Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe argon parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 71 pm — soit 0,071 nm ; il en faudrait donc environ 7,04 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Argon est liquide dans une plage de 4 K, de 84 K à 87 K.
L’histoire
Troisième gaz le plus abondant dans l’atmosphère. Complètement inerte.
La découverte de l’argon a commencé par une anomalie intrigante qui allait tourmenter les scientifiques pendant plus d’un siècle. En 1785, Henry Cavendish (1731-1810), aristocrate et scientifique britannique excentrique, réalisa une expérience remarquable dans son laboratoire privé de Clapham Common. À l’aide d’étincelles électriques pour combiner l’azote atmosphérique avec l’oxygène, il remarqua qu’une minuscule bulle de gaz — environ 1/120 du volume initial — refusait obstinément de réagir.
Cavendish écrivit dans son carnet : « S’il existe une partie de l’air phlogistiqué [l’azote] de notre atmosphère qui diffère du reste et ne peut être réduite en acide nitreux, nous pouvons conclure avec certitude qu’elle ne représente pas plus de 1/120 de l’ensemble. » Cette observation prophétique, enfouie dans les Philosophical Transactions of the Royal Society, allait rester inactive pendant plus d’un siècle.
John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919) se heurta à une contradiction exaspérante dans son laboratoire de Cambridge au cours des années 1890. Alors qu’il tentait de vérifier les masses atomiques avec une précision sans précédent, il découvrit que l’azote extrait de l’air pesait systématiquement 2,310 grammes par litre, tandis que l’azote produit à partir de composés chimiques ne pesait que 2,297 grammes par litre.
Cette différence de 0,013 gramme — inférieure à 0,6 % — aurait été considérée par la plupart des scientifiques comme une erreur expérimentale. Mais Rayleigh, avec son attention obsessionnelle aux détails, répéta les mesures des dizaines de fois sur trois ans. Il essaya différentes sources : azote provenant du monoxyde d’azote, azote provenant du protoxyde d’azote, azote provenant de composés ammoniacaux — toutes donnaient la masse la plus faible. Seul l’azote atmosphérique restait obstinément plus lourd.
Frustré, Rayleigh publia une lettre dans la revue Nature le 29 septembre 1892 : « Certains résultats récents concernant la masse volumique de l’azote me laissent très perplexe, et je serais reconnaissant à l’un de vos lecteurs chimistes de proposer des explications sur leur cause. »
Sir William Ramsay (1852-1916), brillant chimiste écossais de l’University College London, lut la lettre de Rayleigh avec un vif intérêt. Ayant récemment découvert l’Hélium dans des minéraux terrestres, Ramsay possédait l’expertise chimique nécessaire pour compléter les mesures physiques de Rayleigh.
Au début de 1894, Ramsay entreprit des expériences parallèles selon une approche différente. Au lieu de retirer l’oxygène et la vapeur d’eau de l’air, il tenta de retirer l’azote lui-même, en laissant ce qui pouvait subsister. À l’aide de magnésium porté au rouge pour absorber l’azote (3Mg + N₂ → Mg₃N₂), Ramsay consomma progressivement tout l’azote d’un échantillon d’air.
Après des semaines de travail minutieux, un résidu persistant demeurait — environ 1 % du volume initial. Ce gaz refusait de réagir avec tout réactif chimique essayé par Ramsay : sodium, potassium, phosphore, ou les acides et bases les plus agressifs.
Comprenant qu’ils étudiaient le même phénomène, Rayleigh et Ramsay commencèrent à collaborer en avril 1894. Leur expertise combinée — les mesures précises de Rayleigh et la synthèse chimique de Ramsay — se révéla irrésistible.
Travaillant dans des laboratoires parallèles reliés par des lettres et des télégrammes fréquents, ils isolèrent des échantillons purs du gaz mystérieux. Rayleigh mesura sa masse volumique : 19,9 fois plus lourd que l’Hydrogène, contre 14,0 pour l’azote. Ramsay détermina son spectre : complètement différent de celui de tout élément connu, avec des raies rouges et vertes brillantes jamais observées auparavant.
