Atomes (12/2019)

L’hélium occupe la deuxième case du tableau de Mendeleïev. C’est un gaz inodore, incolore et non toxique, sans activité biologique et pratiquement inerte. Bien qu’étant le deuxième élément le plus abondant dans l’Univers, où il se forme par fusion nucléaire de l’hydrogène dans les étoiles, il est classé dans la colonne des gaz rares, étant très peu abondant sur Terre, mais surtout parce que sa couche électronique est saturée, d’où sa très faible réactivité chimique.

Presque tout l’hélium présent sur Terre se trouve dans des composés d’uranium et de thorium, notamment la pechblende et la monazite. On estime à 3000 t l’hélium ainsi produit chaque année dans la lithosphère. On en trouve également des traces dans l’eau de mer, les gaz volcaniques et le gaz naturel. Son point d’ébullition est de -268,93 °C (4,22 K). Contrairement aux autres éléments, l’hélium reste liquide jusqu’au zéro absolu, à des pressions inférieures à 25 atm. En dessous du point lambda, à 2,1768 K, l’hélium 4 présente des caractéristiques de superfluidité.

Composé de deux proton, deux neutrons et deux électrons, l’hélium possède huit isotopes, dont seuls deux sont stables : ⁴He et ³He. L’hélium 2, qui ne possède aucun neutron, se désintègre en 3 x 10^-27 s ! Les particules α émises par des noyaux radioactifs sont constituées d’hélium ionisé ⁴He²⁺. L’hélium peut former des composés instables avec le tungstène, l’iode, le fluor, le soufre et le phosphore en phase plasma, par décharge. HeNe, HgHe₁₀, WHe₂et les ions moléculaires He₂⁺, He₂⁺⁺, HeH⁺ et HeD⁺ ont été créés de cette manière. Les rares composés stables de l’hélium sont des complexes de fullerènes, comme HeC₆₀, ou Na₂He. De telles molécules pourraient également se trouver dans les planètes géantes sous de très hautes pression, notamment Jupiter et Saturne.

L’hélium sert à de nombreux usages exigeant certaines de ses propriétés, comme son point d’ébullition bas, sa faible densité ou son caractère inerte. Utilisé comme fluide de transfert de chaleur dans certains réacteurs nucléaires, il sert également d’atmosphère protectrice lors de la croissance du silicium monocristallin dans la fabrication de circuits intégrés et de fibres optiques, en chromatographie en phase gazeuse comme gaz porteur, ainsi que dans les souffleries supersoniquesou pour les installations d’étude de phénomènes transitoires. L’hélium liquide est utilisé pour refroidir les aimants supraconducteurs des appareils à IRM, ainsi que de ceux du LHC au CERN. En raison de sa faible solubilité dans l’organisme, on l’emploie pour la plongée profonde, afin de réduire les effets de la narcose à l’azote. Comme il est plus léger que l’air et incombustible, il sert à gonfler les dirigeables et les ballons.