Germanium

Histoire de la découverte, appellation et production du germanium

Le chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev avait prévu l’existence de cet élément chimique en 1871. Il avait notamment prédit certaines de ses propriétés sur la base de son rang dans le tableau périodique. En effet, celles-ci sont analogues à celles du silicium, d’où la première dénomination de cet élément inconnu « ékasilicium ».

Le germanium a ensuite été découvert par Clemens Alexandre Winkler le 6 février 1886. Ce savant allemand a réussi à l’isoler et à l’identifier à partir de l’argyrodite (Ag₈GeS₆) issu de la mine d’argent de Himmelsfürst en Saxe. Il proposa de nommer cet élément en hommage à son pays, notamment le mot « germanium » qui dérive du latin Germania signifiant Germanie (Allemagne). Toutefois, cette appellation fut l’objet d’une controverse, car elle résulte d’une erreur sémantique. Winkler crut que l’élément chimique précédent, le gallium, fut nommé en raison de la nationalité de son découvreur, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Ce dernier venait effectivement de Gaule, Gallia en latin. Or, le nom « gallium » ne dérive pas de Gallia, mais de gallus signifiant coq, nom latinisé de Paul-Émile.

Pendant l’ouverture de la mine de Saint-Salvy-de-la-Balme, l’un des premiers producteurs mondiaux de germanium a été la Société minière et métallurgique de Peñarroya.

Applications

En 2007, le germanium était utilisé dans la fabrication de fibres optiques (35 %) et dans le domaine de l’infrarouge (20 %). Ses autres applications concernaient les catalyseurs (20 %), l’électronique (15 %) et quelques types de cellules photovoltaïques.

Dans les années quatre-vingt, cet élément faisait partie des huit matières premières stratégiques les plus indispensables, que ce soit en temps de paix ou de guerre.

Électronique

La polarisation de la jonction PN inverse par un faible courant électrique appelée effet transistor a été observée en 1948 dans du germanium. Cela a permis à cet élément de servir de substrat semi-conducteur jusqu’en 1970, date à laquelle le silicium a pris le relais. Jusqu’en 2020, des transistors en germanium étaient encore utilisés comme composants principaux de certaines pédales d’effet pour guitare électrique. La raison était que leur sonorité était considérée comme particulière et fortement appréciée par les amateurs de sons « années soixante ».

De nos jours, le germanium est employé dans le domaine des hautes fréquences et pour la réalisation de diodes à faible chute d’un poste à diode. Il est aussi utilisé dans les cellules photovoltaïques multi-jonctions à des fins spatiales et terrestres. Cet élément chimique est présent à l’état de multicouches ou d’alliage avec le silicium (SiGe) pour la création de circuits intégrés à haute performance. Initialement, son dépôt en alternance avec le silicium reposait sur la possibilité de rendre directe la bande interdite du silicium et du germanium. Cette méthode est la même que celle utilisée lorsqu’on introduit des contraintes qui améliorent la mobilité des porteurs dans les transistors à effet de champ. Les transistors utilisant du SiGe sont des modèles bipolaires à hétérojonction qui sont plébiscités pour les applications d’amplification de puissance.

Optique

Le germanium a une importance pratique dans la fabrication de composants optiques grâce à sa transparence à l’infrarouge. En effet, il peut transmettre des radiations de l’infrarouge proche de la longueur d’onde comprise entre 1,6 µm et 18 µm. En revanche, le germanium n’est pas transparent dans le spectre visible. Les lentilles à base de cette matière permettent une ouverture numérique élevée grâce à son indice de réfraction de 4.

Tout comme pour l’acier, il est impossible de détruire par rayonnement neutronique la structure du germanium. Cependant, son irradiation aux neutrons rapides génère des défauts ponctuels qui recuisent vers 200 °C. De plus, cet élément chimique perd ses qualités optiques dès 100 °C. Généralement, une couche de protection cristalline à base de carbone vient renforcer la surface extérieure des composants optiques en germanium. Ce traitement DLC (Diamond Like Carbon) lui assure une dureté avoisinant celle du diamant.

Présence alimentaire

Le germanium est essentiellement présent dans :

• l’ail (754 mg/kg⁻¹) ;
• les champignons de type Ganoderma (jusqu’à 2,5 mg kg⁻¹) ;
• les racines de ginseng de Corée (jusqu’à 4 000 mg kg⁻¹) ;
• l’algue chlorella ;
• le kombucha, une boisson traditionnelle réputée dans plusieurs pays.

Selon la FNCLCC ou Fédération nationale des centres de lutte contre le cancer, « le germanium a des effets toxiques graves sur les nerfs et surtout les reins ». Elle a également ajouté qu’elle peut même entraîner la mort par insuffisance rénale.