Chine : contrôles du gallium et du germanium

À partir du mois d’août, la Chine va restreindre les exportations de gallium et de germanium, deux éléments essentiels à la fabrication de puces semi-conductrices. La Chine dominant l’approvisionnement des deux éléments, les exportateurs auront désormais besoin de licences spéciales pour les faire sortir du pays. Cette décision pourrait nuire à une gamme de fabricants de technologies occidentales qui utilisent ces éléments pour fabriquer leurs produits.

Cette décision serait en réponse aux restrictions occidentales sur les équipements vitaux pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs (et a été prévenue dans un article précédent de The Conversation). Surtout, la loi américaine CHIPS and Science Act de 2022 a réduit les exportations de micropuces et de technologies haut de gamme vers la Chine, affectant potentiellement la capacité de Pékin en matière de calcul haute performance dans des domaines tels que la défense. D’autres pays comme le Japon et les Pays-Bas ont également imposé des restrictions.

Alors, quelle est l’importance des nouvelles restrictions chinoises et quelles sont les implications probables ?

L’importance du gallium et du germanium

Le silicium est le matériau le plus largement utilisé dans les semi-conducteurs et il est très abondant. Mais le germanium et le gallium ont des propriétés spécifiques difficiles à reproduire et se prêtent à certaines applications de niche . Ceux-ci sont intégrés dans d’innombrables appareils tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les panneaux solaires et les équipements médicaux, ainsi que dans les applications de défense.

Ces deux éléments sont également cruciaux pour le progrès technologique au cours des prochaines années. Le germanium est particulièrement utile dans les technologies spatiales telles que les cellules solaires car il est plus résistant au rayonnement cosmique que le silicium. Les limites physiques du silicium étant approchées dans certaines technologies, une utilisation accrue du germanium est envisagée comme un moyen de surmonter ces limites. Il est déjà utilisé en petites quantités dans certains semi-conducteurs pour améliorer des choses comme le flux d’électrons et la conductivité thermique.

Quant au gallium, 95% de celui-ci est utilisé dans un matériau appelé arséniure de gallium, qui est utilisé dans les semi-conducteurs avec des applications plus performantes et à plus faible consommation d’énergie que le silicium. Ceux-ci sont utilisés dans des choses comme les LED bleues et violettes et les appareils à micro-ondes.

Pendant ce temps, le nitrure de gallium est utilisé dans les semi-conducteurs dans des composants pour des choses comme les véhicules électriques, les capteurs, les communications radio haut de gamme, les LED et les lecteurs Blu-Ray. On s’attend à ce que son utilisation se développe considérablement.

Le gallium et le germanium figurent sur les listes d’éléments critiques de l’ Union européenne et des États-Unis. Le Royaume-Uni considère le gallium comme essentiel à ses intérêts de fabrication, mais considère le germanium comme moins important.

D’où ils viennent

La Chine contrôle environ 60% de tous les approvisionnements en germanium. L’élément est dérivé de deux manières principales, en tant que sous-produit de la production de zinc et du charbon. Celles-ci représentent respectivement environ 75 % et 25 % de l’offre totale. La Chine domine le germanium qui provient de la production de zinc. Les États-Unis sont l’un des fournisseurs alternatifs, avec des gisements en Alaska et au Tennessee et une capacité de raffinage supplémentaire au Canada. Mais dans l’état actuel des choses, les États-Unis dépendent toujours à plus de 50 % du germanium importé.

Le germanium issu du charbon présente plusieurs inconvénients. Deux des principaux producteurs sont la Russie et l’Ukraine, et la guerre a affecté les approvisionnements vers l’ouest des deux pays. Dans les années 2017-2020, la Russie fournissait 9 % des besoins américains en germanium, par exemple, mais cela est maintenant susceptible d’avoir cessé. En réponse aux restrictions chinoises, la Russie envisage d’ augmenter la production de germanium pour son marché intérieur. Cela peut au moins alléger la demande mondiale, même si cela n’aidera pas directement l’Occident.

Le germanium du charbon est également à la merci de l’industrie électrique, puisque certains charbons riches en cet élément sont brûlés comme source d’énergie. En outre, l’extraction du germanium à partir du charbon deviendra plus difficile car une grande partie du monde cherche à éliminer progressivement l’énergie au charbon , ce qui pourrait à nouveau resserrer les approvisionnements.

Avec le gallium, la Chine représente environ 80 % de l’approvisionnement mondial, provenant principalement de la production d’aluminium. Il n’y a effectivement pas de pénurie de gallium, mais avant même les nouveaux contrôles, l’approvisionnement était limité par un manque de capacité de production .

Le gallium est également obtenu en recyclant des tranches de semi-conducteur , qui sont de fines tranches de semi-conducteur utilisées dans les circuits électroniques. Mais une fois les circuits intégrés aux produits, les quantités de gallium dans chacun sont si faibles qu’il devient difficile de les recycler. Un article de Nature Communications en 2022 a noté que le gallium n’est « presque jamais fonctionnellement recyclé » une fois qu’il atteint les produits finaux.

Les implications

Le plein impact du nouveau régime d’exportation de la Chine dépend d’un certain nombre de facteurs, y compris la sévérité des contrôles dans la pratique, et la réponse des gouvernements et des entreprises occidentales. Dans l’état actuel des choses, les contrôles devraient entraîner une hausse des prix du gallium et du germanium, ainsi que des délais de livraison plus longs.

Cela pourrait rendre la production d’appareils électroniques plus coûteuse et plus difficile pour les entreprises occidentales, ce qui pourrait à son tour entraîner une hausse des prix pour les consommateurs. Cela pourrait également rendre plus difficile pour les entreprises occidentales de concurrencer les entreprises chinoises. En écho à la façon dont la pénurie mondiale de micropuces pendant la pandémie de COVID a considérablement affecté la fabrication technologique , cela indique un impact significatif sur l’économie mondiale.

Les effets à long terme des contrôles sont difficiles à prévoir car de nombreux facteurs sont impliqués. Les stocks d’éléments devraient aider dans une certaine mesure : les États-Unis ont déclaré détenir des stocks de germanium, mais pas de gallium.

Les fabricants occidentaux pourraient être contraints de diversifier leurs chaînes d’approvisionnement en se procurant des composants contenant les éléments en provenance de pays vers lesquels la Chine est disposée à exporter. Cela pourrait entraîner une augmentation des coûts et de la complexité.

Une autre piste consiste à augmenter la production à partir de sources alternatives. Dans le passé, le germanium était dérivé de minéraux extraits en Allemagne, en Amérique latine et en Afrique , de sorte que ces options pourraient revenir sur la table. Il est également possible d’investir dans la recherche d’appareils moins dépendants de ces matériaux critiques, mais cela prendrait du temps à porter ses fruits.

De toute évidence, cette décision est une escalade significative dans la guerre technologique entre la Chine et l’Occident. L’inquiétude est qu’elle pourrait aller plus loin : la Chine domine l’ approvisionnement de toute une gamme de matériaux vitaux connus sous le nom de métaux des terres rares , ainsi que d’autres matériaux nécessaires à la transition vers une énergie propre. Même avant l’escalade des hostilités au cours des deux dernières années, la Chine avait utilisé sa domination sur certains matériaux comme levier dans les différends commerciaux.

Donc, ce dernier développement est pour le moins préoccupant. À une époque où les défis internationaux auxquels l’humanité est confrontée sont plus grands que jamais, l’émergence d’un nouveau nationalisme des ressources est la dernière chose dont on avait besoin.

Gavin DJ Harper

Chercheur, Birmingham Centre for Strategic Elements & Critical Materials, Université de Birmingham