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type_fiche: minerai
produit: Silicium
schema: Silicium
version: 1.0
date: 2025-04-22
commentaire: Version initiale
auteur: Stéphan Peccini
sources_communes:
  - Objectif_final_v0-7.pdf §2  (méthodologie de calcul)
  - …
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# Fiche {{ type_fiche }} {{ produit }}

| Version | Date | Commentaire |
| :-- | :-- | :-- |
| {{ version }} | {{ date }} | {{ commentaire }} |

## Présentation synthétique

Le silicium est un élément chimique non métallique de numéro atomique 14 (symbole Si), représentant environ 28% de la masse de la croûte terrestre, ce qui en fait le deuxième élément le plus abondant après l'oxygène. De couleur gris foncé avec un éclat sub-métallique, il existe sous forme amorphe (poudre brunâtre) ou cristalline (solide gris métallique). Le silicium se caractérise par ses propriétés semiconductrices, sa résistance à haute température et sa capacité à former des alliages et composés aux propriétés diverses.

Il ne se trouve pas à l'état natif dans la nature mais sous forme de silice (SiO₂) ou de silicates. Sa transformation implique des procédés métallurgiques énergivores, principalement la carboréduction du quartz dans des fours à arc électrique pour le silicium métallurgique, et des procédés complexes de purification comme le procédé Siemens pour obtenir du polysilicium de grade électronique ou solaire.

Le silicium constitue un matériau stratégique pour de nombreux secteurs industriels, notamment la métallurgie (alliages d'aluminium), la chimie (silicones), l'électronique (semi-conducteurs) et l'énergie photovoltaïque.

## Procédés de traitement

| Étape | Description du procédé | Part utilisée |
| :-- | :-- | :-- |
| Extraction minière | Extraction de quartz de haute pureté (>98% SiO₂) à partir de quartzites, galets de quartz, grès ou silex | 100% |
| Préparation des matières premières | Concassage et tri du quartz, préparation des réducteurs carbonés (coke de pétrole, charbon, bois) | 95% |
| Production du silicium métallurgique | Réduction carbothermique du quartz dans un four à arc électrique à environ 2500°C selon la réaction: SiO₂ + 2C → Si + 2CO | 90% |
| Raffinage primaire | Traitement du silicium liquide pour éliminer les impuretés principales (Ca, Al, Fe) par oxydation sélective ou laitier | 85% |
| Solidification et concassage | Coulée du silicium en lingots, refroidissement et concassage en morceaux de taille désirée | 80% |
| Production de trichlorosilane | Réaction du silicium métallurgique avec du chlorure d'hydrogène: Si + 3HCl → SiHCl₃ + H₂ (procédé Siemens) | 75% |
| Purification du trichlorosilane | Distillation fractionnée pour éliminer les impuretés | 70% |
| Décomposition/réduction | Décomposition du trichlorosilane sur des tiges de silicium chauffées à 1100°C: SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl | 65% |
| Traitement des barres de polysilicium | Récupération, concassage et traitement des barres de polysilicium selon les applications visées | 60% |
| Procédé alternatif: production par FBR | Technologie de réacteur à lit fluidisé pour produire des granules de polysilicium | 60% |

_Note: Les pourcentages dans la colonne "Part utilisée" indiquent la proportion approximative de matière première qui passe à l'étape suivante._

## Secteurs d'utilisation

| Secteur | Type d'usage | Part estimée |
| :-- | :-- | :-- |
| Numérique | Fabrication de semi-conducteurs, composants électroniques, cellules photovoltaïques et applications pour le stockage de données | 25% |
| Métallurgie | Production d'alliages d'aluminium-silicium pour l'industrie automobile et aéronautique améliorant résistance et légèreté | 35% |
| Chimie | Fabrication de silicones utilisés dans les cosmétiques, les joints d'étanchéité, les prothèses médicales et les applications industrielles | 30% |
| Réfractaires | Élaboration de matériaux résistants aux hautes températures pour les fours industriels et les industries sidérurgiques | 8% |
| Autres | Applications diverses incluant l'industrie pharmaceutique et les batteries expérimentales | 2% |

