Pierre et jean

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  • Publié le : 21 avril 2011
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L’Hélium

Document d’accompagnement pour des activités pédagogiques

Chacun, en fonction du niveau et de ses objectifs d’enseignement, pourra sélectionner au sein des informations suivantes ce qui lui semble le plus adapté pour la mise en place d’activités pédagogiques sur le thème de l’hélium, de ses propriétés et de son utilisation.

1. Découverte de l’hélium :

C’est au cours del'éclipse totale du Soleil du 18 août 1868, que le français Janssen et les britanniques Lockyer et Frankland ont analysé le spectre de la couronne solaire. Ils ont alors identifié la présence d’une raie brillante dans le jaune (très proche de la raie jaune du sodium découverte trois ans auparavant par Bunsen et Kirchoff) due à un élément chimique inconnu jusqu’alors. Cet élément fut baptisé «hélium », en référence au nom grec du Soleil, « hélios ». Ce n'est qu’en 1895 que cet élément chimique fut identifié sur Terre par le chimiste anglais William Ramsay.

2. Spectre de l’hélium :


A noter dans le spectre d’émission de l’hélium, trois raies brillantes :
- dans le bleu, à 502 nm
- dans le jaune, à 587,6 nm (première raie identifiée)
- dans le rouge, à 668 nm.

3.Propriétés physiques :

Dans les conditions normales de température et de pression, l’hélium est un gaz incolore, inodore, ininflammable et chimiquement inerte.
Sa masse volumique est égale à 0,176 kg.m-3 et sa densité vaut 0,139 (le septième de l’air). C’est un gaz très volatil et les petites dimensions de la molécule d’hélium favorisent son passage au travers des parois.
La vitesse du sondans l’hélium et dans ces conditions physiques est égale à 960 m.s-1 (pratiquement trois fois plus que dans l’air)

Sous une pression de 1013 hPa, la température d’ébullition de l’hélium a pour valeur
-268,9°C. Au dessous de cette température, l’hélium se présente sous forme liquide, avec une densité égale à 0,124.
Si on abaisse la pression, l’hélium devient un superfluide encore plus froid.C’est ainsi que les équipes du CERN (Centre Européen de Recherches Nucléaires) ont battu le record de cryogénie en avril 2007, avec une température de 1,9 K (inférieure à celle de l’espace interstellaire) lors de la mise au point du LHC (large Hadron Collider), accélérateur de particules dont les aimants supraconducteurs sont refroidis à l’hélium liquide (*).
Sa température de fusion est de -272,6°Csous une pression de 2600 kPa.
L’hélium a une conductibilité thermique élevée.

(*) Pour en savoir plus : lire l’article du bulletin du CERN : http://bulletin.cern.ch/fre/articles.php?bullno=16/2007&base=art

4. Propriétés chimiques :

L’hélium est un gaz inerte et cela lui confère de l’intérêt pour de nombreuses applications.
Du point de vue de la sécurité, l’évaporation de l’héliumliquide produit un volume de gaz 750 fois plus important qui remplace l’air initialement présent, d’où un risque d’asphyxie par manque d’oxygène. Toute manipulation d’hélium doit donc s’effectuer dans un local très ventilé.

5. Abondance naturelle et extraction :

L’hélium est très abondant dans l’univers (second constituant de l’univers, après l’hydrogène), mais très rare sur Terre, seulementà l’état de traces dans l’atmosphère (moins de 0,0005 %). Heureusement, il peut être assez présent dans les gisements de gaz naturel (jusqu’à 7%) et c’est de là qu’on l’extrait de façon industrielle, par distillation fractionnée. Les sites de production se situent pour l’essentiel en Algérie, au Canada, aux Etats-Unis et en Russie (La Russie pourrait produire 40 % de l’hélium mondial vers 2030)6. Applications et exemples :



Ci-dessus : Répartition des principaux domaines d’utilisation de l’hélium au cours de l’année 2000 (aux USA).

- cryogénie : surtout pour la supraconductivité (alimentation des gros électroaimants…)
- lanceurs : la pressurisation des réservoirs de fusées fait appel à l’hélium
- soudage : l’hélium empêche tout phénomène d’oxydation
- contrôle...
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