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Jul 30, 2023

Nouvelles stratégies dans la construction de fabriques de semi-conducteurs aux États-Unis

Les grues, les bulldozers et les échafaudages parsèment désormais le paysage américain comme une vague de

Grues, bulldozers et échafaudages parsèment désormais le paysage américain alors qu'une vague de constructions résidentielles et commerciales déferle sur le pays. En plus des investissements privés, la législation sur les infrastructures de 550 milliards de dollars du gouvernement fédéral, conçue pour canaliser l'argent dans la modernisation des routes, des améliorations ferroviaires et d'autres actifs publics, devrait augmenter les dépenses de construction à environ 1 000 milliards de dollars au cours des cinq à dix prochaines années.

Cet article est un effort de collaboration de Katy Bartlett, Justin Dahl, Rawad Hasrouni, Loraine Li et Bill Wiseman, représentant les points de vue de la pratique des semi-conducteurs de McKinsey.

Les entreprises des industries de pointe, qui comprennent des secteurs tels que les semi-conducteurs, la défense, l'aérospatiale, les batteries, l'électronique de pointe et l'automobile, pourraient représenter une bonne proportion des dépenses de construction. Jusqu'en 2028, la valeur de leurs projets de construction récents et proposés devrait atteindre environ 400 milliards de dollars aux États-Unis. La majeure partie de ces dépenses, d'environ 223 à plus de 260 milliards de dollars, ira à la construction ou à l'expansion de fabriques de semi-conducteurs à travers le pays.1 Ces chiffres sont à jour en janvier 2023. D'autres annonces pourraient être faites. Le reste sera consacré aux giga-usines de batteries, aux centres de données, aux centrales d'énergie renouvelable et à d'autres infrastructures critiques.

Certaines entreprises de semi-conducteurs ont déjà commencé à construire de nouvelles usines basées aux États-Unis, mais beaucoup ont rencontré des obstacles liés à la pandémie de COVID-19, qui a temporairement interrompu ou ralenti la construction et perturbé les chaînes d'approvisionnement. Des pénuries persistent pour de nombreux matériaux critiques, notamment les tuyaux et le béton en polyfluorure de vinylidène (PVDF). (Pour plus d'informations, voir l'encadré "Matériaux et équipements de fabrication".) Les difficultés à obtenir des licences et des permis de construction ont également entraîné des retards. Mais la pénurie de main-d'œuvre qualifiée, y compris les tuyauteurs, les soudeurs, les électriciens et les charpentiers, pose le plus grand défi à la construction fab. La concurrence pour ces employés est intense dans tous les secteurs, et les personnes possédant des compétences spécialisées, telles que l'étalonnage d'outils, sont particulièrement rares.

La pénurie de main-d'œuvre n'est pas le seul problème causant des retards de construction. Les récentes perturbations de la chaîne d'approvisionnement, résultant en grande partie de la pandémie de COVID-19, ont également entraîné de graves pénuries de matériaux de construction et d'équipements de fabrication. Le manque d'offre, combiné à l'inflation, pousse les prix des matières premières très haut. L'acier en bobines laminées à chaud (HRC), par exemple, représente désormais environ 200 fois les niveaux enregistrés en 2019 et 2020. Les délais de livraison ont considérablement augmenté et les calendriers des projets sont difficiles à prévoir car les matériaux et équipements attendus peuvent ne pas arriver à temps.

Certains chantiers de construction récents aux États-Unis ont retardé la construction des fondations en raison d'une pénurie de béton. De même, la tuyauterie en polyfluorure de vinylidène (PVDF) a été difficile à obtenir en raison d'une pénurie des billes de polymère utilisées lors de sa fabrication. Un approvisionnement insuffisant en composants CVC et en refroidisseurs a retardé la construction de certaines salles blanches. Quelques intervenants ont eu recours à payer plus pour certains biens ou à constituer des stocks pour éviter les problèmes.

