Les semi-conducteurs sont-ils mauvais pour l’environnement ?

Il existe une tension discrète dans l’industrie technologique qui atteint rarement la phase de lancement d’un produit. Les appareils que nous achetons pour naviguer, communiquer et nous divertir dépendent de puces dont la production est, de plusieurs manières mesurables, nocive pour la planète. La fabrication de puces consomme des volumes extraordinaires d’eau et d’électricité, libère de puissants gaz à effet de serre et génère des déchets chimiques qui nécessitent une manipulation prudente. Dans le même temps, les produits alimentés par ces puces contribuent à réduire les émissions dans les domaines des transports, de l’énergie et de l’agriculture. Décider si les semi-conducteurs sont mauvais pour l’environnement n’est donc pas une question simple. Il s'agit d'une question de compromis-, de délais et de qui supporte les coûts.

 

 

semi-conducteurs

 

Commencer par les bases : de quoi nous parlons

Pour comprendre les enjeux environnementaux, il est utile de rappeler à quoi le mot fait réellement référence. Le sens de semi-conducteur vient de la physique : un semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire l’électricité se situe entre celle d’un conducteur et celle d’un isolant. Le silicium, l'exemple le plus courant, peut être conçu pour transporter ou bloquer le courant électrique en fonction des conditions, ce qui en fait l'élément de base idéal pour les transistors. Des milliards de transistors regroupés sur une seule puce forment les circuits logiques à l’intérieur de chaque smartphone, serveur, voiture et appareil. Le processus de fabrication qui produit ces puces à l’échelle nanométrique est l’une des opérations industrielles les plus gourmandes en ressources au monde.

 

 

L'eau : le coût le plus invisible

Points chauds environnementaux :

• Consommation d'eau ultra-pure
• Émissions de gaz perfluorocarbonés
• Électricité à partir de combustibles fossiles
• Flux de déchets chimiques
• Empreinte carbone des équipements

La fabrication de puces nécessite une eau d'une pureté extraordinaire, bien plus propre que l'eau potable, utilisée pour rincer les plaquettes entre les centaines d'étapes qui constituent les couches du circuit. Une seule grande installation de fabrication peut consommer chaque jour des millions de gallons de cette eau ultra pure. De nombreuses usines de fabrication avancées sont situées dans des régions périodiquement confrontées à de graves sécheresses, ce qui soulève des questions pointues quant à savoir si l'implantation de la production de copeaux dans des zones de stress hydrique -est durable à mesure que la production augmente encore.

Ce que la plupart des gens ne considèrent pas, c’est la précision du matériel nécessaire à la gestion de cette eau une fois qu’elle entre dans l’usine. Les circuits d'eau ultra-pure reposent sur des vannes et des raccords de tuyauterie en acier inoxydable qui répondent à des exigences strictes en matière de propreté et de résistance à la corrosion-, car même des traces de contamination provenant de matériaux de qualité inférieure peuvent ruiner un lot de plaquettes. Des fabricants tels que LEADTEK fournissent le type deRobinets à tournant sphérique en acier inoxydable SS316etraccords de tuyauteriedont dépendent les installations de semi-conducteurs pour un contrôle des fluides-sans fuite ni contamination-dans leurs systèmes d'eau ultra-pure. C'est un détail qui apparaît rarement dans les gros titres sur l'empreinte environnementale de la fabrication de puces, mais la fiabilité de chaque vanne de la boucle affecte directement la quantité d'eau gaspillée ou récupérée par une usine.

Le problème de l'eau s'aggrave lorsque de nouvelles installations sont construites dans des régions arides ou semi--arides, où la disponibilité en eau douce est déjà soumise à la pression de l'agriculture, de la croissance démographique et du réchauffement climatique. Les fabricants de puces ont fait de réels progrès en matière de recyclage de l’eau, certaines usines récupérant et réutilisant désormais plus de quatre-vingts pour cent de l’eau qu’elles consomment. Toutefois, le progrès n’est pas la même chose que la résolution. Même l’eau recyclée nécessite de l’énergie pour être purifiée, et le volume absolu de la demande ne cesse de croître à mesure que la production de copeaux augmente.

 

Robinet à boisseau sphérique à bride en acier inoxydable LEADTEK

 

Des gaz à effet de serre dont vous n’avez probablement jamais entendu parler

Le dioxyde de carbone est le gaz à effet de serre qui domine le débat public, mais la contribution atmosphérique la plus troublante de l’industrie des puces provient d’une famille de molécules entièrement différente. Les perfluorocarbures et les composés apparentés tels que le trifluorure d'azote sont utilisés lors des processus de gravure au plasma et de nettoyage des chambres à l'intérieur des usines de fabrication. Ces gaz sont des réchauffeurs incroyablement puissants. Le trifluorure d'azote, par exemple, retient la chaleur des milliers de fois plus efficacement que le dioxyde de carbone sur une période d'un siècle-, et persiste dans l'atmosphère pendant des centaines d'années.

