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type_fiche: minerai
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produit: Silicium
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schema: Silicium
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version: 1.0
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date: 2025-04-22
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commentaire: Version initiale
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auteur: Stéphan Peccini
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sources_communes:
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- Objectif_final_v0-7.pdf §2 (méthodologie de calcul)
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- …
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# Fiche {{ type_fiche }} {{ produit }}
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| Version | Date | Commentaire |
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| :-- | :-- | :-- |
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| {{ version }} | {{ date }} | {{ commentaire }} |
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## Présentation synthétique
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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.
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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.
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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.
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## Procédés de traitement
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| Étape | Description du procédé | Part utilisée |
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| :-- | :-- | :-- |
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| Extraction minière | Extraction de quartz de haute pureté (>98% SiO₂) à partir de quartzites, galets de quartz, grès ou silex | 100% |
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| Préparation des matières premières | Concassage et tri du quartz, préparation des réducteurs carbonés (coke de pétrole, charbon, bois) | 95% |
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| 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% |
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| Raffinage primaire | Traitement du silicium liquide pour éliminer les impuretés principales (Ca, Al, Fe) par oxydation sélective ou laitier | 85% |
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| Solidification et concassage | Coulée du silicium en lingots, refroidissement et concassage en morceaux de taille désirée | 80% |
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| Production de trichlorosilane | Réaction du silicium métallurgique avec du chlorure d'hydrogène: Si + 3HCl → SiHCl₃ + H₂ (procédé Siemens) | 75% |
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| Purification du trichlorosilane | Distillation fractionnée pour éliminer les impuretés | 70% |
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| Décomposition/réduction | Décomposition du trichlorosilane sur des tiges de silicium chauffées à 1100°C: SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl | 65% |
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| Traitement des barres de polysilicium | Récupération, concassage et traitement des barres de polysilicium selon les applications visées | 60% |
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| Procédé alternatif: production par FBR | Technologie de réacteur à lit fluidisé pour produire des granules de polysilicium | 60% |
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_Note: Les pourcentages dans la colonne "Part utilisée" indiquent la proportion approximative de matière première qui passe à l'étape suivante._
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## Secteurs d'utilisation
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| Secteur | Type d'usage | Part estimée |
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| :-- | :-- | :-- |
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| Numérique | Fabrication de semi-conducteurs, composants électroniques, cellules photovoltaïques et applications pour le stockage de données | 25% |
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| Métallurgie | Production d'alliages d'aluminium-silicium pour l'industrie automobile et aéronautique améliorant résistance et légèreté | 35% |
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| Chimie | Fabrication de silicones utilisés dans les cosmétiques, les joints d'étanchéité, les prothèses médicales et les applications industrielles | 30% |
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| Réfractaires | Élaboration de matériaux résistants aux hautes températures pour les fours industriels et les industries sidérurgiques | 8% |
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| Autres | Applications diverses incluant l'industrie pharmaceutique et les batteries expérimentales | 2% |
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_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._
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```yaml
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||
Extraction_Silicium:
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EtatsUnis_Extraction_Silicium:
|
||
nom_du_pays: États-Unis
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part_de_marche: 8%
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||
acteurs:
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GlobeSpecialty_EtatsUnis_Extraction_Silicium:
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||
nom_de_l_acteur: Globe Specialty Metals
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||
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
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part_de_marche: 22%
|
||
pays_d_origine: Chine
|
||
```
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||
## Principaux producteurs - Extraction
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||
<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-EXTRACTION -->
|
||
| Pays d'implantation | Entreprise | Pays d'origine | Part de marché |
|
||
| :-- | :-- | :-- | :-- |
|
||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
|
||
<!---- AUTO-END:TABLEAU-EXTRACTION -->
|
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||
Unités : t/an
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||
Total : 3000000
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||
```yaml
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||
Reserves_Silicium:
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{}
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```
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## Principaux pays - Réserves
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||
