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Stéphan Peccini ba8dde5972 Actualiser Documents/Minerai/Fiche minerai quartz.md

2025-05-22 18:05:41 +02:00

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minerai

Quartz 5N

Quartz

1.0

2025-04-22

Version initiale

Stéphan Peccini

Objectif_final_v0-7.pdf §2 (méthodologie de calcul)

…

Fiche {{ type_fiche }} {{ produit }}

Version	Date	Commentaire
{{ version }}	{{ date }}	{{ commentaire }}

Présentation synthétique

Le quartz ultra-pur 5N représente l'une des matières premières les plus critiques pour l'industrie des semi-conducteurs et du photovoltaïque. Avec une pureté atteignant 99,999% de dioxyde de silicium (SiO₂), ce matériau stratégique constitue un maillon essentiel dans la fabrication des composants électroniques avancés. Sa production implique des processus complexes de purification à partir de gisements de quartz naturel exceptionnellement purs, dont les plus importants se situent à Spruce Pine (Caroline du Nord, États-Unis) qui fournit environ 80% de la production mondiale. Le traitement du quartz pour atteindre ce niveau de pureté 5N nécessite une élimination quasi-totale des impuretés (aluminium, titane, fer, lithium, sodium, potassium), généralement présentes à seulement quelques parties par million (ppm) dans le matériau final. Ces exigences de pureté extrême font du quartz 5N un matériau rare, coûteux et stratégique, utilisé principalement pour la fabrication de creusets de haute qualité destinés à la croissance des cristaux de silicium, de tubes de quartz et d'autres composants critiques pour l'industrie électronique.

Secteurs d'utilisation

Secteur	Type d'usage	Part estimée
Semiconducteurs	Utilisé pour la fabrication de creusets et de tubes pour la production de wafers de silicium	56.4%
Solaire	Employé dans la production de cellules photovoltaïques à haut rendement	20%
Numérique	Utilisé dans la fabrication de composants électroniques, fibres optiques et LED	10%
Optique et laser	Sert à la production de lentilles, prismes et composants laser de haute précision	8%
Autres	Utilisé dans la fabrication de verre de laboratoire, céramiques spéciales et lampes halogènes	5.6%

Procédés de traitement

Étape	Description du procédé	*Part utilisée
Sélection des gisements	Identification des filons de quartz naturel avec faible teneur initiale en impuretés (<100 ppm)	100%
Extraction sélective	Extraction minutieuse pour éviter la contamination, souvent manuelle ou semi-automatisée	100%
Concassage primaire	Réduction en fragments de 5-10 cm dans des équipements sans contamination métallique	95%
Tri optique et manuel	Élimination des fragments visiblement contaminés (inclusions, veines)	90%
Broyage et classification	Réduction à la granulométrie désirée (typiquement 0,5-3 mm)	85%
Lixiviation acide	Traitement par acide chlorhydrique et acide fluorhydrique dilués pour éliminer les impuretés métalliques	80%
Flottation	Séparation des minéraux accessoires par flottation sélective	75%
Séparation magnétique	Élimination des minéraux paramagnétiques (fer, titane)	70%
Lixiviation alcaline	Traitement par solution d'hydroxyde de sodium pour éliminer certaines impuretés	65%
Purification thermique	Traitement à haute température (1200-1400°C) pour volatiliser certaines impuretés	60%
Lavage final	Rinçage intensif à l'eau ultra-pure	58%
Contrôle qualité	Analyse par spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS) pour certification	55%

Note: Les pourcentages dans la colonne "Part utilisée" indiquent la proportion du matériau initial qui passe à chaque étape suivante. La diminution progressive reflète les pertes inhérentes au processus de purification.

Composants numériques liés au quartz ultra-pur

Le quartz ultra-pur est une matière de base critique pour la fabrication de composants de niveau supérieur dans l'industrie numérique. Il est notamment utilisé pour :

Creusets de croissance Czochralski : nécessaires à la fabrication de lingots de silicium monocristallin.
Tubes de diffusion : indispensables pour les traitements thermiques dans la fabrication de circuits intégrés.
Fibre optique : utilisée dans les infrastructures de télécommunications à haut débit.
Substrats photolithographiques : dans les procédés de gravure de semi-conducteurs.

Ces composants sont à leur tour intégrés dans les systèmes suivants : data centers, dispositifs médicaux (IRM, imagerie), véhicules connectés, équipements de défense, etc.

