MEMS est l'abréviation de Système Micro-Électro-Mécanique, un système intégrant des microcircuits et des micromachines sur une puce, selon des exigences fonctionnelles. Les MEMS reposent sur des technologies semi-conductrices traditionnelles telles que la photolithographie et la gravure, associées à un usinage ultra-précis et à des connaissances techniques approfondies en mécanique, chimie, optique et autres disciplines. Ainsi, un MEMS de taille millimétrique ou micrométrique présente des structures mécaniques, chimiques, optiques et autres caractéristiques précises et complètes. Les produits MEMS se divisent principalement en capteurs et actionneurs. Les capteurs servent à détecter et interpréter des phénomènes et signaux physiques, chimiques, biologiques, etc., tandis que les actionneurs permettent de réaliser des actions telles que des mouvements mécaniques, l'application d'une force ou d'un couple.  
      Figure 1 Capteur MEMS et grossissement microscopique local            Source : Vesper       Figure 2 Principe de fonctionnement du capteur MEMS            Source : Institut de recherche industrielle de Qianzhan      

Figure 3 Classification des capteurs MEMS

Source : CCID Consulting

Les capteurs MEMS sont des capteurs miniatures fabriqués à l'aide de technologies microélectroniques et micromécaniques. Il en existe de nombreux types et ils constituent les produits MEMS les plus répandus. Le signal d'entrée est converti et restitué sous forme d'un autre signal exploitable grâce à des micro-éléments de détection et des unités de transmission. Comparés aux capteurs fabriqués selon des procédés traditionnels, ils présentent les avantages suivants : petite taille, légèreté, faible coût, faible consommation d'énergie, grande fiabilité, aptitude à la production de masse, intégration aisée et intelligence.  
       Les capteurs MEMS ont un large éventail d'applications  
En tant que dispositif clé pour l'acquisition d'informations et l'interaction, les MEMS jouent un rôle important dans la miniaturisation des systèmes mécaniques. Les capteurs MEMS sont largement utilisés dans l'électronique automobile, l'électronique grand public, l'aérospatiale, la biomédecine, l'industrie et d'autres domaines. L'électronique grand public et l'automobile constituent actuellement les principaux domaines d'application des MEMS. En 2019, le marché mondial des MEMS était dominé par l'électronique grand public, qui représentait près de 60 % des parts de marché, suivie par l'automobile, avec environ 19 %. En Chine, la même année, le marché des MEMS était composé à parts égales de réseaux et de communications, d'ordinateurs et d'électronique grand public (50 %), et à 29 % de l'automobile. Avec la progression constante du taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles et le développement de l'Internet des objets, les réseaux et les communications, ainsi que l'électronique automobile, représentaient plus de la moitié des applications du marché des MEMS en 2019. Avec le déploiement de la 5G et des réseaux intelligents, le taux de pénétration des MEMS continuera d'augmenter et le marché dans les domaines susmentionnés devrait s'ouvrir davantage.  
      Figure 4 Structure du marché mondial des MEMS en 2019            Source : Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Figure 5 Structure du marché chinois des MEMS en 2019            Source : Yole Development, Guotai Junan Securities Research  
  Historique du développement des capteurs MEMS  
La première étape s'est déroulée de 1990 à 2000. L'augmentation progressive des équipements et applications électroniques automobiles a favorisé la mise en œuvre d'applications de capteurs MEMS, telles que les airbags, la pression de freinage, les systèmes de surveillance de la pression des pneus, etc. La croissance de la demande pour ces produits a conduit des entreprises en Europe, au Japon et aux États-Unis à commencer à développer et à produire en masse des capteurs MEMS utilisés dans le secteur automobile ;
La deuxième étape, qui s'étend de 2000 à 2010, est portée par le développement rapide de l'électronique grand public. Les produits électroniques grand public tels que les téléphones portables, les tablettes, les ordinateurs portables, etc., nécessitent des capteurs MEMS plus petits et moins énergivores ;
 
La troisième étape s'étend de 2010 à 2020. Le développement rapide de l'Internet des objets a offert à l'industrie des capteurs MEMS un potentiel de croissance considérable. Outre l'électronique grand public comme les smartphones et les tablettes, les capteurs MEMS seront largement utilisés dans la réalité augmentée/virtuelle, les montres connectées, la conduite autonome, la logistique intelligente, la médecine connectée et d'autres domaines.
 