Les pénuries de matériaux essentiels pourraient persister ou s'intensifier parce que de nombreuses entreprises et propriétaires ont retardé ou reporté l'entretien pendant la pandémie. Ils essaient maintenant de faire des réparations ou d'entreprendre des rénovations, ce qui augmente la demande. Les crises mondiales récentes pourraient exercer une pression encore plus forte sur les coûts du capital en augmentant les prix de l'énergie ou du carburant, en augmentant et en prolongeant la volatilité des prix des produits de base ou en prolongeant les pressions inflationnistes.

Alors que de nombreux propriétaires ont du mal à trouver un entrepreneur général pour rénover leurs salles de bains, comment les leaders des semi-conducteurs peuvent-ils assurer une dotation en personnel appropriée pour les projets de construction de fabrication qui sont d'une ampleur plus difficile et nécessitent une équipe beaucoup plus importante et plus spécialisée ? Étant donné que peu d'usines ont été construites aux États-Unis ces dernières années, les travailleurs possédant les bonnes compétences sont rares. Certaines stratégies pour surmonter la pénurie de main-d'œuvre pourraient consister à accroître le bassin de travailleurs disponibles, par exemple en encourageant davantage de femmes à se lancer dans des domaines non traditionnels. D'autres stratégies pourraient impliquer de changer comment et où la construction se déroule, par exemple, accorder plus d'attention aux problèmes de main-d'œuvre lors de la sélection du site, mieux utiliser les outils d'analyse lors du recrutement et de la rétention, encourager une plus grande collaboration entre les parties prenantes, ou même créer une équipe interne pour gérer la construction de fab dans les entreprises de semi-conducteurs.

Des usines de fabrication de semi-conducteurs sont en construction aux États-Unis, mais la plupart de ces investissements sont dirigés vers des grappes géographiques spécifiques, notamment l'Arizona et le Texas. L'essentiel : le besoin de travailleurs de la construction frappe plusieurs régions.

Pour achever les projets de construction d'une valeur de 400 milliards de dollars dans les industries de pointe, y compris les semi-conducteurs, les États-Unis auraient besoin d'environ 200 000 à 300 000 ouvriers qualifiés supplémentaires tels que des électriciens, des mécaniciens, des soudeurs et des tuyauteurs (exposition). Le déficit de main-d'œuvre pour ces projets est encore plus élevé si l'on tient compte de la nécessité de construire des logements temporaires et d'autres installations pour accueillir l'afflux de travailleurs. Les programmes typiques de formation et de recrutement de l'industrie seront probablement insuffisants pour combler l'écart, et la pénurie de main-d'œuvre qui en résultera pourrait entraîner des retards, une augmentation des coûts et des problèmes de qualité.

Bien que les entreprises de tous les secteurs aient du mal à trouver de la main-d'œuvre qualifiée, les entreprises de semi-conducteurs sont confrontées à des complications supplémentaires : peu de travailleurs basés aux États-Unis ont de l'expérience dans la gestion des complexités de la conception, de la construction et de la mise en place d'usines car il y a eu peu de demande pour de telles compétences au cours des deux dernières décennies. Les travailleurs qui possèdent ces connaissances spécialisées ont tendance à être basés dans des zones qui ont déjà des fabs. Les travailleurs de la construction générale pourraient entreprendre des tâches spécialisées, y compris la construction de salles blanches et l'étalonnage d'outils, mais font face à une courbe d'apprentissage abrupte. De nombreux chefs de projet de construction peuvent ne pas être familiers avec les réglementations ou d'autres considérations particulières liées à la construction de fab.

Les employeurs qui tentent d'attirer et de retenir des travailleurs qualifiés comprennent l'importance de salaires hautement concurrentiels. Mais d'autres étapes peuvent également aider. D'autres pays ont en partie comblé le déficit de main-d'œuvre en recrutant ou en formant des travailleurs qualifiés de l'étranger. Aux États-Unis, cependant, l'immigration ne fournira probablement pas tous les travailleurs nécessaires, d'autres leviers sont donc également nécessaires. Il peut également y avoir des stratégies spécifiques aux États-Unis qui pourraient produire des résultats positifs.