Extraction_Quartz:
  Russie_Extraction_Quartz:
    nom_du_pays: Russie
    part_de_marche: 6%
    acteurs:
      RussianQuartz_Russie_Extraction_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Russian Quartz LLC
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: Russie
  EtatsUnis_Extraction_Quartz:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 79%
    acteurs:
      TheQuartz_EtatsUnis_Extraction_Quartz:
        nom_de_l_acteur: The Quartz Corp
        part_de_marche: 35%
        pays_d_origine: Norvège
      Sibelco_EtatsUnis_Extraction_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Sibelco
        part_de_marche: 30%
        pays_d_origine: Belgique
  Norvege_Extraction_Quartz:
    nom_du_pays: Norvège
    part_de_marche: 3%
    acteurs:
      TheQuartz_Norvege_Extraction_Quartz:
        nom_de_l_acteur: The Quartz Corp
        part_de_marche: 3%
        pays_d_origine: Norvège
  Chine_Extraction_Quartz:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 10%
    acteurs:
      JiangsuPacific_Chine_Extraction_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Jiangsu Pacific Quartz Co
        part_de_marche: 8%
        pays_d_origine: Chine

Principaux producteurs - Extraction

Pays d'implantation	Entreprise	Pays d'origine	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : tonnes/an

Total : 35000

Analyse de pertinence : Les données d'extraction sont pertinentes car elles reflètent la forte concentration de la production aux États-Unis, en particulier autour de Spruce Pine. Cette dépendance géographique constitue un point de fragilité important dans la chaîne d'approvisionnement mondiale. Les producteurs chinois et russes restent marginaux, limitant les alternatives en cas de perturbation géopolitique ou climatique.

Reserves_Quartz:
  Russie_Reserves_Quartz:
    nom_du_pays: Russie
    part_de_marche: 5%
    acteurs:
      {}
  Chine_Reserves_Quartz:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 26%
    acteurs:
      {}
  Norvege_Reserves_Quartz:
    nom_du_pays: Norvège
    part_de_marche: 9%
    acteurs:
      {}
  EtatsUnis_Reserves_Quartz:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 28%
    acteurs:
      {}

Principaux pays - Réserves

Pays d'implantation	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : tonnes

Total : 30000000

Analyse de pertinence : La distribution des réserves est cohérente avec celle de la production, soulignant l'importance stratégique des États-Unis et de la Chine. Le faible poids de la Norvège et de la Russie en termes de réserves souligne leur rôle secondaire dans la sécurité d'approvisionnement à long terme.

Traitement_Quartz:
  Russie_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: Russie
    part_de_marche: 5%
    acteurs:
      KyshtymMining_Russie_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Kyshtym Mining
        part_de_marche: 5%
        pays_d_origine: Russie
        minerai_origine:
          pays: Russie
          pourcentage: 100%
  EtatsUnis_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 63%
    acteurs:
      QuartzCorp_EtatsUnis_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Quartz Corp
        part_de_marche: 25%
        pays_d_origine: États-Unis
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 100%
      UniminCorporation_EtatsUnis_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Unimin Corporation
        part_de_marche: 38%
        pays_d_origine: Belgique
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 100%
  Bresil_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: Brésil
    part_de_marche: 2%
    acteurs:
      MineracaoJundu_Bresil_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Mineração Jundu
        part_de_marche: 2%
        pays_d_origine: Brésil
  Norvege_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: Norvège
    part_de_marche: 13%
    acteurs:
      Imerys_Norvege_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Imerys
        part_de_marche: 13%
        pays_d_origine: France
        minerai_origine:
          pays: Norvège
          pourcentage: 100%
  Japon_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: Japon
    part_de_marche: 11%
    acteurs:
      ShinEtsuChemical_Japon_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: ShinEtsu Chemical
        part_de_marche: 11%
        pays_d_origine: Japon
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 70%
  Chine_Traitement_Quartz:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 6%
    acteurs:
      JiangsuPacific_Chine_Traitement_Quartz:
        nom_de_l_acteur: Jiangsu Pacific Quartz
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: Chine
        minerai_origine:
          pays: Chine
          pourcentage: 100%

Principaux producteurs - Traitement

Pays d'implantation	Entreprise	Pays d'origine	Origine du minerai	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : tonnes/an

Total : 30000

Analyse de pertinence : Les capacités de traitement suivent étroitement les lieux d'extraction, renforçant la dépendance vis-à-vis des États-Unis. La concentration des entreprises sur un nombre limité de sites rend la chaîne de transformation vulnérable à tout incident localisé, qu’il soit naturel, industriel ou géopolitique.