La quatrième étape débute en 2020. Avec le développement de la conduite autonome, de la 5G et la popularisation de l'Internet des objets, le champ d'application des MEMS s'est considérablement élargi. L'amélioration des performances des capteurs MEMS permet de répondre aux exigences de miniaturisation, de faible consommation d'énergie et de performances accrues.  
     

Figure 6 Étapes de développement des capteurs MEMS

Source : Aijiwei, Guotai Junan Securities Research

         

Le secteur vient d'entrer dans sa phase de croissance.

Du point de vue de la taille du marché, selon les statistiques et prévisions de Yole, le marché mondial des MEMS représentait 11.5 milliards de dollars américains en 2019. La pandémie de COVID-19 a entraîné un ralentissement de la croissance du marché en 2020. La croissance devrait reprendre à partir de 2021 et le marché devrait atteindre près de 17.7 milliards de dollars américains d'ici 2025, avec un taux de croissance annuel composé de 7.4 % entre 2019 et 2025. Dans un contexte de développement rapide des secteurs de l'électronique grand public, de l'électronique automobile et de l'industrie en Chine, le pays a connu la croissance la plus rapide du marché des MEMS au cours des cinq dernières années et est également le premier producteur mondial de produits électroniques. Les téléphones mobiles et les tablettes génèrent une forte demande en produits MEMS. Les livraisons de téléphones mobiles en Chine se classent au premier rang mondial. Les fournisseurs de capteurs MEMS, tels que les capteurs de lumière et de mouvement, nécessaires à l'industrie de la téléphonie mobile, considèrent la Chine comme un marché prioritaire. D'après les statistiques du groupe de réflexion CCID, le marché chinois représentait environ 60 milliards de yuans en 2019, soit près de 54 % du marché mondial. Le marché intérieur continue de croître plus rapidement que le marché mondial et devrait dépasser les 100 milliards de yuans en 2022.  
      Figure 7 La croissance du marché mondial des MEMS s'accélère           Source : Yole Development, CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      Figure 8 : La Chine est le pays qui a connu la croissance la plus rapide du marché des MEMS au cours des cinq dernières années.            Source : CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
Du point de vue de la structure des produits, les cinq principaux segments de capteurs MEMS au monde sont actuellement les capteurs de radiofréquence, de pression, les microphones, les accéléromètres et les gyroscopes, représentant près de 65 % du marché. Le classement sur le marché chinois est le suivant : capteurs de radiofréquence, de pression, microphones, capteurs inertiels et accéléromètres, ce qui est similaire au marché mondial. Selon les prévisions de Yole, les segments de capteurs MEMS dont le marché dépassera le milliard de dollars américains en 2024 incluent les capteurs de radiofréquence, les capteurs inertiels, les capteurs d'empreintes digitales ultrasoniques, les capteurs de pression, les microphones et l'impression jet d'encre.  
      Figure 9 Structure du marché mondial des MEMS en 2019 (par type de dispositif)            Source : Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Figure 10 Taille du marché de l'industrie des MEMS et taux de croissance annuel composé de 2018 à 2024            Source : Yole Development, Guotai Junan Securities Research      

Figure 11 Taille du marché des MEMS et prévisions dans différents domaines (en millions de dollars américains)

Source : Yole Development, Guotai Junan Securities Research

Du point de vue des terminaux d'application, selon les prévisions de Yole, le marché mondial des MEMS grand public, porté par l'Internet des objets et le remplacement des téléphones mobiles par la 5G, devrait passer de 6.87 milliards de dollars US en 2019 à 11.14 milliards de dollars US en 2025. Parallèlement, le marché des MEMS automobiles, stimulé par la pénétration croissante des véhicules intelligents, devrait passer de 2.18 milliards de dollars US en 2019 à 2.6 milliards de dollars US en 2025, soit un TCAC de 3 % sur la période. Enfin, la demande est également en hausse dans les secteurs de l'industrie, de la santé, des communications, de la défense nationale et de l'aéronautique.  
Du point de vue de la maturité technologique, le développement de la technologie MEMS en Chine est encore à ses balbutiements. En matière de recherche et développement, bien que la Chine se classe troisième au monde en nombre de demandes de brevets, la qualité de ces derniers est médiocre et le nombre de brevets fondamentaux est faible. De plus, les déposants sont principalement des universités et des instituts de recherche, et le degré d'industrialisation est faible ; les résultats doivent encore être valorisés. Concernant le conditionnement et la fabrication, la Chine manque d'expérience en matière de sous-traitance. La fiabilité et le rendement des capteurs MEMS fabriqués par les sous-traitants chinois ne répondent pas pleinement aux exigences de la production à grande échelle, et un écart subsiste entre ces capteurs et les applications commerciales. Enfin, la plupart des entreprises chinoises sont des PME disposant de fonds insuffisants et peinant à attirer les talents, ce qui limite leurs capacités de recherche et complique l'établissement de partenariats avec les universités et les instituts de recherche.
 
