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L’hélium est un gaz très connu des enfants. Les ballons de foire sont constitués de ce gaz. Comme l’hélium est moins dense que l’air, il s’envole et disparaît dans le ciel dès qu’on lâche le fil. C’est ce même principe qu’exploitent les ballons et dirigeables à gaz pour voler.
Un gaz inerte
Il fait partie de la famille des gaz rares, ou gaz nobles, dont l’atome a la propriété d’avoir une couche électronique complète. Cette particularité fait que l’hélium ne forme pas de composés. Il n’existe pas d’oxyde, de chlorure ou de sulfate d’hélium, ni d’héliumate de quelque autre atome que ce soit.
Ce gaz a été découvert par Jensen sur le Soleil en 1868 en analysant la lumière jaune provenant de la périphérie du Soleil, lors d’une éclipse solaire. Il ne fut découvert sur Terre qu’en 1895 par Ramsay, car il forme une infime proportion de l’atmosphère terrestre, à savoir 5,3 ml par m3 d’air.
Le paradoxe de l'hélium
Pourtant, c’est le 2ème élément le plus abondant dans les étoiles, après l’hydrogène. C’est aussi un constituant essentiel des planètes Jupiter et Saturne. Il existait au Texas, près d’Amarillo, une poche souterraine de gaz naturel qui contient du méthane CH4 mélangé à 5% d’hélium. Ce fut pendant très longtemps la source d’approvisionnement majeure de ce gaz à l’échelle mondiale, mais elle est maintenant épuisée. La découverte d’autres poches d’hélium en Algérie, au Qatar et en Russie ne suffit pas à répondre à la demande, et la fin des réserves d'hélium sur Terre est prédite pour l’an 2035.
Divers emplois
Sa densité extrêmement faible fait qu’on l’utilise pour remplir non seulement les ballons de fête foraine, mais aussi les ballons et dirigeables pour l’exploration de la stratosphère, ou l’observation aérienne.
L’hélium forme un gaz sept fois plus léger que l’air, mais ce n’est pas le plus léger de tous les gaz. L’hydrogène H2 est encore deux fois plus léger que lui. On préfère néanmoins utiliser l’hélium dans les ballons et dirigeables, parce qu’il est incombustible, alors que l’hydrogène est hautement inflammable.
On l’utilise aussi comme gaz de plongée, mélangé à de l’oxygène, lors des plongées à de très grandes profondeurs (plus de 100 mètres). Cela est rendu nécessaire par le fait qu’à cette profondeur, la pression est telle que l’utilisation d’air pourrait faire exploser les poumons. Il est donc nécessaire d’utiliser un gaz peu dense.
Il est également utilisé pour refroidir les échantillons de matière que l’on désire étudier à des températures extrêmement basses. En effet, l’hélium se liquéfie à -269°C (4 K), et il ne se solidifie pas à pression ordinaire. A cette température, tous les liquides et tous les gaz deviennent solides.
Une propriété unique
L’hélium possède une particularité unique. A – 271°C (2 K), l’hélium liquide devient superfluide. Le liquide remonte le long des parois de récipients ouverts, et finit par s’écouler à l’extérieur comme à travers un siphon. Il s’écoule également à travers les pores du récipient comme si celui-ci était percé. La vidéo suivante illustre ce phénomène.
Lorsqu’il est respiré, il confère également une voix aigüe qui rappelle celle des personnages de dessins animés.
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