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C'est le huitième élément le plus répandu dans l'univers en masse. Sur Terre, on ne le trouve jamais à l'état isolé, mais en association avec l'oxygène dans le sable et les roches sous forme de dioxyde de silicium ou de silice (quartz, silex, sable, etc.), et dans divers minéraux sous forme de silicates métalliques. On le trouve également dans les sources minérales et dans l'eau de mer. C'est, après l'oxygène,  le deuxième élément les plus abondant de la croûte terrestre, représentant environ 28 % de sa masse.

Il est généralement extrait du quartz en chauffant un mélange de quartz et de carbone à des températures élevées en présence d'hydrogène gazeux (procédé Siemens). Cela produit du silicium pur sous forme de silicium cristallin ou de silicium polycristallin. Cet élément est largement utilisé dans la technologie moderne, en particulier dans l'industrie des semi-conducteurs, ainsi que dans la production de verre, de céramique et d'autres matériaux.
 

Structure électronique et propriétés.
Le silicium possède 14 électrons, répartis dans les différentes orbitales de son atome, selon le schéma suivant : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² (il y a deux électrons dans la couche 1s, deux électrons dans l'orbitale 2s, six électrons dans l'orbitale  2p, et, dans la couche de valence (couche périphérique) deux électrons dans l'orbitale 3s et deux électrons dans l'orbitale 3p). Autrement dit l'atome de silicium possède 4 électrons de valence susceptibles d'être mis en communs avec d'autre atomes pour former des liaisons chimiques covalentes.

Cette configuration électronique donne à l'atome de silicium des propriétés telles qu'une grande stabilité chimique et une faible conductivité électrique.

• Bien qu'il ne réagisse pas facilement avec d'autres éléments, le silicium réagit à haute température avec des éléments tels que  le fluor, le chlore et l'oxygène. Il forme des structures tétraédriques lorsqu'il se lie à l'oxygène pour former des silicates. Il forme également des hydrures, tels que le silane (SiH4).

 â€¢ L'atome de silicium forme aussi des liaisons covalentes avec quatre autres atomes de silicium pour former un réseau cristallin en trois dimensions, d'une structure similaire à celle du diamant, et comme le diament est très dur et a une conductivité thermique élevée.
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•  Il est également  possible de modifier les propriétés physiques du silicium en introduisant des impuretés (dopage) dans la structure en treillis forme avec d'autres éléments (carbone, azote). Cela permet le déplacement contrôlé des électrons, afin de créer des semi-conducteurs. Il peut alors être utilisé pour fabriquer des puces informatiques, des panneaux solaires,  et d'autres appareils électroniques. 

Les silicates de calcium, tels que la wollastonite ou  métasilicate de calcium (CaSiO3), sont largement utilisés dans l'industrie pour la fabrication de matériaux réfractaires, de produits ignifuges et de matériaux isolants. D'autres silicates sont utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs pour fabriquer des plaquettes de silicium pur pour la production de puces électroniques.

Les oxydes de silicium.
Le plus connu, et l'un des plus courants, des oxydes de silicium est le dioxyde  de silicium (SiO2). Également appelé oxyde de silicium (IV) ou silice, est un solide cristallin blanc et insoluble. Il se présente sous de nombreuses formes, telles que le silex, le quartz et la cristobalite. Il est acide et réagit avec les alcalis concentrés.  Il est utilisé dans la fabrication de verre, de céramique, de ciment et de nombreux autres matériaux.

De façon générale, les oxydes de silicium sont des composés inorganiques largement utilisés dans l'industrie des céramiques et du verre,  ainsi que comme abrasifs, agents de polissage et comme additifs dans les peintures et les revêtements. Citons parmi eux, outre le dioxyde de silicium, le tétraoxyde de silicium (SiO4), le silicate de sodium (Na2SiO3), le silicate d'aluminium (Al2SiO5) et le verre de silice.

Les carbures de silicium.
Les carbures de silicium sont des matériaux céramiques qui ont des propriétés mécaniques exceptionnelles, telles que leur dureté, leur résistance à l'usure et leur résistance aux températures élevées. Ils  sont utilisés dans la production de plaques de blindage, de revêtements résistants à la chaleur, de pièces de turbine et de pièces de frein pour les voitures. Exemple : le carbure de silicium (SiC), sous différentes formes (carbure de silicium réfractaire (R-SiC), carbure de silicium poreux (PSiC)), matériau très dur et résistant à la chaleur, utilisé dans la fabrication de composants électroniques, de revêtements protecteurs et de pièces mécaniques.

Les silanes.
Les silanes sont des composés organosiliciés utilisés comme agents de couplage pour améliorer l'adhérence des matériaux, ou encore dans la production de polymères et de revêtements résistants à l'eau. Exemples : 

+ Le silane (SiH4) est un gaz incolore utilisé dans la production de silicium pur et d'autres matériaux à base de silicium.

+ Le trichlorosilane (SiHCl3) est utilisé dans la production de silicium polycristallin, matériau de base pour la fabrication de cellules solaires.

