Hélium
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Usages

Malgré son prix élevé, l'hélium est utilisé pour de nombreux usages qui exigent certaines de ses propriétés uniques, telles son point d'ébullition bas, sa faible densité, sa faible solubilité, sa haute conductivité thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) ou son caractère chimiquement et biologiquement inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.). On le trouve dans le commerce sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) ou gazeuse. Sous forme liquide, on peut trouver des petits réservoirs appelés dewars, qui peuvent contenir jusqu'à 1 000 l d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique...), ou dans des grands réservoirs ISO de capacités nominales jusqu'à 40 000 l. Sous forme gazeuse, de petites quantités d'hélium sont fournies dans des cylindres à haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) contenant jusqu'à 8,5 m3 standards, tandis que les grandes quantités sont livrées en camions-citernes sous pression qui peuvent avoir des capacités jusqu'à 5 000 m3 standards.

Industriels

En raison de son caractère inerte, sa grande conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. Cette constante apparaît par...), sa transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est transparent dans le visible (on voit...) aux neutrons et parce qu'il ne forme pas d'isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de...) radioactifs au sein des réacteurs, on utilise l'hélium comme fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...) de transfert de chaleur (Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie sous forme microscopie...) dans certains réacteurs nucléaires refroidis au gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...).

L'hélium est utilisé comme atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) protectrice lors de la croissance du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) monocristallin destiné à la fabrication de circuits intégrés et des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques, pour la production de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) et de zirconium, et en chromatographie en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse, parce qu'il est inerte. Vu son inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme...) chimique, ses propriétés thermodynamiques et calorifiques idéales, sa vitesse (On distingue :) du son élevée et un grand coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un...) de Laplace, il est également utile dans les souffleries supersoniques ou pour les installations d'étude de phénomènes transitoires.

L'hélium en mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération...) avec un gaz plus lourd, comme le xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le xénon est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe à décharge, il émet une...), est utile pour la réfrigération thermoacoustique, en raison du grand rapport des capacités thermiques et du faible nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de Prandtl. L'inertie chimique de l'hélium a des avantages environnementaux sur d'autres systèmes de réfrigération, qui contribuent au trou d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois...) ou au réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des...).

Comme il diffuse à travers les solides trois fois plus vite que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...), l'hélium est utilisé pour détecter les fuites dans les équipements à ultravide ou les réservoirs à haute pression.

Il est également utilisé avec des produits alimentaires (additif alimentaire autorisé par l'Union européenne sous la référence E939) pour permettre une vérification de l'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être compris dans de nombreux domaines.) de l'emballage (voir liste des additifs alimentaires).

Scientifiques

L'hélium liquide est utilisé pour refroidir les aimants supraconducteurs des appareils à IRM modernes

L'utilisation de l'hélium réduit les effets de distorsion dus aux variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) dans l'espace séparant les lentilles de certains télescopes ou lunettes, en raison de son indice de réfraction (L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord été...) exceptionnellement bas. Cette méthode est spécialement utilisée pour les télescopes solaires, soumis à des variations importantes de température, mais pour lesquels une enceinte supportant la différence de pression entre l'atmosphère et le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) serait trop lourde.

L'âge des roches et minéraux qui contiennent de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus...) et du thorium peut être estimé en mesurant leur contenu en hélium par un procédé appelé datation à l'hélium.

L'hélium liquide est aussi utilisé pour refroidir certains métaux aux températures extrêmement basses nécessitées pour la supraconductivité (La supraconductivité est un phénomène survenant dans certains matériaux dits supraconducteurs. Il est caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'annulation...), par exemple pour les aimants supraconducteurs utilisés notamment pour les détecteurs à IRM. Le LHC au CERN utilise 96 t d'hélium liquide pour maintenir la température des aimants à 1,9 K. De façon plus générale, l'hélium à basse température est utilisé en cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. Elle possède de très nombreuses applications notamment dans le...).

Commerciaux et de loisir

En raison de sa faible solubilité dans le tissu nerveux, on utilise des mélanges d'hélium tels que le trimix (La plongée au trimix est une des technique utilisée pour repousser l'effet narcotique de l'azote qu'un plongeur respirant de l'air ressentirait au-delà -35m de profondeur, limite généralement admise, ainsi...), l'héliox (L'héliox est un mélange gazeux d'hélium et d'oxygène. Ce mélange gazeux est utilisé en médecine pour ainsi que pour la plongée sous-marine pour les plongées profondes.) et l'héliair (L'héliair, aussi appelé communément "trimix du pauvre", est un trimix fabriqué à base d’hélium et d’air. Contrairement au trimix, on a pas d'ajouté...) pour la plongée profonde, afin de réduire les effets de la narcose à l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de l'atmosphère...). Aux profondeurs supérieures à 150 m, de petites quantités d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) sont ajoutées au mélange hélium-dioxygène pour contrebalancer le syndrome (Un syndrome est un ensemble de signes cliniques et de symptômes qu'un patient est susceptible de présenter lors de certaines maladies, ou bien dans des circonstances cliniques d'écart...) nerveux des hautes pressions.

À ces profondeurs, la faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) de l'hélium diminue considérablement l'effort respiratoire.

Les lasers He-Ne ont diverses applications, en particulier les lecteurs de code-barres.

Dirigeables, ballons et fusées

En raison de sa faible densité et de son incombustibilité, l'hélium est le gaz préféré pour gonfler des dirigeables tels que le dirigeable publicitaire Goodyear.

Comme l'hélium est plus léger que l'air, il peut être utilisé pour gonfler des dirigeables et des ballons libres ou captifs. Bien que l'hydrogène ait une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) portante approximativement 7 % supérieure, l'hélium a l'avantage d'être incombustible (et même ignifuge).

L'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de l'atmosphère, notamment pour la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent...) s'effectue avec des ballons-sondes la plupart du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) gonflés à l'hélium.

En technique des fusées, l'hélium est utilisé comme milieu de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) pour gérer par pressurisation le combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans...) et le comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible. Le principal comburant est le dioxygène.) dans les réservoirs en microgravité (La microgravité, dans le domaine de l'astronautique, est l'état d'un corps tel que l'ensemble des forces d'origine gravitationnelle auxquelles il est soumis possède une résultante...) et pour assurer le mélange d'hydrogène et de dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.) qui alimente les tuyères de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice...). Il est aussi utilisé pour la purge de ces substances dans l'équipement au sol avant le lancement, et pour pré-refroidir l'hydrogène liquide des véhicules spatiaux. Par exemple, la fusée (Fusée peut faire référence à :) Saturn V (Saturn V est le nom de la fusée spatiale qui a été utilisée par la NASA pour les programmes Apollo et Skylab entre 1967 et 1972, en pleine course à l’espace entre...) consommait environ 370 000 m3 d'hélium pour décoller.


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