_Note: La part du numérique comprend principalement les semi-conducteurs et les cellules photovoltaïques, avec une tendance à la hausse liée au développement de l'énergie solaire._

```yaml
Extraction_Silicium:
  EtatsUnis_Extraction_Silicium:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 8%
    acteurs:
      GlobeSpecialty_EtatsUnis_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Globe Specialty Metals
        part_de_marche: 8%
        pays_d_origine: États-Unis
  France_Extraction_Silicium:
    nom_du_pays: France
    part_de_marche: 3%
    acteurs:
      Ferropem_France_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Ferropem
        part_de_marche: 3%
        pays_d_origine: Espagne
  Norvege_Extraction_Silicium:
    nom_du_pays: Norvège
    part_de_marche: 6%
    acteurs:
      Elkem_Norvege_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Elkem
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: Norvège
  Bresil_Extraction_Silicium:
    nom_du_pays: Brésil
    part_de_marche: 13%
    acteurs:
      Ferroglobe_Bresil_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Ferroglobe
        part_de_marche: 10%
        pays_d_origine: Espagne
  Chine_Extraction_Silicium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 65%
    acteurs:
      Elkem_Chine_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Elkem
        part_de_marche: 15%
        pays_d_origine: Norvège
      ChinaMinmetals_Chine_Extraction_Silicium:
        nom_de_l_acteur: China Minmetals
        part_de_marche: 22%
        pays_d_origine: Chine
```
## Principaux producteurs - Extraction

<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-EXTRACTION -->
| Pays d'implantation | Entreprise | Pays d'origine | Part de marché |
| :-- | :-- | :-- | :-- |
*(cette section sera remplie automatiquement)*
<!---- AUTO-END:TABLEAU-EXTRACTION -->

Unités : t/an

Total : 3000000

```yaml
Reserves_Silicium:
  {}
```
## Principaux pays - Réserves

<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-RESERVES -->
| Pays d'implantation | Part de marché |
| :-- | :-- |
*(cette section sera remplie automatiquement)*
<!---- AUTO-END:TABLEAU-RESERVES -->

Unités : t

Total : Très abondant

_Sources: MineralInfo 2024, CRU 2023. Les réserves mondiales ne sont pas quantifiées précisément car le silicium est extrêmement abondant dans la croûte terrestre sous forme de silice (quartz)._

```yaml
Traitement_Silicium:
  Chine_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 53%
    acteurs:
      GCLPolyEnergy_Chine_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: GCLPoly Energy
        part_de_marche: 18%
        pays_d_origine: Chine
        minerai_origine:
          pays: Chine
          pourcentage: 100%
      EastHope_Chine_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: East Hope
        part_de_marche: 11%
        pays_d_origine: Chine
        minerai_origine:
          pays: Chine
          pourcentage: 100%
      Tongwei_Chine_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Tongwei
        part_de_marche: 14%
        pays_d_origine: Chine
        minerai_origine:
          pays: Chine
          pourcentage: 100%
  CoreeDuSud_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: Corée du Sud
    part_de_marche: 7%
    acteurs:
      OCI_CoreeDuSud_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: OCI
        part_de_marche: 7%
        pays_d_origine: Corée du Sud
  Allemagne_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: Allemagne
    part_de_marche: 6%
    acteurs:
      WackerChemie_Allemagne_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Wacker Chemie
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: Allemagne
  Norvege_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: Norvège
    part_de_marche: 10%
    acteurs:
      Elkem_Norvege_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Elkem
        part_de_marche: 10%
        pays_d_origine: Norvège
        minerai_origine:
          pays: Norvège
          pourcentage: 70%
  France_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: France
    part_de_marche: 3%
    acteurs:
      FerroPem_France_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: FerroPem
        part_de_marche: 3%
        pays_d_origine: France
        minerai_origine:
          pays: France
          pourcentage: 100%
  EtatsUnis_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 15%
    acteurs:
      HemlockSemiconductor_EtatsUnis_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Hemlock Semiconductor
        part_de_marche: 9%
        pays_d_origine: États-Unis
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 80%
      RECSilicon_EtatsUnis_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: REC Silicon
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: États-Unis
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 100%
  Bresil_Traitement_Silicium:
    nom_du_pays: Brésil
    part_de_marche: 4%
    acteurs:
      GrupoFerroatlantica_Bresil_Traitement_Silicium:
        nom_de_l_acteur: Grupo Ferroatlantica
        part_de_marche: 4%
        pays_d_origine: Espagne
        minerai_origine:
          pays: Brésil
          pourcentage: 100%
```
## Principaux producteurs - Traitement

<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-TRAITEMENT -->
| Pays d'implantation | Entreprise | Pays d'origine | Origine du minerai | Part de marché |
| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
*(cette section sera remplie automatiquement)*
<!---- AUTO-END:TABLEAU-TRAITEMENT -->

Unités : t/an

Total : 1400000

_Note: Les capacités indiquées représentent la production annuelle estimée de silicium métallique et de polysilicium. La production mondiale de silicium métallique est d'environ 3 millions de tonnes, tandis que celle de polysilicium est d'environ 1,4 million de tonnes._