Il n'existe aucune solution miracle qui résoudra le manque de main-d'œuvre pour la construction de fabs, et la solution impliquera probablement une combinaison de stratégies. De plus, les fabricants de semi-conducteurs ne peuvent pas résoudre seuls le problème. Ils pourraient bénéficier d'un effort coordonné dans lequel d'autres parties prenantes, y compris les entreprises de construction, participent ou parfois même dirigent les efforts de recrutement et de rétention. Dans cet article, nous discutons de quelques approches qui pourraient aider à combler le manque de main-d'œuvre qualifiée.

La fab construction n'est pas le seul problème de main-d'œuvre auquel sont confrontées les entreprises de semi-conducteurs aux États-Unis. Une fois les fabs opérationnelles, elles auront également besoin de travailleurs qualifiés pour gérer une variété de processus. Étant donné que ces employés sont rares, de nombreuses fabs développent des programmes de formation pour les travailleurs opérationnels afin de combler le vide, mais leur recrutement et leur formation sortent du cadre de cet article.

Quand la Seconde Guerre mondiale a éclaté, la représentation des femmes sur le lieu de travail aux États-Unis était bien inférieure à ce qu'elle est aujourd'hui. Mais à mesure que les hommes s'enrôlaient dans l'armée et que des emplois s'ouvraient, le gouvernement s'est rendu compte que les femmes étaient nécessaires pour combler les lacunes en matière d'emploi qui en résultaient. Une partie de l'effort de recrutement consistait à célébrer un personnage fictif nommé Rosie the Riveter, qui figurait dans une chanson et sur des affiches - fléchissant souvent son bras et disant: "Nous pouvons le faire!" Grâce à ces efforts de recrutement, les femmes ont commencé à occuper des emplois non traditionnels et ont finalement représenté 65 % de l'ensemble de la main-d'œuvre pendant la Seconde Guerre mondiale. Bien que le lieu de travail ait considérablement changé depuis les années 1940 et que le nombre de travailleuses soit beaucoup plus élevé, les campagnes qui encouragent les femmes à assumer des rôles non traditionnels peuvent encore résonner.

Bien que la main-d'œuvre totale aux États-Unis soit désormais composée de 47 % de femmes, les femmes ne représentent que 5 % des employés de la construction, selon le Bureau of Labor Statistics, et cette proportion a à peine bougé au fil des ans. Avec un tel écart entre les sexes, les femmes pourraient représenter la plus grande source de potentiel inexploité, et les entreprises pourraient vouloir encourager leur participation à des emplois non traditionnels, comme elles l'ont fait lors d'autres pénuries de main-d'œuvre (voir l'encadré "La place de Rosie la riveteuse dans l'histoire"). En fait, cela pourrait être un moment opportun pour recruter des femmes. Une étude récente de McKinsey a montré que le passage au travail à distance, la baisse des voyages d'affaires et l'automatisation accrue réduisent la taille de la main-d'œuvre dans les domaines qui emploient de nombreuses femmes, notamment la restauration, le service client et le soutien administratif.

Aider les femmes à accéder aux programmes d'apprentissage peut les amener vers le métier. Les programmes qui aident les femmes à accéder à de tels programmes sont maintenant assez rares, mais quelques organisations à but non lucratif font des efforts et montrent comment cela pourrait être fait. Les femmes inscrites à ces programmes de préapprentissage partent en excursion, écoutent des conférenciers invités et participent à des ateliers pratiques en plus d'acquérir des compétences de base, comme l'utilisation d'outils électriques. Les organisations à but non lucratif aident ensuite les participants à gagner des places dans des programmes d'apprentissage ou à obtenir des emplois appropriés.