Le gaz était totalement inerte chimiquement — il ne formait absolument aucun composé, défiant les théories contemporaines de la liaison chimique. Ramsay tenta de provoquer des réactions par toutes les méthodes connues : décharges électriques, températures extrêmes, puissants agents oxydants, et même du Fluor gazeux. Rien ne fonctionna.
Le 13 août 1894, lors de la réunion de la British Association à Oxford, Rayleigh et Ramsay annoncèrent conjointement leur découverte. Ils proposèrent le nom « argon », issu du grec « argos », signifiant « paresseux » ou « inactif », en référence à son inertie chimique complète.
L’annonce suscita immédiatement la controverse. Dmitri Mendeleev (1834-1907), créateur du tableau périodique, refusa d’abord d’accepter l’existence de l’argon, affirmant qu’aucun élément ne pouvait être totalement inerte. La découverte remettait en cause les hypothèses fondamentales sur les liaisons atomiques et nécessitait d’élargir le tableau périodique pour y intégrer les gaz nobles.
Le scepticisme se dissipa progressivement lorsque d’autres scientifiques reproduisirent les expériences. Les tentatives de Moissan pour faire réagir l’argon avec le Fluor échouèrent de manière spectaculaire, confirmant son inertie. L’analyse spectroscopique de William Crookes révéla la signature atomique unique de l’argon.
La Royal Society décerna à Rayleigh et Ramsay la prestigieuse médaille Davy en 1895. Rayleigh reçut le prix Nobel de physique en 1904 « pour ses recherches sur les masses volumiques des gaz les plus importants », tandis que Ramsay obtint le prix Nobel de chimie en 1904 « pour sa découverte des éléments gazeux inertes présents dans l’air ».
La découverte de l’argon révolutionna la chimie en révélant une famille entièrement nouvelle d’éléments. Ramsay découvrit ensuite l’Hélium (1895), le Néon (1898), le Krypton (1898) et le Xénon (1898), établissant le groupe des gaz nobles.
Ces travaux imposèrent une révision complète du tableau périodique, avec l’ajout du groupe 18 (anciennement groupe 0), et démontrèrent que le système de Mendeleev pouvait intégrer des éléments totalement inattendus. La découverte valida également la puissance des mesures de précision : une différence de masse volumique de 0,6 % conduisit à des découvertes fondamentales sur la structure atomique.
La production commerciale d’argon commença au début du XXe siècle avec le développement de la technologie de liquéfaction de l’air. Les usines de séparation de l’air de Carl von Linde (1842-1934), conçues à l’origine pour produire de l’oxygène, furent adaptées afin d’extraire l’argon comme sous-produit précieux.
Georges Claude (1870-1960) fut un pionnier des applications industrielles, utilisant l’argon dans les premiers éclairages électriques et jetant les bases des industries modernes des gaz industriels. En 1930, des entreprises comme L’Air Liquide et Linde produisaient déjà des milliers de tonnes d’argon par an pour les applications émergentes de soudage et de métallurgie.
Applications
L’argon domine le soudage sous gaz inerte en tant que gaz de protection le plus utilisé, représentant 70% de la production mondiale d’argon. Ses applications comprennent :
De grands fournisseurs de gaz industriels comme Air Liquide, Linde et Air Products produisent de l’argon de qualité soudage dans des installations du monde entier, au service de constructeurs automobiles comme Ford, Toyota et BMW.
L’argon joue des rôles essentiels dans la production d’acier et le traitement des métaux :
ArcelorMittal et Nucor Steel consomment des milliers de tonnes d’argon chaque mois dans leurs aciéries intégrées.
L’industrie électronique nécessite de l’argon de très haute pureté (99.9999%+) pour les procédés critiques :
Intel, TSMC et Samsung exploitent des systèmes de purification de l’argon dans leurs fonderies avancées, consommant de l’argon pur à 99.9999%.
Les propriétés thermiques de l’argon le rendent idéal pour les vitrages à haute efficacité énergétique :
Guardian Glass et Pilkington remplissent chaque année des millions de vitrages isolants avec de l’argon dans des usines de fabrication en Amérique du Nord et en Europe.
L’argon permet diverses technologies d’éclairage et procédés au plasma :
L’argon liquide (-185.8°C) est utilisé dans des applications spécialisées :
Fermilab et CERN utilisent des milliers de litres d’argon liquide dans les expériences de détection des neutrinos et les composants d’accélérateurs de particules.