Projections 2025-2035 - Extraction

Année	Demande Numérique (kt)	Demande numérique (%)	Demande Autres Usages (kt)	Demande Autres usages (%)	Production (kt)	Recyclage (kt)	Déficit/Surplus (kt)
2025	18	60%	13	22%	31	2	2
2030	24	60%	17	15%	41	3	3
2035	30	60%	20	12%	50	4	4

Note : Ces projections sont des estimations basées sur un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6.7% pour la demande totale, et une augmentation progressive de la part du numérique. Le recyclage est supposé augmenter de 20% par an à partir d'une base de 1% de la production en 2025.

Projections 2025-2035 - Traitement

Année	Capacité de traitement (kt)	Demande numérique (kt)	Demande autres usages (kt)	Taux d'utilisation des capacités (%)	Déficit/Surplus (kt)
2025	32	25	6	97%	+1
2030	40	34	7	102%	-1
2035	48	42	8	104%	-2

Note: Les projections sont basées sur une croissance annuelle estimée à 4-5% pour la capacité de traitement et 6-7% pour la demande numérique, portée principalement par la croissance de l'industrie des semi-conducteurs et du photovoltaïque. Un déficit structurel pourrait apparaître à moyen terme si de nouvelles capacités de production ne sont pas développées.

Matrice des risques

Extraction

Impact / Probabilité	Faible	Moyen	Fort
Fort		R3	R1, R2
Moyen		R5	R4
Faible	R6

R1 : Dépendance excessive à la production des États-Unis (Spruce Pine, Caroline du Nord) R2 : Vulnérabilité aux catastrophes naturelles (ex : inondations causées par l'ouragan Helene) R3 : Augmentation rapide de la demande due à la croissance du marché des semiconducteurs et du solaire R4 : Problèmes environnementaux liés à l'extraction et au traitement du quartz ultra-pur R5 : Instabilité géopolitique dans les pays producteurs secondaires (ex : Russie) R6 : Faible taux de recyclage actuel

Classification des risques :

Impact : Basé sur l'effet potentiel sur l'approvisionnement et les prix du quartz ultra-pur
Probabilité : Basée sur les tendances actuelles, les événements récents et les prévisions du marché

(cette section sera remplie automatiquement)

Traitement

Impact / Probabilité	Faible	Moyen	Fort
Fort		R1 (Géographie des gisements)	R2 (Épuisement des ressources de haute qualité)
Moyen	R3 (Substitution)	R4 (Environnemental)	R5 (Technologique)
Faible	R6 (Recyclage)

Détail des risques :

R1 : Concentration extrême des gisements de haute qualité (80% à Spruce Pine, États-Unis) créant une vulnérabilité géostratégique majeure - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
R2 : Épuisement progressif des filons de quartz naturel de qualité exceptionnelle - Impact fort (4/5), Probabilité forte (4/5)
R3 : Développement de matériaux alternatifs pour certaines applications spécifiques - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
R4 : Impact environnemental des procédés de purification chimique, notamment l'utilisation d'acide fluorhydrique - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
R5 : Exigences croissantes de pureté pour les applications électroniques avancées (passage au 6N) - Impact moyen (3/5), Probabilité forte (4/5)
R6 : Difficultés techniques pour le recyclage du quartz de haute pureté - Impact faible (2/5), Probabilité faible (2/5)

(cette section sera remplie automatiquement)

Risque de substituabilité

(cette section sera remplie automatiquement)

Vulnérabilité de concurrence

(cette section sera remplie automatiquement)

Scénarios critiques projetés

1. Incident naturel (Spruce Pine, Caroline du Nord)

Type : Ouragan, inondation, séisme
Impact : suspension de 80 % des extractions mondiales
Effets : arrêt de production de creusets → arrêt de croissance Czochralski → pénurie de wafers → baisse de cadence pour les fondeurs (TSMC, Intel)

2. Guerre commerciale USA–Chine

Type : embargo technologique ou fiscalité punitive sur les exportations
Impact : interruption des flux vers l’Asie
Effets : blocage de la production de modules optiques, fibres, laser
Secteurs affectés : santé, datacenters, défense, spatial

Points de vigilance sur la cohérence des données

Extraction

Les parts par pays dans la section Extraction totalisent 98 %. → Il manque probablement un ou plusieurs pays producteurs mineurs. À vérifier dans minerai.ods, notamment pour des pays comme Brésil ou Afrique du Sud qui pourraient contribuer marginalement à l'extraction.

