Hélium He

Découverte

L'hélium a la particularité d'avoir été découvert dans le Soleil avant de l'être sur Terre. Lors de l'éclipse solaire du 18 août 1868, l'astronome français Jules Janssen observa une raie jaune brillante dans le spectre des protubérances solaires. Plus tard la même année, l'astronome anglais Norman Lockyer étudia la même raie et conclut qu'elle ne pouvait provenir d'aucun élément connu. Avec le chimiste Edward Frankland, il proposa l'existence d'un nouvel élément solaire.

Pendant près de trois décennies, beaucoup de chimistes restèrent sceptiques. Puis, en 1895, le chimiste écossais William Ramsay traita à l'acide la clévéite, un minerai d'uranium, et recueillit un gaz dont le spectre présentait la même raie jaune. En Suède, Per Teodor Cleve et Nils Abraham Langlet l'isolèrent indépendamment à peu près au même moment et mesurèrent sa masse atomique.

En 1903, on découvrit de grandes quantités d'hélium dans du gaz naturel au Kansas, ce qui transforma une curiosité de laboratoire en ressource industrielle. Heike Kamerlingh Onnes liquéfia l'hélium pour la première fois en 1908, et le froid extrême ainsi obtenu lui permit de découvrir la supraconductivité en 1911.

Origine du nom

Le nom vient du grec helios, le Soleil, car l'élément fut d'abord détecté dans la lumière solaire. La terminaison « -ium » est normalement réservée aux métaux ; Lockyer la choisit parce qu'il supposait que le nouvel élément était un métal. Le symbole He reprend les deux premières lettres du nom.

Principales utilisations

• Cryogénie : l'hélium liquide refroidit les aimants supraconducteurs des appareils d'IRM, des spectromètres RMN et des accélérateurs de particules.
• Gaz de levage : il gonfle les ballons météorologiques, les ballons scientifiques et les ballons de fête, et a remplacé l'hydrogène dans les dirigeables parce qu'il ne peut pas brûler.
• Mélanges respiratoires : les plongeurs profonds utilisent des mélanges hélium–oxygène pour éviter la narcose à l'azote.
• Industrie : il fournit une protection inerte pour le soudage et la croissance des cristaux de silicium, et sert à la détection de fuites car ses petits atomes se faufilent par les moindres interstices.
• Espace et science : il pressurise les réservoirs de carburant des fusées et refroidit les détecteurs sensibles.

Isotopes

L'hélium possède deux isotopes stables. L'hélium 4 constitue la quasi-totalité de l'hélium naturel ; son noyau est identique à la particule alpha émise lors de la désintégration radioactive, et la plus grande partie de l'hélium de la croûte terrestre a été produite de cette façon au fil de milliards d'années. L'hélium 3 est extrêmement rare sur Terre, environ un atome par million dans l'hélium extrait de l'air. On l'utilise dans les détecteurs de neutrons et dans les réfrigérateurs à dilution, qui atteignent des températures à quelques millièmes de degré du zéro absolu. Une grande partie de l'hélium 3 mondial provient de la désintégration du tritium.

Dans la vie quotidienne

L'hélium n'est pas toxique, mais il chasse l'oxygène : le respirer directement à la bouteille peut provoquer une perte de connaissance, et l'inhaler depuis un ballon pour obtenir une voix de canard n'est pas sans risque. Ce changement de voix s'explique par le fait que le son se propage beaucoup plus vite dans l'hélium que dans l'air, ce qui décale les résonances du conduit vocal.

Sur Terre, l'hélium est une ressource finie. Une fois libéré, il est assez léger pour s'échapper de l'atmosphère vers l'espace ; on l'extrait donc de certains gisements de gaz naturel et on le recycle autant que possible.