMC, Intel, ASML ou Samsung dans le domaine des semi-conducteurs.
Certains experts affirment que le caractère unique de Sibelco est démontré par le fait que le quartz fondu qu'elle produit offre des propriétés optiques, mécaniques et thermiques « excellentes » pour la fabrication de semi-conducteurs, de cellules photovoltaïques dans les panneaux solaires ainsi que de fibres optiques dans les câbles de télécommunications.
Selon Mollick, l’importance de Sibelco en particulier et de Spruce Pine en général est énorme. Extrait du livre de Conway, The Material World, publié sur X le 24 mars, il soutient qu'il y aurait « la fin de la fabrication de puces informatiques » si quelque chose de mal se produisait à Spruce Pine ou dans le ciel au-dessus.
« Quelle que soit la raison, tout arrêt ou interruption soudaine des opérations d'extraction de quartz à Spruce Pine pourrait provoquer un incident « tout à fait catastrophique » qui pourrait retarder la fabrication de puces de plusieurs années », a ajouté Mollick.
Bao Lam
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