L’hélium est l’un des éléments naturels les plus polyvalents dans le domaine de l’industrie sidérurgique et, en science médicale, il est utile dans le fonctionnement des dispositifs de diagnostic nucléaire. Il joue également un rôle important dans l’aéronautique spatiale, dans le fonctionnement des moniteurs de rayonnement et des télescopes.
Qu’est-ce que l’hélium ?
Ce gaz est 7 fois plus léger que l’air, n’a ni goût, ni odeur et est incolore. Il est en suspension à de faibles concentrations de seulement 5 ppm. Il est inerte, c’est-à-dire qu’il ne réagit pas (sauf exceptions), il est moins soluble que les autres gaz dans les liquides et il n’est pas inflammable. Son point d’ébullition est le plus bas parmi les éléments chimiques, de plus, il ne gèle pas et ne se solidifie que sous forte pression. Après l’hydrogène, c’est le plus abondant dans l’univers.
Symbole d’hélium
C’est un élément chimique gazeux et fait partie du groupe O. Il a été établi comme monoatomique avec le numéro 2 et le poids standard 4.0026. L’hélium dans le tableau périodique occupe la 18e place à côté de l’hydrogène, mais dans le bloc p, identifié comme un gaz rare car il a un niveau d’énergie complet.
Caractéristiques de l’hélium
C’est un gaz dont les types sont très particuliers et qui sont décrits ci-dessous :
- Réactivité chimique : Faible voire nulle car la dernière couche électronique est complète.
- Fusion et ébullition : Sa chaleur spécifique est très élevée et sa vapeur est très dense, elle se dilate rapidement à température ambiante.
- Etat : Gazeux la plupart du temps.
- Modifications : Il peut cristalliser sous une pression de -248,15 °C et devenir liquide à des températures très spécifiques.
- Température : 1 atm et 0 °C car ses particules n’interagissent pas.
- Point critique : 5,19 K.
- Volume : Uniquement dans les solides 3He et 4He avec pression croissante.
Propriétés chimiques et physiques de l’hélium
- Numéro atomique : 2
- Rayon covalent (Å) : 0,93
- Configuration électronique : 1 s²
- Masse atomique (g/mol) : 4,0026
- Première puissance d’ionisation (eV) : 24,73
- Densité relative par rapport à l’air : 0,138 (15 º C)
- Point d’ébullition : -268,9 °C (4,22 K)
- Point de fusion : -272,2 °C (0,95 K) (26 atm)
- Etat ordinaire : Gaz
- Enthalpie de vaporisation : 0,0835 kJ/mol
- Enthalpie de fusion : 5,23 Kj/mol
- Vitesse du son : 970 m/s à 293,15 K
- Poids moléculaire : 4,00026 g/mol
Origine de l’hélium
Le mot désignant cet élément vient du grec Hélios, qui signifie soleil. En effet, elle a été découverte dans le spectre de la couronne solaire en 1868, alors qu’une éclipse se produisait. Les astronomes Pierre Janssen et Norman Lockyer, originaires d’Angleterre et de Suède, confirment son existence en remarquant une ligne jaune au-dessus de l’Inde.
En 1895, l’élément gazeux Hélium a été découvert et isolé sur Terre par le chimiste William Ramsay, grâce à la collecte de clavéite (minerai d’uranium), réactionnaire à certains acides inorganiques. De leur côté, William Crookes et Lockyer ont confirmé le nouvel élément avec une longueur d’onde de 587,49 nm. Presque au même moment, les chimistes Per Theodor Cleve et Nils Langlet ont réussi à l’isoler indépendamment de la clavéite.
A quoi sert l’hélium ?
Il a de multiples usages, du plus grand au quotidien, même si on ne le remarque pas. Il est généralement utilisé dans les domaines suivants :
Science et technologie
Il a été utilisé pour construire des microscopes et des aimants supraconducteurs, réaliser des images par résonance magnétique et a des applications en nanotechnologie.
Activité aérospatiale
Avec cet élément, les pièces du satellite sont entretenues, le carburant est produit et les moteurs de fusée sont nettoyés. De plus, il a été utilisé pour refroidir l’hydrogène et l’oxygène liquides du vaisseau spatial Apollo de la NASA.
Énergie nucléaire
Certains pays comme la Chine souhaitent reproduire l’action solaire ou la fusion nucléaire, où l’hélium joue un rôle de premier plan. L’objectif est de créer une énergie propre et quasiment inépuisable. Ils disposent déjà d’un appareil ou tokamak très avancé, connu sous le nom de HL-2M, c’est-à-dire un soleil artificiel.
Usage industriel
Il est utilisé pour découvrir des fuites à l’aide de techniques de pressurisation, de vide et d’ultra-vide lorsque l’immersion hydraulique ou les tests de pression ne suffisent pas. Il est également largement utilisé en soudage à l’arc, comme l’argon, car il est inerte.
Sa grande capacité d’ionisation permet d’obtenir un apport thermique plus important, rendant possible les mélanges Ar/He dans les soudures d’aluminium et d’autres matériaux épais. D’autre part, c’est aussi un gaz protecteur dans la production de cristaux de germanium, de silicium, de titane et de zirconium.
Vie quotidienne
Les codes barres des caisses enregistreuses commerciales sont constitués d’Hélium et de néon. Il est également utilisé dans les mélanges en cuve de plongée sous-marine. De plus, il est utilisé pour remplir les dirigeables et les fameux ballons de fête.
Plus d’informations sur l’Hélium
Où trouver de l’hélium ?
Il est issu de l’extraction du gaz naturel, c’est donc un sous-produit de ce dernier. Ce gaz seul est difficile à stocker et le procédé est extrêmement coûteux. Les pays producteurs de cet élément sont les États-Unis, l’Algérie, le Qatar et la Russie.
En conclusion, l’Hélium est le deuxième gaz le plus léger au monde. Cette condition le désigne comme l’un des éléments naturels en danger d’extinction.