D’où il vient
0,35 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 46 % des éléments
L’Argon constitue 0.934% de l’atmosphère terrestre en volume (9,340 ppm), ce qui en fait le troisième gaz atmosphérique le plus abondant après l’azote (78.08%) et l’oxygène (20.95%). Cela représente environ 6.6 × 10¹⁵ kg d’argon dans l’ensemble de l’atmosphère — une ressource pratiquement inépuisable pour l’usage humain.
La concentration atmosphérique reste remarquablement stable, car l’argon est chimiquement inerte et ne participe pas à la chimie atmosphérique. Contrairement à l’oxygène et à l’azote, qui suivent des cycles biologiques et géologiques, l’argon s’accumule continuellement sous l’effet de la désintégration radioactive.
L’argon atmosphérique terrestre provient presque entièrement de la désintégration radioactive du potassium-40 (⁴⁰K) dans la croûte et le manteau terrestres. Ce processus, qui se déroule depuis 4.5 milliards d’années, implique une capture électronique :
⁴⁰K + e⁻ → ⁴⁰Ar + νₑ
Avec une demi-vie de 1.25 milliard d’années, le potassium-40 a produit environ 99.6% de l’argon-40 atmosphérique. Les 0.4% restants sont constitués d’argon primordial-36 et d’argon-38 piégés lors de la formation de la Terre.
L’argon piégé dans les roches permet des datations géologiques essentielles :
Les roches volcaniques du plateau de Yellowstone, datées à l’aide de méthodes K-Ar, révèlent des épisodes éruptifs s’étendant sur 2.1 millions d’années.
Certains puits de gaz naturel contiennent des concentrations élevées d’argon issues de processus géologiques :
Ces sources fournissent de l’argon localement concentré, mais restent économiquement moins avantageuses que la séparation atmosphérique.
L’abondance cosmique de l’argon reflète les processus de nucléosynthèse dans les étoiles massives :
Les concentrations d’argon varient fortement selon les atmosphères planétaires :
La forte concentration d’argon sur Terre reflète des conditions optimales de rétention atmosphérique et de production radiogénique continue.
Les rapports isotopiques de l’argon atmosphérique fournissent des informations sur l’évolution de la Terre :
Malgré son inertie chimique, l’argon interagit avec les systèmes biologiques :
Toute la production commerciale d’argon repose sur la séparation cryogénique de l’air, qui concentre l’argon atmosphérique par distillation fractionnée. Les principales installations de production comprennent :
Manipulation
Risque principal : L’argon est non toxique, mais présente de graves risques d’asphyxie dans les espaces confinés. Étant 38 % plus dense que l’air, l’argon s’accumule dans les zones basses et déplace l’oxygène sans avertissement. Les principaux risques comprennent :
Risques liés au gaz comprimé :
Manipulation sûre des bouteilles :
Protection respiratoire :
Protection cryogénique (argon liquide) :
Méthodes de détection :
Intervention en cas d’asphyxie :
Exposition cryogénique :
Procédures en cas de fuite de gaz :
Déversements d’argon liquide :
Sécurité au travail :
Réponses rapides
Argon (symbole Ar) est l’élément 18 du tableau périodique, un Gaz noble de la période 3, du groupe 18. Le troisième gaz le plus courant dans l’air et totalement indifférent à toute réaction avec celui-ci. À température ambiante, c’est un gaz.
[Ne] 3s² 3p⁶ ; elle comporte 3 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 8. Sa couche externe contient 8 électrons, ce qui détermine son comportement en matière de liaisons.Argon fond à 83.8 K (-189.3 °C) et bout à 87.3 K (-185.8 °C).
La masse atomique standard de Argon est de 39.948 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Argon est un gaz à température ambiante ; sa masse volumique est d’environ 1.784 g/L à 0 °C et 1 atm — il est donc approximativement plus lourd que l’air.
Argon a été découvert en 1894 par Rayleigh & Ramsay. Il porte le nom de grec argos, « inactif » — il refuse de réagir.
Argon constitue environ 0.35 mg/kg de la croûte terrestre — véritablement rare, ce qui explique son prix élevé.