SILICIUM
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Le silicium (symbole Si, numéro atomique 14) ne se trouve pas à l'état natif, mais constitue, sous forme de silice et de silicates, l'élément le plus abondant (environ 28 p. 100), après l'oxygène, à la surface du globe (cf. silicates, silice). Son nom vient du latin silex : caillou. Antoine-Laurent Lavoisier avait soupçonné son existence en 1787, mais ce n'est qu'en 1823 que Jöns Jacob Berzelius l'isola dans un état de pureté suffisant pour pouvoir en aborder l'étude.
Le silicium cristallisé a un aspect métallique ; en raison de sa dureté, il polit le verre, mais il est poli par l'émeri. Sa densité est de 2,33 à 25 0C ; il fond à 1 410 0C et bout à 2 680 0C. On l'utilise de plus en plus pour l'obtention de semiconducteurs. En métallurgie, c'est un désoxydant des aciers et un élément d'alliages (fontes, aciers et alliages légers).
En raison des analogies des éléments silicium et carbone (C), on a très tôt (dès le xixe siècle et surtout au début du xxe siècle) songé à bâtir une chimie organique du silicium (chimie organosilicique). En fait, le silicium, plus volumineux et plus électropositif que le carbone, a donné naissance à une chimie organique spécifique, où son affinité pour l'oxygène tient une place prépondérante.
Le corps simple silicium
Compte tenu de la réactivité du silicium avec l'oxygène et de la grande stabilité des oxydes formés, on ne le trouve pas à l'état de corps simple dans la nature. Il est obtenu à partir de la silice, par réduction au four à arc utilisant des électrodes de graphite, généralement selon un procédé en continu et à des températures variant entre 1 600 et 1 800 0C. Il est récupéré par coulée. Une variante de ce procédé travaillant à plus basse température fait appel à l'aluminothermie. On peut estimer entre 500 000 et 1 million de tonnes la [...]
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Écrit par :
- Michel POUCHARD : docteur ès sciences, professeur de chimie à l'université de Bordeaux-I, membre de l'Institut
- Jacques DUNOGUÈS : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur du laboratoire de chimie organique et organométallique de l'université Bordeaux-I
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« SILICIUM » est également traité dans :
ACIER - Technologie
Dans le chapitre « Aciers alliés » : […] Les aciers alliés se distinguent des aciers non alliés par la présence de certains éléments d'alliage (cf. tableau). Les éléments d'alliage agissent sur la structure de l'acier et modifient par là certaines de leurs propriétés, mais ils peuvent aussi attribuer à l'acier des propriétés entièrement nouvelles. Chacun de ces éléments se caractérise par une tendance dominante soit à rester dissous da […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/acier-technologie/#i_3345
CIRCUITS INTÉGRÉS
Dans le chapitre « Le substrat » : […] Le substrat des circuits intégrés CMOS – c'est-à-dire la base sur laquelle ils sont construits – est en silicium. Cet élément est abondant à la surface de la Terre sous forme de sable (silice et silicates). Pour pouvoir être utilisable dans ce secteur de l'industrie, il doit être parfaitement purifié et mis sous forme de galette monocristalline. Cette dernière représente en fait un cristal de sil […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/circuits-integres/#i_3345
CRISTAUX - Synthèse des cristaux
Dans le chapitre « Les semiconducteurs » : […] Les semiconducteurs sont des corps non métalliques qui conduisent imparfaitement l'électricité et dont la résistivité décroît lorsque la température augmente. Ils trouvent de nombreuses applications en électronique et en informatique en entrant dans la fabrication de diodes, de transistors, de photoconductances et de photodiodes. Le germanium et, surtout, le silicium sont les principaux semicondu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cristaux-synthese-des-cristaux/#i_3345
ÉLECTRONIQUE INDUSTRIE
Dans le chapitre « Les composants » : […] Les composants étaient initialement des constituants élémentaires que l'on assemblait pour réaliser des fonctions. On a déjà dit que l'évolution de la technique et particulièrement des circuits intégrés avait étendu cette définition à des éléments d'assez petite dimension assurant des fonctions plus ou moins complètes, voire très complexes (microprocesseurs). On a coutume de classer les composant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/industrie-electronique/#i_3345
GÉOCHIMIE
Dans le chapitre « Les croûtes » : […] L'écorce terrestre est majoritairement constituée de roches silicatées (c'est-à-dire comportant du silicium et de l'oxygène) qui définissent deux types de croûte. La croûte océanique est principalement composée de basaltes et de gabbros, riches en fer et en magnésium. Cet assemblage chimique est dit « basique », avec des teneurs en silice (SiO 2 ) inférieures à 52 p. 100. La croûte continentale […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/geochimie/#i_3345