Pendant de nombreuses années, ces gaz n’ont même pas été inclus dans les cadres internationaux de suivi des émissions, en partie parce qu’ils étaient produits en si petits volumes absolus et en partie parce qu’ils n’avaient aucune source naturelle, ce qui les rendait faciles à ignorer. La prise de conscience s’est considérablement améliorée. Les principaux fabricants de puces déclarent désormais leurs émissions de gaz fluorés et ont investi dans des systèmes de réduction qui détruisent les gaz avant qu'ils n'atteignent l'atmosphère. La situation est meilleure qu’elle ne l’était il y a dix ans et reste un sujet de préoccupation légitime alors que les volumes de production de plaquettes continuent de grimper.

Les appareils sur lesquels nous comptons pour naviguer vers un avenir plus vert sont construits par des usines qui ont leurs propres dettes environnementales à régler.

 

L'équation énergétique

Les Fabs fonctionnent 24 heures sur 24 et ne s'arrêtent jamais. Les machines qui déposent, gravent et inspectent les couches de matériau sur les tranches de silicium sont gourmandes en énergie, ce qui est difficile à apprécier pleinement de l'extérieur. Une seule grande usine peut consommer autant d’électricité qu’une petite ville, et la consommation collective de l’industrie mondiale des puces rivalise avec celle de nombreux pays de taille moyenne. La provenance de cette électricité est extrêmement importante. Une usine alimentée par l'énergie hydroélectrique ou solaire a un profil carbone fondamentalement différent de celui d'une usine alimentée par un réseau à forte consommation de charbon.

De nombreuses régions où est concentrée la production de puces avancées dépendent encore largement des combustibles fossiles pour leur approvisionnement en électricité, notamment le gaz naturel liquéfié et, dans certains cas, le charbon. À mesure que la capacité de production augmente, la pression sur les infrastructures électriques locales s'accroît également, et les défenseurs de l'environnement dans plusieurs endroits ont fait part de leurs inquiétudes quant à la construction d'une nouvelle production de combustibles fossiles spécifiquement pour répondre à la demande de l'industrie des puces. L’industrie s’est largement engagée à développer ses achats d’énergies renouvelables, même si le rythme et la crédibilité de ces engagements varient considérablement d’un opérateur à l’autre.

 

L’autre côté du grand livre

Un compte rendu équilibré doit reconnaître l’histoire compensatoire. Les semi-conducteurs font partie intégrante de nombreuses technologies qui offrent les voies les plus crédibles pour réduire les émissions mondiales. Les véhicules électriques s’appuient sur des puces électroniques de puissance pour gérer les performances de la batterie et l’efficacité de la charge. Les systèmes de réseaux intelligents utilisent des puces pour équilibrer l’offre et la demande d’électricité en temps réel, réduisant ainsi les déchets. L'éclairage LED, les pompes à chaleur, les contrôleurs d'éoliennes et les onduleurs solaires dépendent tous de puces pour leur fonction principale. Les économies d'énergie permises par ces applications, accumulées sur des millions d'installations et des décennies d'exploitation, sont substantielles.

Les chercheurs qui ont étudié le cycle de vie complet des technologies basées sur les puces-constatent généralement que les émissions évitées par des produits tels que les véhicules électriques ou les thermostats intelligents dépassent les émissions générées lors de la fabrication des puces, souvent de loin. Cela ne signifie pas que l’impact de la fabrication est acceptable ou négligeable. Cela signifie que la relation entre la fabrication de puces et l'environnement est plus compliquée qu'un simple mauvais-ou-bon verdict ne peut l'exprimer.

 

À quoi ressemble la responsabilité

Les opérateurs les plus puissants de la chaîne d’approvisionnement des puces ont commencé à considérer la durabilité comme un problème technique plutôt que comme un exercice de relations publiques. Les systèmes de recyclage de l’eau sont devenus des exigences techniques standard dans les nouvelles conceptions d’usines. Les équipements de réduction des gaz fluorés sont désormais largement déployés dans les principales installations. L'approvisionnement en énergies renouvelables s'accélère, en partie sous l'effet des engagements internes des entreprises et en partie sous la pression des principaux clients du secteur technologique qui ont leurs propres objectifs de zéro émission nette.

La réglementation se durcit également. La directive de l'Union européenne sur les rapports de développement durable oblige les grandes entreprises à divulguer des données environnementales avec une précision croissante. Les lois californiennes sur la divulgation du climat, qui sont entrées en vigueur par étapes à partir de 2024, affectent les fabricants de puces ayant des activités ou des clients importants dans l'État. Ces cadres créent des incitations à la mesure et à la réduction qui vont au-delà des engagements volontaires.

La réponse honnête à la question posée en haut de cet article est que la fabrication de puces entraîne de réels coûts environnementaux, coûts que l’industrie s’efforce de réduire mais n’a pas encore résolus. Dans le même temps, les puces produites permettent des technologies qui pourraient, à terme, faire plus pour réduire les émissions que ce que les usines de fabrication émettent. L'objectif ne devrait pas être de célébrer ce compromis-mais de le conclure, en rendant la production plus propre tandis que les applications qu'elle permet continuent de décarboniser l'économie dans son ensemble.