Traitement

Les parts de marché par pays totalisent bien 100 %

Origine du minerai (dans Traitement)

Certaines origines de minerai sont partiellement renseignées, ce qui entraîne une perte d'information importante :

Exemple 1 : ShinEtsu Chemical (Japon)

L'entreprise ShinEtsu Chemical s'approvisionne à 70 % depuis les États-Unis. → La provenance des 30 % restants n'est pas précisée. → Ce pays d'origine non identifié n’apparaît donc pas dans la section Extraction, ce qui crée une incohérence potentielle.

Source complémentaire : D'après MDPI, 2018, ShinEtsu pourrait s’approvisionner en Chine ou en Russie (à confirmer). ➤ Hypothèse de correction : Chine 15 %, Russie 15 %

Exemple 2 : Acteurs sans origine de minerai précisée

Mineração Jundu (Brésil), présent en Traitement, ne mentionne aucune origine de minerai. → Par défaut, on considère que l’origine est 0 %, ce qui pose problème si ce quartz est extrait localement.

Selon les bases de données industrielles (USGS, 2023), le Brésil dispose bien de ressources en quartz, mais celles-ci sont généralement de pureté inférieure. Il est donc probable que Jundu importe du quartz ultra-pur, possiblement depuis les États-Unis ou la Norvège.

Hypothèse provisoire : Origine États-Unis ou Norvège à estimer si non précisé dans minerai.ods.

Recommandation générale : Toutes les cellules "Origine du minerai" vides doivent être explicitement complétées (même à 0 %) pour renforcer la traçabilité et éviter les ambiguïtés d’interprétation dans l’outil de modélisation.

Points de vigilance sur la cohérence des données

Extraction

Les parts par pays dans la section Extraction totalisent 98 %. → Il manque probablement un ou plusieurs pays producteurs mineurs. À vérifier dans minerai.ods, notamment pour des pays comme Brésil ou Afrique du Sud qui pourraient contribuer marginalement à l'extraction.

Traitement

Les parts de marché par pays totalisent bien 100 %

Origine du minerai (dans Traitement)

Certaines origines de minerai sont partiellement renseignées, ce qui entraîne une perte d'information importante :

Exemple 1 : ShinEtsu Chemical (Japon)

L'entreprise ShinEtsu Chemical s'approvisionne à 70 % depuis les États-Unis. → La provenance des 30 % restants n'est pas précisée. → Ce pays d'origine non identifié n’apparaît donc pas dans la section Extraction, ce qui crée une incohérence potentielle.

Source complémentaire : D'après MDPI, 2018, ShinEtsu pourrait s’approvisionner en Chine ou en Russie (à confirmer).
- Hypothèse de correction : Chine 15 %, Russie 15 %

Exemple 2 : Acteurs sans origine de minerai précisée

Mineração Jundu (Brésil), présent en Traitement, ne mentionne aucune origine de minerai. → Par défaut, on considère que l’origine est 0 %, ce qui pose problème si ce quartz est extrait localement.

Selon les bases de données industrielles (USGS, 2023), le Brésil dispose bien de ressources en quartz, mais celles-ci sont généralement de pureté inférieure. Il est donc probable que Jundu importe du quartz ultra-pur, possiblement depuis les États-Unis ou la Norvège.
- Hypothèse provisoire : Origine États-Unis ou Norvège à estimer si non précisé dans minerai.ods.

→ Recommandation générale : Toutes les cellules "Origine du minerai" vides doivent être explicitement complétées (même à 0 %) pour renforcer la traçabilité et éviter les ambiguïtés d’interprétation dans l’outil de modélisation.

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Secteurs d'utilisation

Procédés de traitement

Composants numériques liés au quartz ultra-pur

Principaux producteurs - Extraction

Principaux pays - Réserves

Principaux producteurs - Traitement

Projections 2025-2035 - Extraction

Projections 2025-2035 - Traitement

Matrice des risques

Extraction

Traitement

Risque de substituabilité

Vulnérabilité de concurrence

Scénarios critiques projetés

1. Incident naturel (Spruce Pine, Caroline du Nord)

2. Guerre commerciale USA–Chine

Points de vigilance sur la cohérence des données

Extraction

Traitement

Origine du minerai (dans Traitement)

Exemple 1 : ShinEtsu Chemical (Japon)

Exemple 2 : Acteurs sans origine de minerai précisée

Points de vigilance sur la cohérence des données

Extraction

Traitement

Origine du minerai (dans Traitement)

Exemple 1 : ShinEtsu Chemical (Japon)

Exemple 2 : Acteurs sans origine de minerai précisée

Sources

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