+ Le tétraéthoxysilane (Si(OC2H5)4) ou tétraéthylorthosilicate (TEOS) est un précurseur pour la production de verre de silice, notamment.

L'industrie du silicium et son histoire.
Des minéraux riches en silice ont été utilisés dès l'Antiquité dans la fabrication du verre, et Becher avait soutenu qu'ils contenaient un type particulier de terre, à laquelle il a donné le nom de terra vitrescibilis. Au XVII^e siècle, on avait constaté que ces minéraux ne se modifiaient pas lorsqu'ils étaient chauffés par eux-mêmes et ne formaient un verre fusible qu'au contact d'autres corps. En 1660, Tachenius montra qu'elle possédait des propriétés acides plutôt qu'alcalines, car elle se combinait avec des alcalis, mais la vraie nature de la silice resta inconnue jusqu'à ce que Davy la démontre au début du XIX^e siècle. Le silicium a finalement été isolé pour la première fois par Berzelius en 1823. Celui-ci le prépare en décomposant le silicofluorure de potassium au moyen de potassium dans un tube de fer à une chaleur rouge. Une fois refroidie, la masse est traitée avec de l'eau, qui a dissous le fluorure de potassium, laissant le silicium sous la forme d'une poudre brune amorphe.  Deville l'obtint à l'état cristallisé en 1854 et établit les analogies qu'il présente avec le carbone. 

Longtemps confiné à l'état de curiosité de laboratoire, le silicium ne devient un matériau industriel qu'à la fin du XIX^e siècle, lorsque la maîtrise de l'électrométallurgie permet de le réduire à partir de la silice à une échelle jusqu'alors inaccessible. La première préparation d'alliages riches en silicium dans un four à arc électrique est réalisée par Henri Moissan en 1895, tandis que, indépendamment, Bozel et Rathenau mettent au point entre 1897 et 1898 des procédés destinés à la production industrielle. Le ferrosilicium, alliage de fer et de silicium indispensable à la désoxydation et à l'alliage des aciers, avait déjà été produit au haut fourneau à Terrenoire dès 1878, et sa fabrication industrielle se généralise dans les années 1880, avant que la Wilson Aluminium Company puis la société Bozel en Europe n'en assurent la production à grande échelle. Le silicium métallurgique, d'une pureté de 98 à 99 %, alimente alors principalement la sidérurgie et l'industrie des alliages d'aluminium, dont les propriétés de légèreté et de résistance trouvent des débouchés dans l'aéronautique naissante et les transports.

La véritable rupture industrielle se produit au milieu du XX^e siècle, lorsque les propriétés semi-conductrices du silicium cristallin sont comprises et exploitées. L'invention du transistor à point de contact en 1947, d'abord réalisé en germanium, ouvre la voie à l'électronique moderne, mais c'est le silicium qui s'impose progressivement comme matériau dominant à partir des années 1950, en raison de son abondance, de sa stabilité thermique et de la possibilité de former une couche d'oxyde natif protectrice. La croissance de monocristaux de silicium par la méthode de Czochralski, initialement développée par Jan Czochralski en 1916 pour des métaux, est adaptée au silicium au début des années 1950 : les premiers monocristaux de silicium sont tirés d'un bain fondu en 1950, deux ans après l'invention du transistor, et cette technique devient rapidement la voie industrielle standard pour produire les lingots destinés à la microélectronique. 

Simultanément, la purification du silicium métallurgique en silicium de qualité électronique constitue un verrou technologique majeur. Le procédé Siemens, développé à la fin des années 1950, s'impose comme la route dominante : il consiste à convertir le silicium métallurgique en trichlorosilane, à purifier ce composé par distillation fractionnée, puis à le décomposer thermiquement sur des barreaux de silicium chauffés dans un réacteur clos, déposant ainsi du silicium polycristallin d'une pureté de neuf à douze "neuf" (99,9999999 % à 99,9999999999 %). Ce procédé, énergivore mais remarquablement fiable, permet l'essor de l'industrie des semi-conducteurs et la constitution, aux États-Unis puis au Japon et en Europe, d'une chaîne d'approvisionnement dédiée à la fabrication des plaquettes de silicium. 

Dans le même temps, la chimie organique du silicium donne naissance à une industrie distincte, celle des silicones : bien que les travaux fondamentaux sur les composés organosilicés aient été menés en Europe entre 1823 et 1935, notamment par Friedel, Berzelius, Wöhler, Ladenburg et Kipping, les premières applications industrielles voient le jour aux États-Unis à partir de 1937, avec le brevet de fabrication des chlorosilanes en 1941 et la commercialisation des silicones comme adhésifs, mastics d'étanchéité et élastomères.