Une plus grande attention à la main-d'œuvre immigrée pourrait également avoir un impact majeur. Prenons l'Ohio, où les citoyens non américains ne représentaient que 3 % de la main-d'œuvre de la construction de 2015 à 2019. L'une des plus grandes nouvelles usines est en cours de construction dans l'État, et les chefs de projet de construction pourraient y attirer davantage de main-d'œuvre immigrée en créant un environnement de travail convivial pour les non-anglophones - par exemple, en utilisant des instructions bilingues ou en embauchant des superviseurs bilingues - et en fournissant un logement temporaire. De telles mesures peuvent être bien établies dans les régions où les immigrants représentent déjà une grande partie de la main-d'œuvre, mais elles pourraient représenter une solution novatrice dans des endroits comme l'Ohio.

Les programmes de développement de la main-d'œuvre ont souvent une gamme de sponsors, y compris des agences gouvernementales, des syndicats, de petites écoles de métiers ou des entreprises individuelles. Ces groupes peuvent avoir des objectifs différents, et parfois concurrents. Une collaboration plus étroite entre ces groupes pourrait accroître l'alignement et les aider à développer des objectifs communs qui leur permettraient d'intensifier leurs efforts plus largement et plus rapidement.

Dans le secteur public, les décideurs étatiques et fédéraux pourraient envisager de s'assurer que leurs initiatives sont alignées sur les objectifs des parties prenantes privées. Les responsables pourraient, par exemple, travailler avec des entreprises privées et des établissements d'enseignement pour encourager les collèges et les écoles de métiers à proposer des cours qui renforcent les compétences très demandées. New York travaille maintenant avec des écoles de métiers, des collèges communautaires et d'autres pour s'assurer que les personnes qui souhaitent une formation technique puissent l'obtenir. il y a maintenant plus de 17 000 apprentis en construction actifs dans l'État. De nouveaux programmes d'apprentissage ne seront toutefois qu'une des solutions, puisque les États-Unis devraient ajouter 15 grands programmes d'apprentissage syndicaux à l'échelle de ceux offerts par l'État de l'Illinois juste pour combler le vide des projets de construction dans les industries de pointe.

Néanmoins, des collaborations visant à créer davantage de programmes d'apprentissage en construction dans l'industrie des semi-conducteurs pourraient être utiles, comme elles l'ont fait dans d'autres secteurs. Considérez la Rework America Alliance, parrainée par la Markle Foundation à but non lucratif et soutenue par McKinsey. Travaillant avec un large groupe d'organisations des secteurs de la technologie, des affaires, du travail, de l'éducation et d'autres secteurs, la Rework America Alliance aide les personnes, quelle que soit leur éducation formelle, à accéder à de bons emplois dans l'économie numérique en offrant une formation appropriée.

La collaboration entre les intervenants peut également être essentielle pour encourager un changement de mentalité chez les jeunes et leurs parents au sujet des carrières dans les métiers. Beaucoup de gens ne croient pas qu'un diplôme d'associé technique ou un apprentissage dans un métier peut être une voie vers une carrière épanouissante avec des possibilités d'avancement. Pourtant, ces diplômes peuvent donner aux employés n'ayant qu'un diplôme d'études secondaires ou moins une chance d'améliorer considérablement leurs perspectives. Alors que le salaire horaire médian moyen de tous les travailleurs en 2021 était de 22 $, certains emplois dans les métiers de la construction ont tendance à mieux payer, par exemple 29 $ de l'heure pour les électriciens et les tuyauteurs. Les stagiaires sont également payés pendant les programmes d'apprentissage, ce qui leur permet de bien gagner leur vie et d'éviter de s'endetter avant de se lancer dans leur carrière.

Étant donné que les chantiers de semi-conducteurs sont dispersés géographiquement et que les défis en matière de main-d'œuvre varient selon les régions, les parties prenantes pourraient bénéficier du développement de solutions personnalisées pour chaque site de construction de fab. Les responsables des États subissant des transitions drastiques dans leur base industrielle - par exemple, un déclin de la fabrication de composants automobiles - pourraient donner la priorité à la reconversion et à la formation des travailleurs locaux pour la construction de fab. Dans certains cas, ces responsables pourraient envisager de recruter des travailleurs de la construction dans d'autres secteurs, tels que la construction de maisons résidentielles, et leur fournir une formation spécifique à l'usine. Les responsables de l'État pourraient également envisager d'aider les parties prenantes à coordonner leurs efforts pour augmenter le nombre de travailleurs qualifiés.

