Définition de la silice : tout ce qu’il faut savoir

par | Publié le 26/11/2024

La silice est la forme minérale du silicium, l’élément le plus abondant sur Terre après l’oxygène. Elle est utilisée dans de nombreux domaines, en particulier dans la fabrication des cellules photovoltaïques. Elle entre aussi dans la fabrication d’autres produits à haute valeur ajoutée. Quelle est la définition de la silice ? Quels sont ses différents usages possibles ?

Définition de la silice. Du sable pour la fabrication du silicium.

  • La silice est un composé chimique minéral dérivé du silicium ;
  • La silice est présente en abondance dans la nature et sous différentes formes ; on la trouve par exemple dans le quartz, le sable, les roches sédimentaires, etc. ;
  • La silice peut être de forme cristalline ou amorphe ;
  • La silice désigne la forme naturelle du dioxyde de silicium, qui est un élément semi-conducteur.

Quelle est la définition de silice ?

La silice désigne la forme naturelle du dioxyde de silicium, ou anhydride silicique, qui a pour formule chimique SiO2. C’est un élément très dur présent en abondance dans la croûte terrestre. On retrouve ce minéral dans les roches métamorphiques comme le quartz, dans les roches magmatiques, le silex, etc. Mais la silice est surtout extraite des roches sédimentaires comme le sable. Elle sert de matière première pour la production de silicium, mais aussi pour fabriquer du verre.

Les différentes formes de silice

Il existe deux formes principales de l’élément Si : la silice cristalline, et la silice amorphe. La silice peut être mélangée artificiellement avec d’autres composés chimiques ou minéraux. Cela permet de créer divers types de matériaux synthétiques et des alliages métalliques. On peut citer le verre, les silicones, la céramique, le gel de silice, le verre de quartz ou encore la silice pyrogénée.

À l’état naturel, le mélange de silice avec d’autres composés minéraux, tels que le calcium ou le magnésium, forme des silicates. Ceux-ci sont présents en très grande quantité dans l’écorce terrestre.

Silice cristalline

La silice cristalline est la forme cristallisée du dioxyde de silicium. Elle peut être naturelle, à l’exemple du quartz qui est une pierre dite siliceuse. Il existe aussi des formes artificielles de silice cristalline, comme les variétés de quartz synthétique de haute qualité. C’est le cas de la cristobalite, qui est élaborée en chauffant du quartz à très haute température et en le mélangeant avec d’autres matériaux.

Silice amorphe

La silice amorphe correspond à la forme non-cristallisée du dioxyde de silicium. Elle se distingue par sa structure dans laquelle les atomes sont désordonnés. La silice amorphe peut être déposée en couches minces sur un substrat pour fabriquer des cellules photovoltaïques. Mais il est nécessaire d’utiliser du dioxyde de silicium amorphe hydrogéné afin d’obtenir des propriétés semi-conductrices.

D’autres formes de silice amorphe sont utilisées dans certaines industries, comme le gel de silice qui trouve une multitude d’applications. S’il est possible de créer de la silice amorphe artificielle, elle existe aussi sous forme naturelle, comme la terre de diatomée.

Définition de silice. Dioxyde de silicium issu du sable.

Les différentes utilisations de la silice

La silice trouve de nombreuses applications. Elle entre dans la fabrication du verre, notamment celui utilisé dans le domaine de l’optique. Elle est également utilisée pour fabriquer des composants électroniques tels que les cellules photovoltaïques, les puces électroniques, etc. Les silicones, matériaux très répandus, sont également élaborés à partir de la silice. Ce sont des polymères se présentant sous forme de gomme, de gel, d’huiles, etc.

Production de la plaquette de silicium

La plaquette de silicium est l’élément de base des cellules photovoltaïques, qui constituent elles-mêmes le cœur des panneaux solaires photovoltaïques. Leur production nécessite plusieurs étapes.

La première consiste à extraire le dioxyde de silice des roches siliceuses. La seconde étape correspond à la fabrication du dioxyde de silicium de grade solaire. D’autres procédés permettent d’obtenir du silicium de grade électronique.

Obtention du silicium de grade métallurgique

L’obtention du silicium de grade métallurgique, ou silicium MG (metal grade), constitue la première étape du processus de production des cellules photovoltaïques.

  • Le silicium métal est extrait des roches contenant un taux de silice (dioxyde de silicium) supérieur à 98%, essentiellement le quartz ; ces roches doivent également avoir un diamètre inférieur à 15 mm ainsi que des propriétés spécifiques, notamment une faible teneur en oxyde de fer et en plomb ;
  • Le procédé d’extraction de la silice de grade métallurgique se fait par « carboréduction » du dioxyde de silice ; ce procédé permet d’obtenir du silicium liquide à une température de 2000°C, en utilisant un four à arc électrique ;
  • Le silicium métal encore sous forme liquide subit une première étape d’affinage afin d’enlever les impuretés comme le calcium et l’aluminium ;
  • Le silicium liquide est ensuite coulé en lingots qui sont ensuite solidifiés ; on obtient du silicium de grade MG.

Fabrication du silicium de grade solaire

La seconde étape du processus de fabrication des cellules solaires consiste à obtenir une forme cristallisée du silicium de grade métallurgique. Pour cela, on utilise le procédé Siemens.

  • Après une série de transformations chimiques et de chauffe à haute température, on obtient du silicium dit polycristallin de pureté allant de 6N (99,9999%) à 13N ; ils sont produits sous forme de cylindres ; le silicium de grade solaire se caractérise par une pureté de 6N tandis que celui de grade électronique a une pureté allant de 10N à 13N ;
  • Ces cylindres sont ensuite broyés pour obtenir des fragments ;
  • Ces derniers passent ensuite par une étape de recristallisationafin de produire soit du silicium polycristallin, soit du silicium monocristallin ; pour produire du silicium polycristallin, c’est la méthode dite de la zone fondue qui est employée ; la fabrication du silicium monocristallin utilise quant à elle la méthode de Czochralski ;
  • Le cylindre est découpé en lamelles très fines appelées wafers ou galettes.

Fabrication du verre

La silice est largement utilisée pour la production de verre, notamment en raison de sa grande dureté et de sa transparence. Dans ce processus, la silice est principalement extraite du sable.

  • Le sable est mélangé avec de la chaux, de la soude et de la potasse, puis on y ajoute de l’eau ;
  • Le mélange est chauffé à 1550°C;
  • On obtient du verre fondu;
  • La quantité de silice utilisée détermine la dureté du verre;
  • Le verre borosilicate est, par exemple, obtenu avec un taux de silice de 80% ;
  • Un taux de silice de 96% permet d’obtenir du verre de silice, réputé pour sa résistance aux variations thermiques et sa grande pureté.
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  • Alexandra Blanchard - rédactrice Cap Soleil Energie

    Je suis Alexandra Blanchard, rédactrice web spécialisée dans les panneaux solaires. ☀️ Titulaire d'une licence professionnelle en maîtrise de l'énergie et des énergies renouvelables, j'ai débuté ma carrière en rédigeant sur divers sujets liés aux énergies nouvelles. 👩‍💻 Depuis 2021, je me concentre exclusivement sur les panneaux solaires, partageant mon expertise pour informer et inspirer autour de cette technologie prometteuse. 🌍 Mon objectif est de rendre l'information sur les panneaux solaires accessible et engageante pour tous.

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