Du point de vue de la taille de l'entreprise et de sa rentabilité, un écart important persiste entre les entreprises chinoises de semi-conducteurs et les leaders étrangers. Broadcom, une entreprise internationale de premier plan, a réalisé un chiffre d'affaires de 22.597 milliards de dollars en 2019, soit une marge brute de 55.2 %. Le chiffre d'affaires de STMicroelectronics s'élevait à 15.416 milliards de dollars en 2019, avec une marge brute de 38.7 %. Quant à Texas Instruments, son chiffre d'affaires atteignait 14.383 milliards de dollars en 2019, et sa marge brute a dépassé les 50 %, voire les 60 % ces dernières années. Du côté chinois, Goertek, le leader du secteur, a enregistré un chiffre d'affaires d'environ 5.068 milliards de dollars en 2019, pour une marge brute de seulement 15.43 %. La comparaison entre les entreprises chinoises et les géants étrangers révèle donc un écart considérable en termes de chiffre d'affaires et de rentabilité.   
      Figure 12 Marge bénéficiaire brute historique (%) de certaines sociétés MEMS cotées en bourse            Source : Wind, Guotai Junan Securities Research      
Au vu du nombre de concurrents, il existe de nombreux types de capteurs MEMS et de nombreux fabricants. En 2019, le marché chinois des MEMS était dominé par les fabricants étrangers. Broadcom et Bosch étaient au coude à coude. Parmi les autres concurrents majeurs figuraient STMicroelectronics, Texas Instruments et Qorvo. Les fabricants américains représentaient plus de la moitié du marché, et les fabricants européens, américains et japonais étaient relativement bien implantés dans les principaux domaines de la fabrication de puces MEMS et de composants microélectromécaniques. Les concurrents nationaux ont également réalisé de bonnes performances. Goertek s'est classé parmi les dix premiers fabricants mondiaux de MEMS pour la première fois en 2019, et AAC Technology a occupé la 22e place ; dans le secteur de la fonderie, Silex, une société holding du groupe Silex, s'est hissée au premier rang. Globalement, les concurrents internationaux bénéficient d'avantages indéniables, mais les entreprises nationales émergentes accélèrent leur développement pour les rattraper.  
      Figure 13 L'industrie nationale des capteurs MEMS vient d'entrer dans sa phase de croissance            Source : Recherche sur les valeurs mobilières de Guotai Junan      
Au vu de l'analyse ci-dessus portant sur la taille du marché, la maturité technologique, les conditions d'exploitation, le nombre de concurrents, etc., nous estimons que la substitution nationale dans le secteur des capteurs MEMS en Chine n'en est qu'à ses débuts et que les entreprises chinoises du secteur s'efforcent de rattraper les leaders du marché. Avec le développement de l'Internet des objets, des véhicules connectés et de la 5G, le secteur des capteurs MEMS en Chine continuera de croître et le rythme de la substitution nationale devrait s'accélérer.  
         

Les fabricants nationaux de MEMS ont un énorme potentiel de développement.

