Introduction
L'hélium (symbole He, numéro atomique 2) est le premier élément de la famille des gaz nobles dans le tableau périodique. C'est le deuxième élément le plus léger après l'hydrogène et possède le point d'ébullition le plus bas de tous les éléments, ce qui le rend liquide uniquement à des températures extrêmement basses. Sa découverte est intimement liée à l'astronomie, puisqu'il a été identifié pour la première fois dans le spectre du Soleil avant d'être trouvé sur Terre.
Description
L'hélium est un atome simple avec un noyau de deux protons et généralement deux neutrons (pour l'isotope le plus commun, l'hélium-4), entouré de deux électrons. Sa couche électronique est complète, ce qui le rend chimiquement inerte et incapable de former des composés stables dans des conditions normales, une caractéristique typique des gaz nobles. Sous forme gazeuse, il est monoatomique. Il existe deux isotopes stables principaux : l'hélium-4 (le plus abondant) et l'hélium-3, beaucoup plus rare. L'hélium-3 possède des propriétés quantiques fascinantes, comme la superfluidité à des températures encore plus basses que l'hélium-4. Sur Terre, la majeure partie de l'hélium est produite par la désintégration radioactive alpha d'éléments lourds comme l'uranium et le thorium dans la croûte terrestre. Le noyau alpha émis est en fait un noyau d'hélium-4. Ce gaz s'accumule ensuite dans des poches de gaz naturel, d'où il est extrait par distillation fractionnée à basse température.
Histoire
L'histoire de l'hélium est unique. Il a été découvert non pas sur Terre, mais dans l'espace. Le 18 août 1868, lors d'une éclipse solaire totale, l'astronome français Pierre Janssen observe une ligne spectrale jaune vive dans la chromosphère du Soleil qu'aucun élément terrestre connu ne pouvait expliquer. Peu après, le chimiste anglais Norman Lockyer étudie cette même ligne et conclut qu'elle provient d'un nouvel élément. Il le nomme « hélium », d'après « Helios », le dieu grec du Soleil. Pendant près de trois décennies, l'hélium fut considéré comme un élément uniquement solaire. Ce n'est qu'en 1895 que le chimiste écossais Sir William Ramsay réussit à isoler l'hélium sur Terre en traitant un minerai d'uranium, la clévéite, avec des acides. La même année, les chimistes Per Teodor Cleve et Abraham Langlet en Suède parviennent également à l'isoler et à déterminer avec précision sa masse atomique.
Caracteristiques
Les caractéristiques physiques de l'hélium sont extraordinaires. Il reste gazeux jusqu'à environ -268,93 °C (4,22 K) à pression atmosphérique, le point d'ébullition le plus bas connu. Il ne se solidifie pas à pression ambiante, même au zéro absolu, nécessitant une pression d'environ 25 atmosphères pour devenir solide. L'hélium liquide présente le phénomène de superfluidité : l'hélium-4, en dessous de 2,17 K (le point lambda), perd toute viscosité interne, pouvant s'écouler à travers les pores les plus fins, grimper le long des parois de son contenant et défier la gravité. C'est un excellent conducteur thermique. Chimiquement, il est extrêmement stable et ne participe pratiquement à aucune réaction chimique, bien que des composés instables (comme l'hydrure d'hélium ionique, HeH+) aient été créés en laboratoire ou détectés dans l'espace interstellaire.
Importance
L'importance de l'hélium est immense et dépasse largement son usage festif dans les ballons. Son application la plus critique est en cryogénie, où l'hélium liquide est indispensable pour refroidir les aimants supraconducteurs des appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et des accélérateurs de particules comme le LHC au CERN. Il est vital pour la soudure à l'arc sous protection gazeuse (notamment pour les métaux légers comme l'aluminium), la purification des gaz, et comme gaz de pressurisation pour les réservoirs de carburant de fusées. En plongée profonde, il est mélangé à l'oxygène (mélange héliox) pour éviter la narcose à l'azote. L'hélium-3, très rare, est prometteur pour la fusion nucléaire et les détecteurs de neutrons. Cependant, l'hélium est une ressource non renouvelable sur Terre. Une fois libéré dans l'atmosphère, il est trop léger pour y être retenu et s'échappe dans l'espace. Sa gestion est donc stratégique, et son gaspillage dans des usages frivoles est un sujet de préoccupation scientifique et économique.
