Qu’est-ce que l’hélium ?
L’hélium est un élément gazeux noble de numéro atomique 2 situé dans le groupe 1 du tableau périodique.
Sa formule chimique est He, son poids atomique est de 4,002602 g/mol et sa densité de 0,1786 g/L. Il a un point de fusion très bas de -272,20°C et un point d’ébullition de -268,93°C. Il est largement utilisé dans l’industrie parce qu’il est chimiquement extrêmement stable et qu’il est le deuxième gaz le plus léger après l’hydrogène.
Utilisations de l’hélium
Les principales utilisations de l’hélium sont les suivantes :
1. Comme gaz flottant pour les ballons et les dirigeables
Très léger, l’hélium est utilisé comme gaz de flottaison pour les ballons et les dirigeables. Parce qu’il est inerte, plus sûr que l’hydrogène et qu’il présente un risque d’explosion moindre, son utilisation dans les lieux publics est autorisée dans de nombreux pays.
2. Fabrication de semi-conducteurs
Le nettoyage est un processus très important dans la fabrication des semi-conducteurs. Il peut améliorer la qualité des semi-conducteurs en éliminant les impuretés microscopiques et les contaminants générés au cours du processus de fabrication. Il peut être utilisé comme gaz de nettoyage. Il est notamment utilisé pour éliminer les impuretés minuscules des surfaces. L’hélium liquide est également largement utilisé dans la fabrication des semi-conducteurs, où le traitement à des températures cryogéniques est parfois nécessaire.
3. Utilisation comme réfrigérant
L’hélium liquide est utilisé pour refroidir les supraconducteurs. L’hélium liquide est un réfrigérant très important car les supraconducteurs ne fonctionnent qu’à très basse température. Il est également utilisé pour des applications médicales telles que l’imagerie par résonance magnétique.
4. Utilisation pour des essais d’étanchéité
Dans les tests d’étanchéité, l’hélium est injecté dans l’objet testé et l’hélium gazeux qui s’échappe est détecté pour identifier le point de fuite à l’intérieur de l’objet testé. La quantité d’hélium contenue dans l’air étant très faible, le bruit de fond peut être supprimé.
Il existe deux méthodes de détection des fuites à l’hélium : la première, appelée méthode du spectromètre de masse à hélium, consiste à injecter de l’hélium dans l’objet testé et à utiliser un spectromètre de masse pour détecter l’hélium. L’autre méthode, appelée méthode du test de fuite à l’hélium, consiste à sceller l’objet testé et à faire fuir de l’hélium vers l’extérieur tout en détectant les fuites d’hélium à l’intérieur de l’objet testé.
5. Utilisation dans la fibre optique
Les fibres optiques sont constituées de fines fibres de verre. Lors de la fabrication des fibres optiques, il est nécessaire de créer une partie centrale pour transmettre la lumière à l’intérieur de la fibre. Pour créer cette partie centrale, on utilise des gaz très purs. L’hélium est utilisé comme gaz très pur, il est idéal pour créer la partie centrale à l’intérieur de la fibre.
6. Utilisation pour le soudage
Les gaz inertes tels que l’hélium et l’argon sont utilisés pour le soudage à l’arc des métaux. L’apport d’hélium dans la zone de soudage inhibe les réactions chimiques entre le métal en fusion et l’oxygène et l’azote présents dans l’air, ce qui permet d’obtenir un soudage de haute qualité.
7. Utilisation dans l’analyse chimique
L’hélium est utilisé dans l’analyse chimique comme gaz vecteur dans la chromatographie en phase gazeuse par exemple.
Les microscopes à ions hélium sont des instruments qui utilisent un faisceau d’ions hélium pour obtenir des images à haute résolution. Ces derniers se caractérisent par une plus grande résolution et moins de dommages de surface que les microscopes électroniques conventionnels.
Propriétés de l’hélium
L’hélium est le plus léger des gaz rares et son point d’ébullition et de fusion est très bas. C’est pourquoi l’hélium existe sous forme de gaz à température et pression ambiantes, et l’hélium liquide doit être traité à très basse température pour être obtenu. L’hélium liquide a une conductivité thermique très élevée.
L’hélium est un élément très inerte et sa réactivité chimique est très faible. Il peut donc être utilisé comme gaz inerte.
Autres informations sur l’hélium
L’hélium dans l’atmosphère
L’hélium n’est présent dans l’atmosphère qu’à hauteur d’environ 0,0005 % en volume, mais on le trouve en grandes quantités dans le gaz naturel de certaines régions, comme aux États-Unis. La séparation et la purification de ce gaz naturel constituent la principale méthode de production. La teneur en hélium de l’atmosphère étant négligeable, il n’est pas possible, sur le plan industriel, de séparer l’hélium de l’air de la même manière que l’azote ou l’oxygène.