GERMANIUM
De Germania , Allemagne Symbole chimique : Ge Numéro atomique : 32 Masse atomique : 72,59 Point de fusion : 937,4 0 C Point d'ébullition : 2 830 0 C Densité (à 20 0 C) : 5,32. Semi-métal argenté qui a été découvert par Clemens Winkler dans l'argyrodite (Ag 4 GeS 4 , 2 Ag 2 S) et dont les propriétés […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/germanium/#i_3345
MAGNÉSIUM
Dans le chapitre « Réduction thermique » : […] Malgré sa chaleur de formation élevée, la magnésie peut être réduite par des agents énergétiques. Cette réaction est fortement endothermique et ne peut se produire qu'au-dessus d'une certaine température qui dépend du réducteur employé. Pour favoriser le déplacement de l'équilibre dans le sens de la réduction, il faut apporter de l'énergie sous forme de chaleur et éliminer le magnésium au fur et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnesium/#i_3345
MATIÈRE (physique) - État solide
Dans le chapitre « Les solides covalents » : […] À titre d'exemple, prenons deux atomes d'hydrogène initialement très éloignés l'un de l'autre ; ils possèdent chacun un électron occupant le niveau de plus basse énergie. On sait que ce niveau peut être saturé par deux électrons dans des états de spin opposé. Quand on rapproche ces deux atomes pour constituer une molécule d'hydrogène H 2 , chacun des deux électrons va être soumis à l'attraction de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-solide/#i_3345
MICROÉLECTRONIQUE
Dans le chapitre « La fabrication des circuits intégrés » : […] Ces quatre facteurs, qui ont permis l'essor de la microélectronique, se sont développés grâce à l'utilisation de méthodes de production hautement parallélisées (s'apparentant beaucoup à l'imprimerie) et dont la reproductibilité fait l'objet d'efforts incessants. L'idée est de fabriquer en une seule opération technologique tous les éléments de même nature sur la puce, en fait sur toute une plaquet […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microelectronique/#i_3345
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Dans le chapitre « Augmentation du couple mécanique et de la puissance dans les micromécanismes » : […] L'augmentation du couple et de la puissance mécanique est obtenue soit par l'accroissement de la force électrostatique, soit par l'usage de matériaux d'actionnement provoquant une force mécanique importante ou une déformation de grande amplitude. Le couple et la puissance mécanique, donc la force électrostatique, sont proportionnels à la surface active des électrodes. Cette surface peut être accru […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microsystemes-technologie/#i_3345
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Dans le chapitre « La miniaturisation du microprocesseur » : […] Un microprocesseur, cœur de l'ordinateur, est constitué d'un ensemble de circuits électroniques comprenant des transistors, des résistances et des condensateurs. Tous ces éléments sont fabriqués sur un support en matériau semiconducteur, la puce de silicium (ayant typiquement un centimètre de côté), et constituent un circuit « intégré ». Grâce à une miniaturisation incessante (une nouvelle générat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nanotechnologies/#i_3345
NUTRITION
Dans le chapitre « Les métalloïdes » : […] Les phosphates sont parmi les premiers sels qui aient été utilisés comme engrais (le brevet de Lawes pour le superphosphate date de 1842). Le groupement phosphoryle PO 3 H 2 est présent dans les molécules fondamentales : phosphoaminolipides des membranes, nucléoprotéines des noyaux ; beaucoup de biocatalyseurs (nucléotides) sont des composés phosphorés. D'autre part, les dé […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nutrition/#i_3345
OLIGOÉLÉMENTS
Dans le chapitre « Notion d'oligoélément » : […] Les progrès de l'analyse chimique conduisirent à la mise en évidence de nombreux autres éléments et à leur détermination quantitative. La question s'est donc posée de savoir quels étaient ceux dont l'existence dans tous les organismes, végétaux et animaux, permettrait de les envisager comme des constituants normaux. Dès 1937, Gabriel Bertrand considérait comme démontré qu'en plus des onze élément […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/oligoelements/#i_3345
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Détecteurs de particules
Dans le chapitre « Détecteurs semi-conducteurs » : […] Les détecteurs semi-conducteurs sont essentiellement des chambres d'ionisation solides (fig. 8) , dans lesquels la perte d'énergie nécessaire pour libérer les électrons est voisine de 3 eV, contre près de 30 eV dans un gaz et 1 000 eV dans la combinaison scintillateur-photomultiplicateur. Cela leur confère leur principale propriété, qui est une résolution en énergie exceptionnelle. Celle-ci a révo […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-detecteurs-de-particules/#i_3345
