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RÉSUMÉ
Utilisé très longtemps comme semi-conducteur intrinsèque, le germanium est devenu aujourd’hui un métal stratégique. En effet, il est utilisé maintenant comme composant des fibres optiques, catalyseur de polymérisation, élément en optique infrarouge et en électronique, et dans de nombreuses autres applications, comme la dentisterie, l’analyse spectrale ou la photographie. Sous-produit des minerais de zinc, ou de cuivre et de zinc, il est également extrait de certains charbons et possède de nombreux isotopes naturels. Non toxique, il ne présente aucun danger pour l’environnement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur Honoraire - Ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), UMR 7569, Nancy université (ENSG-INPL), CNRS
INTRODUCTION
Le germanium est un métalloïde qui a des propriétés électriques intermédiaires entre celles d’un métal et d’un isolant. Utilisé, il y a déjà un demi-siècle, comme semi-conducteur, on le considère aujourd’hui en tant que composant des fibres optiques et catalyseur de polymérisation dans la fabrication du PolyÉthylène Téréphtalate (PET). On l’utilise aussi pour la vision nocturne par infrarouge (IR) et comme semi-conducteur en électronique. En ce sens, il s’agit d’un métal stratégique.
Le germanium est un sous-produit des minerais de zinc, ou de cuivre et de zinc. Mais, certains charbons constituent aussi des ressources potentielles de germanium. Son extraction, à partir de ces ressources, consiste à produire un concentré de germanium, repris en milieu acide chlorhydrique pour donner le tétrachlorure de germanium, qu’on purifie par distillation fractionnée. Quand le matériau est un scrap de germanium, il est transformé en oxyde, puis traité de façon identique à celle des concentrés provenant des minerais. On estime que 25 à 35 % de la consommation mondiale proviendrait du recyclage.
Le germanium est un élément relativement non toxique ne présentant pas de danger notable pour l’environnement.
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Substituts du germanium
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4. Principales utilisations du germanium
En 2007, les principales utilisations du germanium dans le monde sont :
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catalyseurs PET : 31 % ;
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fibres optiques : 24 % ;
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optique infrarouge : 23 % ;
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électronique et applications solaires : 12 % ;
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autres (agents phosphorescents, métallurgie, chimiothérapie…), 10 % .
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Fibres optiques
Le verre de silice dopé par GeO2 est transparent à l’IR proche, qui est la partie du spectre IR utilisée dans la transmission par les fibres optiques usuelles. Les caractéristiques, qui résultent du dopage, sont un indice de réfraction élevé et d’une faible dispersion chromatique.
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Catalyseurs
GeO2 est un catalyseur de polycondensation lors du dernier stade de polymérisation du PolyÉthylène Téréphtalate (PET) utilisé dans la fabrication des bouteilles, des films et des emballages alimentaires. Le produit obtenu est transparent, incolore, et de qualité supérieure à celle des produits obtenus avec d’autres catalyseurs.
Des composants du germanium interviennent aussi comme catalyseurs de fluoration lors de la fabrication des hydrofluocarbones. Le raffinage pétrolier utilise la zéolithe synthétique IM-12-Ge pour obtenir un meilleur indice d’octane. L’architecture de la zéolithe IM-12, dans laquelle deux systèmes de canaux se croisent, est structurée par des atomes de germanium.
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Systèmes optiques infrarouge
Les verres à germanium métal, ou à dioxyde de germanium, ont la propriété de transmettre des radiations de l’infrarouge proche de la longueur d’onde comprise entre 1 600 et 18 000 nm.
Cette propriété est appliquée, depuis longtemps, aux systèmes de vision nocturne passive et le germanium entre dans la fabrication des fenêtres et des lentilles IR.
Le système FLIR (forward looking infrared) forme l’image en utilisant le contraste thermique existant entre les objets et le fond sur lequel ils se détachent (longueur d’onde comprise...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MACKAY (K.M.), MACKAY (R.A.) - Germanium - In Introduction to modern inorganic chemistry, 3rd edition, ed. International Textbook Company, London, pp. 281-287 (1981).
-
(2) - BROWN (R.D.), Jr - Germanium - U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries, pp. 70-71 (2002).
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(3) - PLUNKERT (P.A.) - Germanium, in Mineral acts and problems - U.S. Bureau of Mines, Bulletin 675, pp. 317-322 (1985).
-
(4) - STADNICHENKO (K.J.), ZUBOVIC (P.), HUFSCHMIDT (E.L.) - Concentration of germanium in the ash of american coals. A progress report - U.S. Geological Survey Circular 272, 34 p. (1953).
-
(5) - TAYLOR (S.R.), McLENNAN (S.M.) - The continental crust : its composition and evolution - Blackwell, Oxford, 312 p. (1985).
-
(6) - BERNSTEIN (L.R.) - Germanium Geochemistry and Mineralogy - Geochimica and...
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