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Fiches/Documents/Minerai/Fiche minerai silicium.md

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minerai Silicium Silicium 1.0 2025-04-22 Version initiale Stéphan Peccini
Objectif_final_v0-7.pdf §2 (méthodologie de calcul)
…

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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.

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

Pays d'implantation Entreprise Pays d'origine Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : t/an

Total : 3000000

Reserves_Silicium:
  {}

Principaux pays - Réserves

Pays d'implantation Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

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).

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

Pays d'implantation Entreprise Pays d'origine Origine du minerai Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

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).

(cette section sera remplie automatiquement)

(cette section sera remplie automatiquement)

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)

(cette section sera remplie automatiquement)

Risque de substituabilité

(cette section sera remplie automatiquement)

(cette section sera remplie automatiquement)

Vulnérabilité de concurrence

(cette section sera remplie automatiquement)

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/
  12. HPQ Silicon - "Communiqué de presse: HPQ PUREVAP QRR Will Usher in Zero CO2 Emission Silicon Metal Manufacturing" (2023)
  13. Bernreuter Research - "Polysilicon Production Processes" (2020)
  14. GCL Tech - "Polysilicon by GCL's modified Siemens process" (2023)
  15. CORDIS - "Du silicium par réduction aluminothermique du quartz dans le laitier" (2023)
  16. SF Foundry Material - "Le processus de production du carbure de silicium" (2023)
  17. Mineral Info - "Fiche de criticité - Silicium métal" (2019)
  18. Wikipedia - "Polycrystalline silicon" (2003)
  19. PasseportSanté - "Dangers, bienfaits du silicium organique" (2024)
  20. CNESST - "Fiche complète pour Silicium" (2025)
  21. REC Silicon - "Technology: Siemens Polysilicon" (2022)