Les entreprises de semi-conducteurs peuvent également atténuer les retards en prenant davantage en compte les problèmes de main-d'œuvre, en particulier la disponibilité des travailleurs de la construction locaux, lors de la sélection du site. Ils pourraient, par exemple, envisager de travailler avec des écoles de métiers ou d'autres groupes pour créer des programmes axés sur les compétences en construction de fabrication. De même, les entreprises de semi-conducteurs pourraient évaluer d'autres facteurs susceptibles d'influencer le recrutement et la dotation en personnel, tels que la proximité des chantiers avec les transports en commun ou les routes principales. Dans les régions où les pénuries de main-d'œuvre sont particulièrement graves, les entreprises devront peut-être envisager d'augmenter les salaires encore plus au-dessus de la norme et d'offrir de meilleures incitations, telles que la mise à disposition de garderies et de logements temporaires.

Les facteurs qui amélioreront les efforts de recrutement et de rétention peuvent varier selon le lieu. Les entreprises pourraient établir des salles de contrôle où elles utilisent l'analyse pour mieux comprendre la main-d'œuvre dans différentes zones géographiques. Grâce aux informations qui en résultent, les entreprises peuvent améliorer leurs horaires de travail, mettre en œuvre des processus de travail qui atténuent la fatigue physique ou introduire d'autres changements qui augmenteront la satisfaction des employés. Pour optimiser l'agilité et la réactivité des sous-traitants, les entreprises pourraient bénéficier de l'utilisation d'outils d'analyse de projet. Par exemple, ils pourraient utiliser des outils conçus pour suivre le flux de matériaux pour surveiller la rétention et l'attrition des employés à la place.

Les entreprises pourraient également investir dans l'amélioration de la productivité et l'automatisation qui aident à redéployer la main-d'œuvre vers des tâches critiques. Les analyses McKinsey des projets de construction montrent que les employés consacrent, en moyenne, environ 30 % de leur temps à un travail important et efficace. C'est bien inférieur à la moyenne de nombreuses autres industries, telles que la fabrication, où environ 60% de tout le temps est productif. Les entreprises de construction peuvent éliminer certains temps d'arrêt en tirant parti des outils de gestion de projets d'ingénierie et de construction, tels que les systèmes de production de fabrication qui optimisent la séquence des tâches et les flux de travail. La main-d'œuvre peut également être redéployée en utilisant d'autres technologies, notamment les outils numériques de contrôle de la production, les jumeaux numériques et la réalité virtuelle et augmentée.

Lorsque la construction commence, les entreprises peuvent réduire les délais et minimiser les problèmes de main-d'œuvre en investissant dans la construction modulaire d'usines, comme le font leurs homologues d'Asie du Sud-Est, car cela permet à une certaine production de se produire dans des endroits où les travailleurs sont plus nombreux. Même les salles blanches peuvent être préfabriquées hors site puis assemblées aux endroits appropriés. La construction modulaire est courante pour de nombreuses autres installations aux États-Unis, mais n'a pas encore gagné du terrain avec les fabs. Le passage à cette méthode nécessitera une collaboration étroite entre les propriétaires, les constructeurs, les concepteurs et les équipes d'approvisionnement.

Les entreprises pourraient également examiner des moyens d'aider les employés à progresser, car certaines recherches suggèrent que les opportunités de carrière latérales sont deux fois et demie plus prédictives de la rétention des employés que la rémunération et 12 fois plus prédictives que les promotions. Ils pourraient également envisager d'investir dans les compétences en gestion des employés. Si les entreprises encouragent tous les membres d'équipage à adopter un « état d'esprit de propriété » et à accepter la responsabilité de leur travail, les employés peuvent se sentir plus investis dans leur travail.