La crise pétrolière de 1973 et la recherche d'une indépendance énergétique transforment en profondeur la trajectoire de l'industrie du silicium en créant une demande nouvelle, celle du silicium de qualité solaire. Les programmes de recherche lancés aux États-Unis par l'Energy Research and Development Administration en 1974, au Japon avec le projet Sunshine en 1974, et en Allemagne de l'Ouest dans le domaine du photovoltaïque cristallin, visent à réduire le coût de l'électricité photovoltaïque pour la rendre compétitive avec les réseaux électriques conventionnels. Or le silicium de qualité électronique, produit par le procédé Siemens, est bien trop coûteux et énergivore pour alimenter massivement des panneaux solaires : la production d'un kilogramme de polysilicium par cette voie requiert entre 50 et 100 kilowattheures d'électricité, ce qui reste acceptable pour un dispositif microélectronique à haute valeur ajoutée mais devient prohibitif pour un module photovoltaïque concurrentiel.

La spécification du silicium de qualité solaire, avec une pureté d'environ six "neuf" (99,9999 %), est certes moins exigeante que celle du silicium électronique, mais elle demeure largement supérieure à celle du silicium métallurgique. Les années 1970 et 1980 explorent plusieurs voies de purification métallurgique moins coûteuses, telles que la lixiviation acide, la volatilisation des impuretés par torche à plasma ou la solidification directionnelle, sans parvenir toutefois à concilier pureté et coût à l'échelle commerciale. Le procédé FBR (Fluidized Bed Reactor), développé par Union Carbide à la fin des années 1970 et au début des années 1980 sous financement du Department of Energy, dépose du silicium à partir de silane sur de petites particules en lit fluidisé et permet de réduire la consommation électrique de 80 à 90 % par rapport au procédé Siemens, tout en produisant un polysilicium granulaire dispensé de concassage mécanique. La standardisation technique, portée par la SEMI à partir des années 1980, et la diffusion des normes ISO 9000 dans les années 1990, achèvent de structurer une chaîne d'approvisionnement mondiale où le silicium devient un matériau stratégique pour l'électronique grand public et les télécommunications.

L'entrée dans le XXI^e siècle précipite une reconfiguration radicale de la géographie industrielle du silicium, sous l'effet conjugué de l'explosion du photovoltaïque et de l'affirmation de la Chine comme acteur dominant. Entre 2004 et 2008, la demande de silicium de qualité solaire croît à un rythme de 40 à 50 % par an, que l'appareil productif occidental et japonais, caractérisé par des cycles d'investissement de trois à cinq ans dans des réacteurs Siemens, ne parvient pas à satisfaire : les prix au comptant du polysilicium s'envolent d'environ 25 dollars le kilogramme en 2004 à plus de 450 dollars le kilogramme en 2008, l'un des pics de prix les plus spectaculaires de l'histoire des matériaux électroniques. 

Cette rente exceptionnelle attire une nouvelle génération de producteurs, majoritairement chinois, soutenus par des politiques industrielles volontaristes et par un accès à une électricité bon marché d'origine hydraulique et charbonnière. Des entreprises telles que GCL-Poly Energy Holdings et Daqo New Energy augmentent leurs capacités à un rythme que les producteurs historiques (Wacker Chemie en Allemagne, Tokuyama et Mitsubishi au Japon, Hemlock Semiconductor aux États-Unis) ne peuvent suivre, et la part chinoise dans la capacité mondiale de polysilicium, quasi nulle en 2005, dépasse 80 % au début des années 2020. La chute des prix qui s'ensuit, qui ramène le polysilicium sous les 20 dollars le kilogramme en 2012 puis autour de 7 à 10 dollars le kilogramme en 2023, soit une baisse de plus de 98 % par rapport au sommet de 2008, transforme l'électricité solaire en source de production la moins chère dans la plupart des grands marchés et fait du silicium le pivot matériel de la transition énergétique mondiale. 

Pour le silicium métallurgique, la production mondiale atteint 4,6 millions de tonnes en 2024 selon l'USGS, la Chine en assurant 84 %, suivie du Brésil, de la Norvège, des États-Unis et de la France. Cette concentration extrême, qui s'étend du silicium métallurgique au polysilicium et aux plaquettes, suscite une prise de conscience politique majeure lors de la pénurie mondiale de semi-conducteurs de 2020-2022, révélant la vulnérabilité des chaînes d'approvisionnement occidentales. Les États-Unis adoptent en 2022 le CHIPS and Science Act, doté d'environ 52 milliards de dollars pour stimuler la fabrication nationale de semi-conducteurs, tandis que l'Union européenne lance en 2023 l'European Chips Act, qui vise à doubler la part européenne dans la production mondiale de semi-conducteurs pour la porter à 20 % d'ici 2030 et mobilise 43 milliards d'euros de soutien public. Le Japon, la Corée du Sud, Taïwan et l'Inde lancent des programmes parallèles, et la question de la souveraineté sur le silicium, de la mine de quartz à la puce électronique et au panneau solaire, s'impose comme un enjeu géopolitique de premier ordre. Ainsi l'industrie du silicium, longtemps cantonnée à la métallurgie de masse et à la chimie des silicones, devient-elle aujourd'hui l'un des laboratoires les plus sensibles de la mondialisation industrielle, où se nouent les rapports de force entre la Chine, les États-Unis, l'Europe et le Japon, et où se joue la convergence entre la révolution numérique et la transition énergétique.