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A quand la production du silicium en Algérie!

©D.R.

Dans ce texte le Pr. M. Laribi, qui est enseignant en Génie des matériaux au département de Métallurgie à l'Ecole Nationale Polytechnique (ENP) revient sur les énergies renouvelables en Algérie. Il s'est intéressé aux panneaux solaires et particulièrement à la base de fabrication des cellules pholtaiques, qui n'est autre que le Silicium.

Rédaction Numérique de "Liberté"

 

Les énergies fossiles sont en voie de disparition car non renouvelables. Pour subvenir aux besoins énergétiques toujours croissants de l'humanité, plusieurs énergies de substitution pérennes peuvent être développées. Parmi elles, l'énergie électrique d'origine solaire. elle est considérée comme la plus propre, la plus pérenne et d'un potentiel aussi grand que la grandeur du soleil et de son rayonnement sur la planète terre.

L'énergie solaire est néanmoins tributaire de trois paramètres principaux à savoir: la lumière du soleil, les panneaux photovoltaïques et l'espace pour déployer ces panneaux.

En Algérie, le premier et le troisième paramètre sont largement disponibles et à moindre frais. Notre pays dispose d'environ 4000 heures d'ensoleillement par an. Il est immense et possède tout type de terres (montagnes, plaines et désert).

Le deuxième paramètre en revanche, nécessite un savoir faire particulier et une technologie de pointe. La production et le stockage de l’énergie passe d’abord par la réalisation des panneaux solaires constitués de cellules photovoltaïques dont la fabrication est essentiellement à base de silicium. Par conséquent la chaîne de la technologie photovoltaïque doit inévitablement et préalablement passer par l’élaboration de ce noble matériau.

Mais « Ou trouve – t – on le silicium et quelles sont les techniques de son élaboration ? »

L'Algérie, surtout au sud, possède plusieurs gisements de sable de haute teneur en quartz qui est le matériau de base pour l'élaboration du silicium métallurgique. Ce dernier est actuellement élaboré par le procédé conventionnel de fusion de l'oxyde de silicium (SiO2). L'oxyde fondu est ensuite réduit par le carbone pour obtenir enfin le silicium pur qui est solidifié dans des lingotières spéciales. Selon la vitesse de solidification, on peut obtenir soit un lingot monocristallin, soit un lingot polycristallin. Il est établit scientifiquement que les cellules photovoltaïques issues de lingots monocristallins ont un meilleur rendement électrique, alors que celles issues de lingots polycristallins ont un rendement moindre. Cependant, les coûts de fabrication du silicium monocristallin sont nettement plus élevés que ceux du silicium polycristallin, alors que la différence en termes de rendements électriques entre les deux matériaux n'est pas vraiment très significative. Aussi, on pense que le faible coût de fabrication du polycristallin peut facilement couvrir le manque à gagner en termes énergétiques si on évite l'utilisation du monocristallin. C'est pour cela que la tendance mondiale est actuellement orientée plutôt vers le silicium polycristallin.

Par ailleurs, on sait que l'oxyde de silicium est un matériau réfractaire dont la température de fusion est assez élevée (˃1300 °C) d'où sa répercussion sur les coûts de fabrication. C'est pour cela qu'actuellement une nouvelle tendance est orientée vers la fabrication du silicium métallurgique par le procédé de réduction directe; c'est à dire par la voie de métallurgie des poudres.

A notre connaissance, le silicium métallurgique n'est pour le moment pas encore produit en Algérie. L'ensemble des cellules photovoltaïques fabriquées par les différents intervenants algériens, sont réalisées en utilisant un silicium métallurgique d'importation.  Il serait par conséquent intéressant de penser à son élaboration chez nous. La maîtrise de la technologie d'élaboration de ce matériau hautement stratégique pour l'économie du pays est plus que nécessaire.

Les étapes essentielles de la nouvelle technologie permettant l'obtention du silicium peuvent être décrites très brièvement comme suit:

La première étape concerne: l'identification du meilleur gisement de sable qui contient une forte teneur en quartz (SiO2). Ainsi, plusieurs échantillons de sables provenant de plusieurs régions d'Algérie doivent être analysés pour sélectionner celui dont la teneur en quartz est la plus forte.    

La deuxième étape concerne: l'enrichissement du sable présélectionné. C'est à dire sa purification par l'élimination de tout ce qui n'est pas oxyde de silicium comme: la biotite; les feldspaths, les différents métaux (surtout Fe)...etc.

La désintégration du quartz pur en fines particules par le procédé cold-stream,  constitue la troisième étape. L'objectif recherché est d'augmenter la surface spécifique de la poudre de SiO2 afin d'augmenter les vitesses de réactions durant la période de réduction de l'oxyde par le carbone.     

Il y' a lieu bien sûr de suivre et d'étudier la cinétique de réduction de l'oxyde par le carbone dans un four tubulaire rotatif et d'identifier les paramètres qui influent sur cette cinétique pour en déterminer ceux qui permettent l'obtention du meilleur silicium. C'est à dire de bonne qualité et à moindre coût. Toutes ces étapes doivent évidement être validées par d'intenses travaux de caractérisation du produit fini.

Cette nouvelle approche permet l'élaboration du silicium métallurgique à travers notamment la réduction directe et sans passer par la fusion du matériau qui nécessite de hautes températures qui influent par voie de conséquence sur les coûts de production et donc sur la compétitivité du produit. Ainsi, plusieurs étapes du procédé sont réalisées à température ambiante comme: l'enrichissement, la désintégration en fine particules du quartz et même la réduction peut être réalisée à une température beaucoup plus basse que la température de fusion utilisée par le procédé conventionnel.

Nous pensons que si on arrive à élaborer un silicium "Made in Algeria" via le procédé sus-cité, les retombées technologiques, économiques et écologiques ne peuvent être que positives pour l'Algérie.

Professeur M. LARIBI

Enseignant en Génie des matériaux au département de Métallurgie à l'Ecole Nationale Polytechnique

 

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