## Explication de l'écart entre production minière et capacité de traitement

| Facteur | Description | Impact estimé (kt) |
| :-- | :-- | :-- |
| Rendement de conversion | La transformation de SiO₂ en Si entraîne une perte de masse (O₂) d'environ 53% due à la stœchiométrie de la réaction | ~57% de réduction de masse |
| Pertes lors du traitement | Pertes dues à la formation de scories, l'évaporation, et autres inefficacités du procédé | ~10-15% de la masse initiale |
| Répartition vers différentes filières | Une partie du silicium métallurgique est destinée à la production de ferrosilicium et n'entre pas dans les statistiques du silicium pur | ~40% de la production |
| Recyclage interne | Réutilisation des chutes de production dans le procédé | ~5-10% de la production |
| Écarts statistiques | Différences méthodologiques dans le reporting des différents pays producteurs | Variable |

_Note: La production mondiale de quartz pour le silicium métallique est estimée à environ 8-9 millions de tonnes, ce qui correspond à une production d'environ 3 millions de tonnes de silicium métal, compte tenu des pertes de masse et des rendements du procédé._

## Chaîne de valeur et applications

| Produit intermédiaire | Pureté typique | Applications numériques | Part numérique | Autres applications | Part autres usages | Valeur ajoutée relative |
| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
| Silicium métallurgique | 98-99% Si | - | 0% | Matière première pour le raffinage, alliages d'aluminium | 100% | 1× |
| Silicium de qualité chimique | 99-99,5% Si | - | 0% | Production de silicones, silanes | 100% | 2× |
| Polysilicium solaire | 99,9999% Si (6N) | Cellules photovoltaïques | 100% | - | 0% | 5× |
| Polysilicium électronique | 99,999999999% Si (11N) | Semi-conducteurs, circuits intégrés | 100% | - | 0% | 20× |
| Silicium monocristallin | >99,9999% Si | Wafers pour électronique | 100% | - | 0% | 30× |
| Alliages Al-Si | 5-25% Si | Électronique automobile | 20% | Pièces automobiles, aéronautiques | 80% | 3× |
| Silicones | Variable | Composants électroniques, encapsulation | 30% | Adhésifs, lubrifiants, implants médicaux | 70% | 8× |
| Silicium pour batteries | >99,5% Si | Anodes de batteries Li-ion | 100% | - | 0% | 15× |

_Note: La part numérique représente la proportion utilisée dans les technologies de l'information, la communication et l'électronique. La valeur ajoutée est calculée par rapport au prix du silicium métallurgique standard._

## Projections 2025-2035

### Extraction

| Année | Dem. numérique (t) | Part | Dem. autres (t) | Part | Production (t) | Recyclage (t) | Déficit/Surplus |
| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
| 2025 | 900 000 | 27% | 2 400 000 | 73% | 3 300 000 | 150 000 | +150 000 |
| 2030 | 1 300 000 | 32% | 2 700 000 | 68% | 4 100 000 | 300 000 | +400 000 |
| 2035 | 1 900 000 | 38% | 3 100 000 | 62% | 5 000 000 | 500 000 | +500 000 |

_Projections basées sur une croissance annuelle estimée de 4,5% pour la production globale, avec une croissance plus rapide (8% par an) pour le secteur numérique portée par le développement des énergies renouvelables et des technologies électroniques avancées. Le recyclage reste limité mais en progression. Le déficit/surplus est calculé selon la formule: Production + Recyclage - Demande numérique - Demande autres._

### Traitement

| Année | Capacité de traitement (kt) | Demande numérique (kt) | Demande autres usages (kt) | Taux d'utilisation des capacités (%) | Déficit/Surplus (kt) |
| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
| 2025 | 1 800 | 850 | 900 | 97 | +50 |
| 2030 | 2 500 | 1 200 | 1 200 | 96 | +100 |
| 2035 | 3 000 | 1 500 | 1 400 | 97 | +100 |

_Note: Les projections montrent une croissance soutenue de la demande, particulièrement dans le secteur numérique (photovoltaïque, électronique, batteries) qui devrait progressivement égaler puis dépasser les applications traditionnelles (alliages, silicones)._

## Matrice des risques

### Extraction

| Impact/Probabilité | Faible | Moyen | Fort |
| :-- | :-- | :-- | :-- |
| Fort |  | R1 (Géopolitique) | R3 (Environnemental) |
| Moyen | R5 (Social) | R2 (Économique) |  |
| Faible |  | R4 (Technologique) |  |

Détail des risques :