PÉROVSKITES
Dans le chapitre « Le fort rendement des cellules photovoltaïques à pérovskite » : […] En 2012, le chimiste suisse Michael Grätzel a l’idée d’intégrer d’une façon originale des pérovskites dans un type de cellules photovoltaïques qu’il a inventé vingt ans plus tôt, et dans lequel le dioxyde de titane remplace fort avantageusement – en termes de coût et de simplicité de fabrication – le silicium habituellement utilisé. En effet, le silicium des cellules photovoltaïques doit être puri […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/perovskites/#i_3345
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Dans le chapitre « Cellule photovoltaïque à base de silicium » : […] Nous considérerons successivement le silicium en fonction de son état cristallographique en allant de la forme la plus ordonnée (monocristalline) jusqu'à l'état le moins structuré, c'est-à-dire amorphe. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photovoltaique/#i_3345
PREMIERS BREVETS DE CIRCUITS INTÉGRÉS
À partir du milieu des années 1950, les semiconducteurs (diodes et transistors) sont venus progressivement remplacer les tubes électroniques. De plus faible dimension, ils sont très supérieurs en termes de rendement énergétique, de longévité, de fiabilité (problème crucial dans un ordinateur) et aussi de potentiel économique, puisque l'automatisation de leur production est beaucoup plus facile. U […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/premiers-brevets-de-circuits-integres/#i_3345
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SIDÉRURGIE
Dans le chapitre « Désoxydation » : […] Du fer contenant de l'oxygène en solution entraîne la précipitation d'oxyde FeO aux joints des grains lors de la solidification. Le métal obtenu est fragile à chaud (rouverain). Un acier contenant de l'oxygène donne lieu, lors de la solidification, soit à la formation de CO (environ 90 p. 100) et d'un peu de CO 2 (environ 10 p. 100), soit, en présence d'éléments désoxydants, à la formation des ox […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/siderurgie/#i_3345
SILICATES
Dans le chapitre « Rôle géochimique » : […] Si l'importance économique des silicates est considérable, leur rôle géochimique est essentiel. Ils forment plus de 90 p. 100 en poids de l'écorce terrestre. Les nombreuses données statistiques sur la composition chimique de la partie superficielle, en particulier celles qui ont été obtenues par F. W. Clarke et H. S. Washington (1924) se rapportant aux roches éruptives, peuvent être présentées sou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/silicates/#i_3345
SILICE
Le dioxyde de silicium ou silice occupe, parmi les oxydes, une place exceptionnelle ; en effet, par ses propriétés cristallochimiques, par ses modes de genèse, par son importance pétrographique, il s'apparente étroitement aux silicates. Dans la quasi-totalité de ses formes, il apparaît comme le modèle le plus simple des tectosilicates : une charpente tridimensionnelle faite de tétraèdres SiO 4 li […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/silice/#i_3345
SOLEIL
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TÉLÉVISION - Télévision analogique terrestre
Dans le chapitre « Les senseurs solides » : […] Les senseurs, ou capteurs, d'image solides reposent sur l'utilisation d'une cible de silicium monolithique divisée en points d'image séparés (pixels). Ces points peuvent être des photodiodes ou, le plus souvent, des capacités MOS ( metal oxide semiconductor ) constituées d'un substrat de silicium P et d'une grille conductrice (et transparente) en silicium polycristallin sépa […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/television-television-analogique-terrestre/#i_3345
TERRE (ORIGINE MÉTÉORITIQUE DE LA)
La Terre s'est formée par accrétion, l'agglomération de matériaux et d'objets rocheux présents dans le disque protoplanétaire. Au cours de son accrétion, suffisamment énergétique pour fondre les roches et créer un « océan de magma », la Terre s'est différenciée, la phase métallique plus dense, plongeant en son centre pour former le noyau et reléguant à la périphérie la partie silicatée qui, en re […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/origine-meteoritique-de-la-terre/#i_3345
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Dans le chapitre « Structure » : […] Les verres industriels courants ont des compositions très voisines de celles qui sont indiquées au tableau . Les constituants sont apportés au four par la « composition ». La silice y est introduite sous forme de sable très pur, tel que celui de Fontainebleau, ou de quartz naturel broyé, l' alumine sous forme de feldspaths très purs, aussi exempts de fer que possible, ou sous forme d'alumine hy […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/verre/#i_3345
Voir aussi
Pour citer l’article
Michel POUCHARD, Jacques DUNOGUÈS, « SILICIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/silicium/