Silicium

Le silicium est un solide dur, cassant, bleu-gris, doté d’un éclat métallique et sans odeur ; il possède un point de fusion élevé de 1414 °C et un point d’ébullition de 3265 °C. Il s’agit d’un élément métalloïde et du deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, généralement isolé sous forme cristalline ou amorphe. Le silicium constitue une matière première fondamentale pour la production de silicones, de silanes, de silicates et de wafers de qualité semi-conductrice. Ses principales applications industrielles comprennent l’électronique (circuits intégrés, cellules photovoltaïques), la construction (scellants et adhésifs à base de silicone, agents hydrofuges) ainsi que les polymères spécialisés (par exemple, caoutchoucs, résines et fluides silicones). Il est également utilisé dans l’alliage d’aluminium et comme agent réducteur dans les procédés métallurgiques.

Elemental silicon has some of the most important applications in this electronic age. One of the major applications is in computer chips. The single crystals of crystalline silicon are used for solid-state or semiconductor devices. Silicon of hyperpurity, doped with trace elements, such as boron, phosphorus, arsenic, and gallium is one of the best semiconductors. They are used in transistors, power rectifiers, diodes and solar cells. Silicon rectifiers are most efficient in converting a-c to d-c electricity. Hydrogenated amorphous silicon converts solar energy into electricity.
Certains végétaux nécessitent du silicium (Si) en plus des nutriments micronutriments et macronutriments. Il s’agit de l’un des éléments les plus abondamment absorbés par les plantes. Le silicium appartient au groupe 14 (anciennement IVB) du tableau périodique. C’est un oligoélément essentiel pour la croissance normale des animaux supérieurs, car il intervient dans la formation des os et du cartilage. Les cultures cultivées en l’absence de silice soluble sont plus sujettes aux mildious que celles auxquelles on fournit de la silice soluble. Le riz, le concombre, la cornichonnière et l’orge nécessitent du silicium. Ce dernier améliore la croissance de la canne à sucre. Le silicium corrige les toxicités du sol résultant de la présence de quantités excessives de manganèse (Mn), de fer (Fe) et d’aluminium actif (Al). Le pouvoir oxydant des racines de riz ainsi que leur tolérance à des concentrations élevées de fer et de manganèse sont attribués à la nutrition en silicium. Lors d’un essai sur le terrain, une partie d’une culture de riz présentant un rapport silice/azote de 11:2 a produit 10 tonnes supplémentaires par hectare. Le silicium contribue à : (a) maintenir l’érection des feuilles de riz, (b) augmenter la résistance aux ravageurs insectes, (c) améliorer la photosynthèse, (d) accroître le nombre de tiges, et (e) améliorer les poids frais et sec des plantes de riz. Si la silice est retirée pendant la période reproductive, le nombre d’épillets par panicule et le pourcentage de grains mûrs diminuent. Le silicium participe à la structure de la paroi cellulaire, ce qui permet (a) de rendre la paroi cellulaire plus résistante aux maladies, (b) d’améliorer la résistance de la tige, et (c) d’accroître la résistance au verse. Le riz et la canne à sucre répondent favorablement aux engrais siliceux. Des complexes enzyme-silicium formés dans la canne à sucre agissent comme protecteurs ou régulateurs de la photosynthèse et de l’activité enzymatique. En inhibant l’activité de l’invertase dans la canne à sucre, le silicium augmente la production de sucre. Le silicium et l’oxygène représentent 75 % de la croûte terrestre, dont le silicium seul constitue 27,7 %. La silice, présente à hauteur de 60 à 80 % sous forme de silice quartzique insoluble, se trouve sous la forme d’acide monosilicique [Si(OH)₄], dont la disponibilité augmente avec le pH du sol et la température. Environ 130 ppm de silicium (SO₂) constituent la limite critique de silicium disponible dans un sol séché à l’air pour maximiser le rendement du riz en culture inondée ; cette limite critique augmente lorsqu’on ajoute du silicium (sous forme de SiO₂). L’absorption du silicium par les plantes varie selon les espèces végétales. Les Graminées contiennent 10 à 20 fois plus de silicium que les légumineuses et les dicotylédones. La paille de riz contient de 4,6 à 7,0 % de silicium. Les oxydes de fer et d’aluminium, le chaulage, l’inondation et l’apport de nutriments influencent l’absorption du silicium ; une forte teneur en eau du sol augmente son absorption chez le riz, l’orge, l’avoine, le sorgho et la canne à sucre. La quantité d’engrais siliceux à appliquer au sol dépend du rapport entre la silice disponible et la matière organique : si ce rapport est inférieur à 100, l’utilisation d’un engrais siliceux est justifiée ; s’il dépasse 100, il convient d’ajouter de la matière organique ; s’il est inférieur à 50, cela indique une carence en silicium du sol. Dans une zone déficiente en silicium, l’apport recommandé d’engrais siliceux est de 2 à 3 tonnes par hectare. La « tache foliaire nécrotique » (freckling), affection caractérisée par l’apparition de taches nécrotiques sur les feuilles, constitue un symptôme de faible teneur en silicium chez la plante de canne à sucre exposée directement au soleil, le rayonnement ultraviolet (UV) étant l’agent causal. Une teneur suffisante en silicium dans la plante de canne à sucre filtre les radiations UV nocives. Les principaux engrais siliceux comprennent les laitiers silicatés calciques, le silicate de calcium et le métasilicate de sodium. L’application de 1,5 à 2,0 tonne de laitier silicaté par hectare fournit généralement une quantité suffisante de silicium aux cultures de riz produites dans des sols pauvres en silicium. Les engrais silicatés constituent à la fois une source de silicium et un amendement chaulant dans les sols acides. Les laitiers issus de l’industrie sidérurgique, les laitiers basiques broyés (contenant des quantités variables d’Al, Ca, Fe, Mn, Mg et Si) ainsi que la wollastonite (silicate de Ca-Mg) sont tous des engrais silicatés. Le silicate de sodium augmente le rendement des cultures dans les sols déficients en phosphore, probablement parce que les silicates favorisent l’assimilation de l’acide phosphorique par la plante plutôt que par le sol. Toutefois, selon certains auteurs, les silicates augmenteraient la teneur en phosphore assimilable du sol. Des apports massifs d’azote rendent la plante de riz plus sensible aux attaques fongiques en raison de la diminution de la concentration de silicium dans la paille.

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