Schneider Electric | Le défi de la décarbonation et de la satisfaction de la demande en puces pour l'industrie des semi-conducteurs

L'industrie des semi-conducteurs joue un rôle essentiel dans notre environnement de plus en plus numérique. Ses technologies comprennent les téléphones et les ordinateurs que nous utilisons pour communiquer, les véhicules et les avions qui nous permettent de nous déplacer, les dispositifs médicaux qui contribuent au diagnostic et au traitement des maladies, et les réseaux électriques qui alimentent nos villes – autant d'éléments indispensables à notre quotidien. Il n'y a pas d'avenir sans semi-conducteurs, mais leur utilisation massive engendre également des défis environnementaux croissants.

1. Le coût environnemental des semi-conducteurs

Pour répondre à la demande, les entreprises de semi-conducteurs construisent de nouvelles usines de fabrication (FABS) capables de consommer jusqu'à 100 mégawattheures d'électricité par heure, soit plus que de nombreuses usines automobiles ou raffineries de pétrole. Une telle consommation d'électricité engendrera d'importantes quantités de déchets, d'émissions de gaz à effet de serre et une empreinte carbone considérable.

En 2020, les émissions de CO2 de l'industrie des semi-conducteurs ont atteint le chiffre stupéfiant de 41 millions de tonnes, soit l'équivalent des émissions annuelles de 5 millions de foyers. La production mondiale de semi-conducteurs devrait consommer 237 térawattheures (TWh) d'électricité d'ici 2030, ce qui correspond approximativement à la consommation totale d'électricité de l'Australie en 2021.

Face à l'importance croissante de l'électronique, les fabricants doivent s'attaquer aux problèmes de consommation énergétique et de durabilité. Une étude récente de McKinsey a révélé que les derniers engagements pris par les grandes entreprises de semi-conducteurs restent insuffisants au regard des exigences de l'Accord de Paris de 2016.

Par conséquent, les entreprises qui ne prennent pas de mesures pour améliorer leur impact environnemental risquent de se voir imposer des restrictions et des sanctions gouvernementales plus sévères à l'avenir, ainsi que de voir leurs commandes diminuer à mesure que les consommateurs deviendront plus sensibles à l'environnement. À l'inverse, les entreprises qui optimisent leur efficacité énergétique dès le départ réaliseront d'importantes économies et s'ouvriront à de formidables perspectives de croissance. Afin de pérenniser leur activité, les industriels doivent impérativement mettre en place une stratégie de développement durable dès maintenant.

2. Assurer la durabilité du développement tout en résistant aux chocs

Outre les préoccupations environnementales, de nombreux fabricants subissent encore les conséquences de la crise mondiale des semi-conducteurs. Tout au long de la pandémie, une conjonction de facteurs internationaux a quasiment paralysé la production : le confinement lié à la COVID-19 a à la fois accéléré la demande en électronique grand public et entraîné la fermeture d’usines produisant les composants nécessaires.

Dans le même temps, la guerre commerciale entre les États-Unis et la Chine, la guerre entre la Russie et l'Ukraine, les phénomènes météorologiques extrêmes, les incendies dans les usines de production et une dépendance générale aux importations de semi-conducteurs plutôt qu'à la production nationale ont également contribué à la pénurie persistante d'approvisionnement en semi-conducteurs.

Des études montrent qu'au plus fort de la pénurie de puces, pas moins de 169 entreprises dans le monde ont été touchées. Les secteurs de l'électronique grand public et de l'automobile sont les plus durement frappés. La PlayStation 5 est difficile à trouver, Apple a revu à la baisse ses objectifs de production d'iPhone, Toyota a réduit sa production de véhicules de 40 % et General Motors a suspendu la production de véhicules dans ses usines nord-américaines.

Globalement, les pénuries de semi-conducteurs ont coûté à l'industrie automobile jusqu'à 210 milliards de dollars de pertes de revenus en 2021. Si les constructeurs se sont désormais adaptés à cette situation, la complexité croissante des produits, tels que les véhicules électriques dotés de systèmes de sécurité avancés et de conduite autonome, continuera d'accélérer la demande en semi-conducteurs et d'entraîner des transformations majeures du secteur manufacturier. La production de semi-conducteurs étant concentrée en Asie depuis une dizaine d'années, les entreprises et les pays cherchent aujourd'hui à diversifier leurs chaînes d'approvisionnement et à renforcer leur résilience face aux aléas.

En octobre 2022, le gouvernement américain a imposé des restrictions à l'exportation afin de limiter la production chinoise des puces les plus avancées au monde. Parallèlement, l'UE entend devenir un acteur majeur grâce à la loi européenne sur les puces (European Chips Act). Face au déplacement des investissements de la région Asie-Pacifique vers l'Amérique du Nord et l'Europe, les fabricants doivent se préparer à proposer des services bas carbone pour se démarquer de la concurrence.

3. Un plan en trois étapes pour parvenir à la résilience et à la durabilité

Déterminer le bilan environnemental de référence est une étape incontournable pour que l'industrie des semi-conducteurs parvienne à la décarbonation.

Chez Schneider Electric, nous avons identifié trois étapes clés pour aider les entreprises de semi-conducteurs de tous types et de toutes tailles à traduire leurs objectifs de développement durable et de neutralité carbone en actions concrètes.