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||
<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-RESERVES -->
|
||
| Pays d'implantation | Part de marché |
|
||
| :-- | :-- |
|
||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
|
||
<!---- AUTO-END:TABLEAU-RESERVES -->
|
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||
Unités : t
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Total : Très abondant
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_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)._
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```yaml
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||
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:
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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:
|
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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%
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||
acteurs:
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HemlockSemiconductor_EtatsUnis_Traitement_Silicium:
|
||
nom_de_l_acteur: Hemlock Semiconductor
|
||
part_de_marche: 9%
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||
pays_d_origine: États-Unis
|
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minerai_origine:
|
||
pays: États-Unis
|
||
pourcentage: 80%
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||
RECSilicon_EtatsUnis_Traitement_Silicium:
|
||
nom_de_l_acteur: REC Silicon
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||
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%
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||
pays_d_origine: Espagne
|
||
minerai_origine:
|
||
pays: Brésil
|
||
pourcentage: 100%
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```
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||
## Principaux producteurs - Traitement
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||
<!---- AUTO-BEGIN:TABLEAU-TRAITEMENT -->
|
||
| Pays d'implantation | Entreprise | Pays d'origine | Origine du minerai | Part de marché |
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| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
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||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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||
<!---- AUTO-END:TABLEAU-TRAITEMENT -->
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||
Unités : t/an
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Total : 1400000
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_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._
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## Explication de l'écart entre production minière et capacité de traitement
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| Facteur | Description | Impact estimé (kt) |
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| :-- | :-- | :-- |
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| 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 |
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| Pertes lors du traitement | Pertes dues à la formation de scories, l'évaporation, et autres inefficacités du procédé | ~10-15% de la masse initiale |
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| 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 |
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| Recyclage interne | Réutilisation des chutes de production dans le procédé | ~5-10% de la production |
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| Écarts statistiques | Différences méthodologiques dans le reporting des différents pays producteurs | Variable |
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_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._
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## Chaîne de valeur et applications
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| Produit intermédiaire | Pureté typique | Applications numériques | Part numérique | Autres applications | Part autres usages | Valeur ajoutée relative |
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| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
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| Silicium métallurgique | 98-99% Si | - | 0% | Matière première pour le raffinage, alliages d'aluminium | 100% | 1× |
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| Silicium de qualité chimique | 99-99,5% Si | - | 0% | Production de silicones, silanes | 100% | 2× |
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| Polysilicium solaire | 99,9999% Si (6N) | Cellules photovoltaïques | 100% | - | 0% | 5× |
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| Polysilicium électronique | 99,999999999% Si (11N) | Semi-conducteurs, circuits intégrés | 100% | - | 0% | 20× |
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| Silicium monocristallin | >99,9999% Si | Wafers pour électronique | 100% | - | 0% | 30× |
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| Alliages Al-Si | 5-25% Si | Électronique automobile | 20% | Pièces automobiles, aéronautiques | 80% | 3× |
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| Silicones | Variable | Composants électroniques, encapsulation | 30% | Adhésifs, lubrifiants, implants médicaux | 70% | 8× |
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| Silicium pour batteries | >99,5% Si | Anodes de batteries Li-ion | 100% | - | 0% | 15× |
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_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._
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## Projections 2025-2035
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### Extraction
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| Année | Dem. numérique (t) | Part | Dem. autres (t) | Part | Production (t) | Recyclage (t) | Déficit/Surplus |
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| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
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| 2025 | 900 000 | 27% | 2 400 000 | 73% | 3 300 000 | 150 000 | +150 000 |
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| 2030 | 1 300 000 | 32% | 2 700 000 | 68% | 4 100 000 | 300 000 | +400 000 |
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| 2035 | 1 900 000 | 38% | 3 100 000 | 62% | 5 000 000 | 500 000 | +500 000 |
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_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._
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### Traitement
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| Année | Capacité de traitement (kt) | Demande numérique (kt) | Demande autres usages (kt) | Taux d'utilisation des capacités (%) | Déficit/Surplus (kt) |
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| :-- | :-- | :-- | :-- | :-- | :-- |
