Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Used for a very long time as an intrinsic semiconductor, germanium has become a strategic metal. Indeed, it is currently used as a component of optical fibers, polymerization catalyst, component in infrared optics and electronics, as well as in many other applications, such as dentistry, spectral analysis or photography. A by-product of zinc ore, copper and zinc, it is also extracted from certain coals and has many natural isotopes. Being non-toxic, it presents no danger to the environment.
Auteur(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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Composés du germanium
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1. Propriétés physiques et chimiques
L’encadré 1 résume les principales étapes industrielles du germanium.
1886 – Le germanium est isolé à partir de l’argyrodite par Clemens Winkler.
1940-1945 – Utilisation du germanium dans les installations de radars (diodes Sn-Ge).
1946 – Premiers procédés de récupération du germanium à partir de la métallurgie du zinc.
1948 – Utilisation du germanium dans les diodes (électronique, télévision, calculateurs, téléphonie, verres optiques spéciaux, etc.).
1956 – Nouvelles techniques de purification du germanium, fabrication de monocristaux, énorme besoin de semi-conducteurs.
1965 – Utilisation de l’oxyde de germanium comme catalyseur de polymérisation du PolyÉthylène Téréphtalate (PET) au Japon.
1970 – Le silicium supplante le germanium en microélectronique.
1970-1990 – Utilisation du germanium dans un but militaire (équipements pour infrarouge).
L’atome de germanium a la configuration électronique [Ar] 3d10 4s2 4p2, un état fondamental 3P et forme des liaisons tétraédriques qui peuvent être représentées par une hybridation sp3.
Le germanium a un caractère peu métallique. Son réseau est de type diamant. Le tableau 1 rassemble quelques données thermodynamiques de cet élément.
Le germanium a de nombreux isotopes, mais seuls 70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge et 78Ge sont stables et se trouvent dans la nature.
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Les propriétés électriques du germanium sont à la base de son utilisation en électronique. À température ordinaire, sa résistance est de 50 Ω.cm–1. Une augmentation de température a pour effet d’exciter ses électrons qui passent d’une bande pleine dans une bande de conduction vide. Ces deux bandes sont séparées par une bande d’énergie très étroite. La résistance chute alors très brutalement.
Le germanium est un semi-conducteur dit « intrinsèque ».
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Le métal donne aussi des semi-conducteurs à impuretés : à...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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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