Enfin, les entreprises pourraient créer un sentiment d'appartenance en donnant aux employés le pouvoir de prendre des décisions sans passer par les niveaux hiérarchiques. Les employés qui développent leurs compétences peuvent être en mesure d'assumer certaines tâches importantes même s'ils n'ont pas l'ancienneté ou l'expérience nécessaires, ce qui pourrait permettre aux travailleurs plus expérimentés et spécialisés de se concentrer sur des tâches plus critiques. Bien sûr, il peut ne pas être possible de décharger certaines tâches qui nécessitent une licence, un apprentissage ou des compétences spécifiques.

Sur ce marché, les constructeurs peuvent hésiter à soumissionner sur un projet de construction fabuleux ou se retirer de l'examen après avoir exprimé leur intérêt initial. Les entreprises de semi-conducteurs peuvent trouver particulièrement difficile de trouver des constructeurs qui possèdent l'expertise appropriée en conception mécanique, y compris une connaissance spécialisée d'équipements spécifiques, des exigences de processus et des codes. Bien que les éléments de la sous-structure, tels que les fondations, puissent être gérés par une entreprise généraliste, les spécialistes doivent s'assurer que l'intérieur de la fab peut supporter des processus et des équipements uniques.

Une solution possible consiste à faire en sorte que les entreprises de semi-conducteurs développent une équipe de projet principale composée d'employés ayant une expertise en construction de fabrication pour gérer les projets de la conception à l'achèvement sur deux ou trois ans. L'équipe pourrait aider la société de semi-conducteurs à se concentrer sur des problèmes de conception pragmatiques, à réduire le temps de communication et à mieux contrôler l'ensemble du projet. Si une entreprise de semi-conducteurs souhaite construire plusieurs usines de fabrication au cours des prochaines années, l'équipe principale aidera à former une approche de gestion standardisée pour chacune d'entre elles.

Pour créer une équipe de base interne pour la construction, les entreprises de semi-conducteurs pourraient d'abord identifier les talents internes inexploités ayant une expertise dans la gestion des installations, les processus de construction et les processus de conception mécanique. Ils pourraient également rechercher des talents externes connaissant la gestion de la construction et les protocoles de processus de fabrication. Des équipes centrales efficaces pourraient créer une valeur considérable dans l'industrie des semi-conducteurs, comme elles l'ont fait dans d'autres secteurs, tels que l'immobilier.

La construction d'usines importantes aux États-Unis est sans précédent mais possible. La clé est de trouver des solutions coordonnées et personnalisées qui profitent à tous : travailleurs de la construction, leaders des semi-conducteurs et autres parties prenantes. Des efforts directs pour recruter et retenir les employés de la construction sont souvent essentiels, mais les leaders des semi-conducteurs peuvent également atténuer les problèmes de main-d'œuvre en devenant plus stratégiques sur des questions telles que la sélection du site, les incitations et l'efficacité de l'usine. Toutes les parties prenantes, y compris les leaders des semi-conducteurs et de la construction, peuvent accélérer les progrès en coordonnant leurs efforts et en alignant leurs objectifs de recrutement et de rétention de main-d'œuvre qualifiée.

Ces activités profiteront non seulement aux entreprises de semi-conducteurs, mais aideront également les travailleurs qui recherchent des postes stimulants et bien rémunérés, ainsi que les clients finaux en attente de puces. Tout le monde est prêt à gagner.

Katy Bartlettest un partenaire associé du bureau de Denver de McKinsey ;Justin Dahlest un associé du bureau de Houston ;Rawad Hasrouniest associé associé au bureau de Washington, DC ;Loraine Li est consultant au bureau de Boston ; etBill Wisemanest un associé principal du bureau de Seattle.

Les auteurs tiennent à remercier leurs collègues de McKinsey Tim Bacon, Luis Campos, Bo Julie Crowley, Kyle Cugnet-Huber, Kweilin Ellingrud, Garo Hovnanian, Maxwell Koehler et Teck Lun Lee, ainsi que les conseillers externes Dave Comstock, Suzanne Nimocks et Paul Zarba, pour leurs contributions à cet article.

Cet article a été édité par Eileen Hannigan, rédactrice en chef basée au bureau de Waltham, Massachusetts.