1. Les politiques nationales soutiennent fortement le développement de l'industrie des capteurs MEMS  
Les capteurs MEMS jouent un rôle crucial dans les technologies modernes, telles que l'Internet des objets, l'industrie 4.0 et la logistique intelligente. La Chine est le premier marché mondial de capteurs MEMS. Ce marché, de par son ampleur et son importance, mérite une attention particulière. Le cadre politique favorable au développement de l'industrie nationale des capteurs continue d'être optimisé. Grâce à la promotion active de la « Stratégie de puissance manufacturière » et du plan d'action « Internet + », l'importance de la technologie et de l'industrie des capteurs ne cessera de croître. Il est fort probable que la technologie des capteurs devienne une priorité absolue du développement scientifique et technologique de la Chine.  
      Tableau 1 Quelques politiques de l'État relatives à l'industrie des capteurs MEMS            Source : Conseil d'État, Commission nationale du développement et de la réforme, Ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, Guotai Junan Securities Research  
       2. La demande des marchés en aval favorise la croissance continue du marché de l'industrie des MEMS.  
Le secteur de l'électronique grand public représente le plus grand marché pour les MEMS, principalement grâce à la croissance des smartphones, des objets connectés et des maisons intelligentes. Première base mondiale de production de produits électroniques, la Chine consomme près de la moitié des dispositifs MEMS mondiaux. La croissance continue des ventes de produits électroniques grand public chinois intégrant des MEMS, tels que les smartphones et les tablettes, a stimulé le développement d'industries MEMS comme les capteurs d'accélération et les microphones. Par ailleurs, avec l'essor des véhicules autonomes et des véhicules à énergies nouvelles, le marché des MEMS dans le secteur de l'électronique automobile a connu une croissance rapide, atteignant la deuxième place avec une part de marché de 17.8 % en 2019.  
Le gouvernement soutient fermement le secteur de la 5G, et la Chine a développé un marché industriel 5G dynamique. Les investisseurs ont pleinement confiance dans ce marché et fondent de grands espoirs sur lui, offrant ainsi un vaste potentiel de développement pour la promotion et l'application de la 5G. La 5G est le socle de l'Internet des objets (IoT) et contribue à son développement accéléré. L'IoT est devenu la prochaine tendance majeure que tous les secteurs attendent avec impatience, et l'industrie mondiale de l'IoT connaît une croissance rapide. Le marché chinois de l'IoT affiche le taux de croissance le plus élevé au monde et est devenu le marché d'applications IoT le plus dynamique. CCID Consulting prévoit que le marché chinois de la 5G continuera de croître à un rythme soutenu.  
      Figure 14 Prévisions d'investissement de la Chine dans la 5G de 2020 à 2025            Source : CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
Dans le domaine de l'Internet des objets (IoT), le marché est le principal moteur du développement rapide du marché des capteurs MEMS. Ces capteurs jouent un rôle clé dans la connexion entre les mondes analogique et numérique. Leur capacité à percevoir et à collecter des données sur l'environnement nous offre une compréhension objective et complète du fonctionnement normal de divers appareils et systèmes. Selon les statistiques de la GSMA (Global System for Mobile Communications Association), le nombre d'objets connectés dans le monde est passé de 2 milliards en 2010 à 12 milliards en 2019. À l'avenir, grâce à la commercialisation de la 5G et au développement du Wi-Fi 6, le potentiel du marché de l'IoT est immense. La GSMA prévoit que le nombre mondial d'objets connectés atteindra 24.6 milliards d'unités d'ici 2025, soit un taux de croissance annuel composé de 12.7 % entre 2019 et 2025.  
      Figure 15 Le nombre d'appareils IoT croît rapidement (unité : milliard)            Source : GSMA, Guotai Junan Securities Research      
Dans le domaine médical, la COVID-19 a engendré des catastrophes mondiales, mais a également entraîné une forte croissance du marché des capteurs MEMS médicaux. Thermomètres électroniques, équipements de diagnostic, respirateurs… ces dispositifs médicaux sont indissociables des capteurs MEMS, ce qui explique la croissance rapide de ce marché. Yole prévoit une croissance de 10.6 % pour le marché des MEMS médicaux en 2020. Par ailleurs, l'épidémie a renforcé l'intérêt du public pour la santé et accéléré le développement du marché des dispositifs médicaux grand public. Les dispositifs médicaux portables, qui surveillent en permanence les paramètres corporels, ont également connu un essor rapide. La forte demande en services sans contact, en distribution robotisée et en usines de transformation robotisées, liée aux mesures de prévention et de contrôle de l'épidémie, a indirectement favorisé le développement rapide de l'industrie des MEMS. Enfin, l'automatisation croissante signifie que même après la fin de l'épidémie, le recours aux services automatisés et sans intervention humaine basés sur les MEMS restera important. Ainsi, loin de se contracter, ce secteur continuera de croître.  
 
     

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