Catégorie : Gaz noble
Numéro atomique : 2
Période : 1 | Groupe : 18
Bloc : s-bloc
Inerte, sans masse et s’échappant perpétuellement : l’hélium est le seul élément qui ne gèle pas à pression ordinaire, quelle que soit la température à laquelle vous le refroidissez.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Phase à STP | Gaz |
| Masse volumique | 0,00017848 g/cm³ |
| Point de fusion | 0,95 K (-272,20 °C) |
| Point d’ébullition | 4,22 K (-268,93 °C) |
| Capacité thermique | N/D |
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Masse atomique | 4,0026 u |
| Électronégativité (Pauling) | N/D |
| États d’oxydation | 0 |
| Configuration électronique | 1s² |
| Découvert par | Pierre Janssen & Norman Lockyer |
|---|---|
| Année de découverte | 1868 |
| Nommé d’après | Grec helios, le Soleil — trouvé là avant de l’être sur Terre |
| ISOTOPE | Neutrons | Abondance naturelle | Demi-vie | Mode de désintégration |
|---|---|---|---|---|
| He-3 | 1 | 0,0002 % | Stable | - |
| He-4 | 2 | 99,9998 % | Stable | - |
Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.
Applications et utilisations de haute technologie
🎈 Usages grand public et divertissement
Ballons de fête : assure la portance grâce à une masse volumique 7 fois inférieure à celle de l’air
Modification de la voix : l’inhalation d’hélium élève les fréquences de résonance du conduit vocal (les cordes vocales gardent la même hauteur) et produit une voix aiguë (Remarque : peut être dangereuse - peut provoquer une asphyxie)
Dirigeables et ballons dirigeables : les dirigeables Goodyear utilisent plus de 200 000 pieds cubes d’hélium pour une portance sûre et ininflammable
🧪 Applications scientifiques et médicales
Aimants d’IRM : refroidit les aimants supraconducteurs à 4,2K (-269°C) - chaque appareil d’IRM nécessite 1 500-1 700 litres
Mélanges respiratoires : l’Héliox (80% d’hélium, 20% d’oxygène) traite l’asthme sévère et le mal de décompression
Plongée sous-marine profonde : le Trimix (hélium, azote, oxygène) prévient la narcose à l’azote à des profondeurs supérieures à 30 mètres
Détection des fuites : la petite taille de l’atome d’hélium le rend idéal pour repérer de minuscules fuites dans les systèmes sous vide et les pipelines
Chromatographie : gaz vecteur en chromatographie en phase gazeuse grâce à son inertie chimique et à sa conductivité thermique
🚀 Aérospatiale et technologie
Refroidissement des moteurs-fusées : le Falcon 9 de SpaceX utilise de l’hélium pour pressuriser ses réservoirs d’ergols (ses moteurs Merlin sont refroidis par leur propre kérosène)
Contrôle d’attitude des satellites : les propulseurs à gaz froid utilisent de l’hélium pressurisé pour manœuvrer précisément les engins spatiaux
Refroidissement des télescopes : l’instrument MIRI du télescope spatial James Webb est refroidi à environ 7 K par un cryoréfrigérateur à hélium gazeux (Webb n’emporte pas d’hélium liquide) pour la détection infrarouge
Fabrication des semi-conducteurs : crée une atmosphère inerte lors de la production des puces en silicium et de l’implantation ionique
🔬 Applications de recherche
Accélérateurs de particules : le Grand collisionneur de hadrons utilise 130 tonnes d’hélium liquide pour refroidir les aimants supraconducteurs
Recherche nucléaire : l’hélium-3 pour la détection des neutrons et les futurs réacteurs à fusion potentiels
Recherche en cryogénie : atteindre des températures proches du zéro absolu pour les expériences quantiques
Sources et présence naturelle
🌍 Sources terrestres
Bien qu’abondant dans l’Univers, l’hélium est extrêmement rare sur Terre (5,2 ppm dans l’atmosphère), car sa faible masse lui permet d’échapper à la gravité terrestre. La majeure partie de l’hélium terrestre se forme par désintégration radioactive :
Gisements souterrains de gaz naturel
Processus de désintégration alpha : la désintégration de l’uranium et du thorium libère des particules alpha (noyaux d’hélium)
Accumulation : au cours de millions d’années, l’hélium s’accumule dans les réservoirs de gaz naturel
Concentration : une extraction rentable nécessite plus de 0,3% d’hélium dans le gaz naturel
Principaux gisements : Texas Panhandle, Kansas, Algérie, Qatar et Russie
Hélium atmosphérique
Origine primordiale : résidu de la formation de la Terre
Production par les rayons cosmiques : les particules de haute énergie créent de l’hélium-3 dans la haute atmosphère
Vent solaire : l’hélium-3 est déposé à la surface lunaire par le vent solaire
🏭 Production commerciale
Distillation fractionnée du gaz naturel
Processus : refroidir le gaz naturel à -180°C et séparer les constituants selon leurs points d’ébullition
Purification : plusieurs étapes de distillation permettent d’atteindre une pureté de 99,99%
Production mondiale : environ 180 millions de mètres cubes par an
Principaux producteurs : États-Unis (75%), Qatar (10%), Algérie (8%)
Réserve stratégique
Réserve fédérale d’hélium des États-Unis : Amarillo, Texas - le plus grand stockage d’hélium au monde
Capacité : 24,2 milliards de pieds cubes dans des dômes de sel souterrains
Objectif : approvisionnement stratégique pour la défense et les applications scientifiques
🌌 Abondance cosmique
Dans l’Univers, l’hélium se forme par nucléosynthèse primordiale (25% de la matière ordinaire) et par la fusion stellaire continue. Les étoiles transforment l’hydrogène en hélium par la chaîne proton-proton, et notre Soleil convertit 600 millions de tonnes d’hydrogène en hélium chaque seconde. L’hélium-3, abondant sur la Lune grâce aux dépôts du vent solaire, représente une source potentielle de combustible de fusion pour l’avenir.
| Croûte terrestre | 0,0000005200 ppm |
|---|---|
| Univers | 0,2300000000 % |