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| 2025 | 1 800 | 850 | 900 | 97 | +50 |
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| 2030 | 2 500 | 1 200 | 1 200 | 96 | +100 |
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| 2035 | 3 000 | 1 500 | 1 400 | 97 | +100 |
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_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)._
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## Matrice des risques
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### Extraction
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| Impact/Probabilité | Faible | Moyen | Fort |
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| :-- | :-- | :-- | :-- |
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| Fort | | R1 (Géopolitique) | R3 (Environnemental) |
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| Moyen | R5 (Social) | R2 (Économique) | |
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| Faible | | R4 (Technologique) | |
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Détail des risques :
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- 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)
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- 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)
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- 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)
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- R4 : Développement de technologies alternatives dans certaines applications spécifiques - Impact faible (2/5), Probabilité moyenne (3/5)
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- R5 : Conditions de travail dans les sites d'extraction et de transformation - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
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_Échelle d'évaluation: Impact de 1 (très faible) à 5 (très élevé); Probabilité de 1 (très faible) à 5 (très élevée)._
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-EXTRACTION -->
|
||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
|
||
<!---- AUTO-END:SECTION-IHH-EXTRACTION -->
|
||
|
||
<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-RESERVES -->
|
||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
|
||
<!---- AUTO-END:SECTION-IHH-RESERVES -->
|
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||
### Traitement
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| Impact/Probabilité | Faible | Moyen | Fort |
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| :-- | :-- | :-- | :-- |
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| Fort | | R1 (Concentration géographique) | R2 (Dépendance énergétique) |
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| Moyen | R3 (Substitution) | R4 (Environnemental) | R5 (Volatilité des prix) |
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| Faible | R6 (Technologique) | | |
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Détail des risques :
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- R1 : Concentration de la production en Chine (>50%), créant une vulnérabilité dans la chaîne d'approvisionnement - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
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- R2 : Forte dépendance énergétique des procédés de production (11-14 kWh/kg) - Impact fort (4/5), Probabilité forte (4/5)
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- R3 : Développement de matériaux alternatifs pour certaines applications spécifiques - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
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- R4 : Impact environnemental significatif des procédés traditionnels (émissions de CO₂, environ 5t CO₂/t Si) - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
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- R5 : Fluctuations importantes des prix liées aux coûts énergétiques et aux tensions géopolitiques - Impact moyen (3/5), Probabilité forte (4/5)
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- 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)
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IHH-TRAITEMENT -->
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||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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<!---- AUTO-END:SECTION-IHH-TRAITEMENT -->
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||
## Risque de substituabilité
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-ICS-MINERAI -->
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||
*(cette section sera remplie automatiquement)*
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<!---- AUTO-END:SECTION-ICS-MINERAI -->
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-ICS-COMPOSANT-MINERAI -->
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*(cette section sera remplie automatiquement)*
|
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<!---- AUTO-END:SECTION-ICS-COMPOSANT-MINERAI -->
|
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||
## Vulnérabilité de concurrence
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<!---- AUTO-BEGIN:SECTION-IVC-MINERAI -->
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*(cette section sera remplie automatiquement)*
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<!---- AUTO-END:SECTION-IVC-MINERAI -->
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## Sources
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1. MineralInfo - Silicium métal (Si) - https://www.mineralinfo.fr/fr/substance/silicium-metal-si
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2. Imerys - Quartz - https://www.imerys.com/fr/mineraux/quartz
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||
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)
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2. Bernreuter Research - "Polysilicon Production Processes" (2020)
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3. GCL Tech - "Polysilicon by GCL's modified Siemens process" (2023)
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4. CORDIS - "Du silicium par réduction aluminothermique du quartz dans le laitier" (2023)
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5. SF Foundry Material - "Le processus de production du carbure de silicium" (2023)
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6. Mineral Info - "Fiche de criticité - Silicium métal" (2019)
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7. Wikipedia - "Polycrystalline silicon" (2003)
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8. PasseportSanté - "Dangers, bienfaits du silicium organique" (2024)
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9. CNESST - "Fiche complète pour Silicium" (2025)
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10. REC Silicon - "Technology: Siemens Polysilicon" (2022) |