La première étape, dite de « stratégie », consiste à mesurer la performance énergétique et l'empreinte carbone actuelles du fabricant, puis à élaborer un plan zéro émission nette produisant des résultats concrets. Concrètement, cela implique d'établir un référentiel pour les émissions de carbone, d'examiner les technologies numériques afin d'identifier les lacunes et d'orienter les feuilles de route futures, d'évaluer la faisabilité technique et économique pour prioriser les actions, et de simuler des scénarios de rénovation des bâtiments pour élaborer des feuilles de route et des échéanciers. En particulier, l'utilisation de la technologie du jumeau numérique électrique dans la conception et la simulation du nouveau système d'alimentation électrique de l'usine de fabrication de bâtiments (FABS) permettra d'améliorer sa conception et d'optimiser le réseau afin de répondre aux exigences et normes locales.

La deuxième étape consiste à digitaliser le système. Cela implique la création d'une plateforme numérique centralisée permettant de suivre et de visualiser la consommation d'énergie et de ressources des entreprises du secteur des semi-conducteurs, afin que les dirigeants puissent prendre des décisions éclairées en matière de développement durable et rendre compte des progrès accomplis vers les objectifs fixés. Cette source unique de données fiables facilite le suivi de l'empreinte carbone (notamment la modélisation des données du bâtiment), ainsi que des mesures énergétiques et carbone (y compris les données centralisées sur l'approvisionnement énergétique et les services publics), et permet la mise en œuvre d'analyses d'intelligence artificielle dans le cloud.

La troisième étape est la « décarbonation ». C’est à cette étape que les actions concrètes seront mises en œuvre et que les fabricants de semi-conducteurs devront utiliser les enseignements tirés des étapes de « stratégie » et de « décarbonation » pour parvenir à de réelles améliorations en matière de durabilité.

Les améliorations spécifiques dépendront de leurs conclusions, mais il peut s'agir, par exemple, d'électrifier les véhicules de la flotte, d'installer des générateurs d'énergie renouvelable, d'acheter des produits à faible teneur en carbone ou sans carbone et d'utiliser l'intelligence artificielle pour optimiser la consommation d'énergie sur site en temps réel.

4. Collaborer avec des consultants fiables et des partenaires professionnels

Outre le processus en trois étapes que sont la « stratégie », la « numérisation » et la « décarbonation », la collaboration et les partenariats sont également essentiels à la réussite du secteur des semi-conducteurs en matière de développement durable. Un développement durable à long terme requiert des expertises et un soutien variés ; les fabricants doivent donc comprendre qu’aucune entreprise ne peut y parvenir seule. Les producteurs et fournisseurs de semi-conducteurs doivent collaborer pour tirer parti des expertises et des technologies externes.

Schneider Electric joue depuis longtemps un rôle essentiel en aidant les entreprises de semi-conducteurs à relever les défis du développement durable et de la décarbonation. Par exemple, l'entreprise s'est récemment associée à Intel, l'un des leaders mondiaux de la conception et de la fabrication de semi-conducteurs, et à Applied Materials, le premier fabricant mondial d'équipements pour semi-conducteurs et écrans, pour lancer l'initiative « Catalyze » : une nouvelle initiative collaborative visant à accélérer l'utilisation des énergies renouvelables tout au long de la chaîne de valeur mondiale des semi-conducteurs. Grâce au programme Catalyze, les acteurs majeurs du secteur des semi-conducteurs pourront atteindre divers objectifs en matière de développement durable et de résilience, notamment :

◎ Intégrer le pouvoir d'achat d'énergie tout au long de la chaîne de valeur des semi-conducteurs afin d'accélérer le déploiement des projets d'énergies renouvelables

◎ Participer au marché des contrats d'achat d'électricité à grande échelle

◎ Élaborer des modèles opérationnels pour la planification de la chaîne d'approvisionnement afin de combler l'écart avec l'objectif de neutralité carbone.

◎ Dans certaines régions du monde où la chaîne de valeur des semi-conducteurs est en activité, sensibiliser à la disponibilité des énergies renouvelables

◎ Guider l'industrie des semi-conducteurs vers des étapes suivantes claires

5. Énergie durable dans la fabrication de semi-conducteurs

En définitive, les mesures proactives de développement durable sont non seulement conformes aux objectifs environnementaux mondiaux, mais elles sont également judicieuses pour la rentabilité des usines de fabrication de semi-conducteurs.

Des études ont démontré que la mise en œuvre de stratégies de développement durable peut réduire les coûts et avoir un impact positif sur les bénéfices d'exploitation pouvant atteindre 60 %. De plus, l'adoption de pratiques durables réduit les risques à long terme et ouvre des perspectives sur de nouveaux marchés.

Maintenant que la crise des semi-conducteurs semble s'être estompée, les fabricants ont le potentiel de réaliser une croissance considérable grâce à des améliorations à long terme. Non seulement ils réalisent d'importantes économies, mais ils ouvrent également d'immenses perspectives en matière d'efficacité énergétique. Et le plus intéressant ? Les outils nécessaires sont à notre portée. Avec l'aide d'un réseau de partenaires compétents, les entreprises de semi-conducteurs doivent désormais apprendre à décarboner, à se digitaliser et à élaborer des stratégies.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD., située à Singapour, se spécialise depuis plus de 10 ans dans la recherche et le développement, la fabrication et les services techniques de pièces céramiques de précision pour le secteur des semi-conducteurs. Nos principaux produits sont les mandrins à vide en céramique (mandrins à broches, à gorges, poreux et électrostatiques), les effecteurs, les plongeurs et les guides-poutres en céramique. Nous produisons également diverses pièces en céramique (céramiques poreuses, alumine, zircone, nitrure de silicium, carbure de silicium, nitrure d'aluminium, céramiques diélectriques pour micro-ondes et autres céramiques de pointe).