- R1 : Concentration de la production en Chine (65%) créant une vulnérabilité d'approvisionnement pour les pays occidentaux - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
- R2 : Volatilité des prix liée aux fluctuations de la demande dans les secteurs de l'aluminium et de l'énergie solaire - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
- R3 : Empreinte carbone élevée du processus de production (consommation électrique >10 MWh et émission de 5 tonnes de CO₂ par tonne produite) - Impact fort (4/5), Probabilité forte (4/5)
- R4 : Développement de technologies alternatives dans certaines applications spécifiques - Impact faible (2/5), Probabilité moyenne (3/5)
- R5 : Conditions de travail dans les sites d'extraction et de transformation - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)

_Échelle d'évaluation: Impact de 1 (très faible) à 5 (très élevé); Probabilité de 1 (très faible) à 5 (très élevée)._

<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-EXTRACTION -->
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-RESERVES -->
*(cette section sera remplie automatiquement)*
<!---- AUTO-END:SECTION-IHH-RESERVES -->

### Traitement

| Impact/Probabilité | Faible | Moyen | Fort |
| :-- | :-- | :-- | :-- |
| Fort |  | R1 (Concentration géographique) | R2 (Dépendance énergétique) |
| Moyen | R3 (Substitution) | R4 (Environnemental) | R5 (Volatilité des prix) |
| Faible | R6 (Technologique) |  |  |

Détail des risques :

- R1 : Concentration de la production en Chine (>50%), créant une vulnérabilité dans la chaîne d'approvisionnement - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
- R2 : Forte dépendance énergétique des procédés de production (11-14 kWh/kg) - 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 significatif des procédés traditionnels (émissions de CO₂, environ 5t CO₂/t Si) - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
- R5 : Fluctuations importantes des prix liées aux coûts énergétiques et aux tensions géopolitiques - Impact moyen (3/5), Probabilité forte (4/5)
- R6 : Rupture technologique dans les procédés de production (comme le procédé QRR PUREVAP qui pourrait réduire les émissions de CO₂) - Impact faible (2/5), Probabilité faible (2/5)

<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-TRAITEMENT -->
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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## Risque de substituabilité

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*(cette section sera remplie automatiquement)*
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-ICS-COMPOSANT-MINERAI -->
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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## Vulnérabilité de concurrence

<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IVC-MINERAI -->
*(cette section sera remplie automatiquement)*
<!---- AUTO-END:SECTION-IVC-MINERAI -->

## Sources

1. MineralInfo - Silicium métal (Si) - https://www.mineralinfo.fr/fr/substance/silicium-metal-si
2. Imerys - Quartz - https://www.imerys.com/fr/mineraux/quartz
3. CNESST - Fiche complète pour Silice cristalline, quartz - https://reptox.cnesst.gouv.qc.ca/pages/fiche-complete.aspx?no_produit=12245
4. MineralInfo - Le silicium : un élément chimique très abondant, un affinage stratégique - https://www.mineralinfo.fr/fr/ecomine/silicium-un-element-chimique-tres-abondant-un-affinage-strategique
5. CORDIS - Du silicium par réduction aluminothermique du quartz dans le laitier - https://cordis.europa.eu/article/id/446791-silicon-via-aluminothermic-reduction-of-quartz-in-slag/fr
6. CERM - Quartz et Quartzite - https://cerm.uqac.ca/trcm/wp-content/uploads/sites/4/2021/05/FI_02_Quartz_2020.pdf
7. Dieti-Natura - Qu'est-ce que le Silicium? - https://www.dieti-natura.com/plantes-actifs/silicium.html
8. Géologie Québec - Quartz - https://gq.mines.gouv.qc.ca/portail-substances-minerales/la-silice/
9. Wikipédia - Silicium - https://fr.wikipedia.org/wiki/Silicium
10. Conflits - La silice dans tous ses états - https://www.revueconflits.com/la-silice-dans-tous-ses-etats/
11. L'Élémentarium - Silicium - https://lelementarium.fr/element-fiche/silicium/
1. HPQ Silicon - "Communiqué de presse: HPQ PUREVAP QRR Will Usher in Zero CO2 Emission Silicon Metal Manufacturing" (2023)
2. Bernreuter Research - "Polysilicon Production Processes" (2020)
3. GCL Tech - "Polysilicon by GCL's modified Siemens process" (2023)
4. CORDIS - "Du silicium par réduction aluminothermique du quartz dans le laitier" (2023)
5. SF Foundry Material - "Le processus de production du carbure de silicium" (2023)
6. Mineral Info - "Fiche de criticité - Silicium métal" (2019)
7. Wikipedia - "Polycrystalline silicon" (2003)
8. PasseportSanté - "Dangers, bienfaits du silicium organique" (2024)
9. CNESST - "Fiche complète pour Silicium" (2025)
10. REC Silicon - "Technology: Siemens Polysilicon" (2022)