hélium.

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hélium. n.m., élément chimique de symbole He, de numéro atomique 2, de
masse atomique 4,003, de degré d'oxydation 0, de point d'ébullition 4,2 kelvins, et qui
ne se solidifie pas ; il existe deux isotopes stables ; chimiquement inerte, il fait partie des
gaz rares. L'hélium fut d'abord détecté par son spectre d'absorption dans la
chromosphère solaire, puis découvert sur Terre par William Ramsay en 1895, par
dégazage de certains minéraux. Bien qu'étant, après l'hydrogène, l'élément le plus
abondant de l'Univers (24 %), il est très rare sur Terre : on ne le trouve qu'à l'état de
traces dans l'atmosphère et sous forme d'inclusions gazeuses dans quelques roches. Sa
couche électronique K saturée lui confère une très grande inertie chimique. C'est un gaz
monoatomique ; on n'a pu le liquéfier qu'en 1908 ; sa température critique est de 5,2 K
(- 267,9 o C).
Il existe deux isotopes stables de l'hélium, 3He et 4He, dont les propriétés physiques
à basse température sont très différentes. L'isotope 4, refroidi à 2,18 kelvins, subit une
transition de phase et devient superfluide, état dans lequel sa viscosité est strictement
nulle. Cette étrange propriété, ainsi que quelques autres tout aussi surprenantes,
comme le fait de remonter spontanément le long des parois du récipient qui le contient,
ont été étudiées expérimentalement surtout par Petr Kapitza et expliquées
théoriquement par Lev Landau ; l'état superfluide est caractérisé par le fait que, étant
donné les très faibles interactions qu'ont entre eux les atomes, des interactions
quantiques à longue portée peuvent se manifester. C'est un état quantique
macroscopique auquel participent tous les atomes contenus dans le même récipient.
L'isotope 3He (qui n'existe naturellement qu'à l'état de traces, mais qu'on sait préparer
par réaction nucléaire) ne présente pas de transition superfluide à 2,18 kelvins.
La raison pour laquelle l'isotope 3He se comporte différemment de l'isotope 4He tient
au fait que le noyau de ce dernier contient un nombre pair de nucléons (deux protons et
deux neutrons), l'autre ne contenant que trois nucléons. Le noyau de 4He est donc un
boson susceptible de subir une condensation de Bose, responsable de l'état superfluide.
Le noyau de 4He est émis spontanément lors de la décomposition radioactive
(rayonnement a) de certains noyaux lourds comme le radium ou le thorium.
Étant donné sa faible densité (environ 1/7 de celle de l'air), l'hélium est employé
dans les aérostats, et sa très basse température de liquéfaction fait de lui le fluide
cryogénique par excellence. Les électroaimants supraconducteurs qui servent dans
certains scanners à résonance magnétique nucléaire sont refroidis par de l'hélium liquide.
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