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Les gaz inertes

par Josée Coutu



Il y a quelques années, les gaz rares étaient appelés gaz inertes à cause de leur inertie chimique. On sait maintenant qu'ils peuvent réagir avec d'autres gaz. Les gaz rares sont appelés ainsi, car, à l'exception de l'hélium, qui ne se contente que de deux malheureux électrons, tous ces éléments nobles ont une couche extérieure remplie par huit électrons. C'est cette couche bien pleine qui leur enlève le goût de s'associer avec quelconque autre gaz. Il y a six gaz rares : l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon. Ils ont chacun des utilisations et des caractéristiques différentes.

Ce sont les seuls gaz monoatomiques (composés d'un seul atome). Les gaz nobles ont une masse moléculaire identique à leur masse atomique. Leur potentiel d’ionisation est très élevé et s'oppose donc à la formation d'ions positifs stables. La source des gaz rares est l'air.


Le radon possède trois isotopes naturels (éléments qui ont le même numéro atomique, mais qui ont une masse différente). Le Rn-222 fut découvert par Rutherford et le Rn-220 par Owens. Le Rn-219 est un isotope radioactif comme les deux premiers, mais le nom de son découvreur est inconnu. Le radon, comme tel, provient de la désintégration synthétique du radium-236. Il n'a aucune réaction avec l'air et l'eau, comme tous les gaz nobles d'ailleurs. Son point d'ébullition est -61,8 degrés C et celui de fusion -71degrés C.

On utilise le radon dans les industries pour initier et influencer des réactions chimiques. Il est utilisé aussi dans les appareils servant à prévenir les tremblements de terre. Dans la médecine, on l'utilise pour les traitements anti-cancer.

Les études sur les effets du radon sont controversées. Dans un document de l'Association Nucléaire Canadienne, on dit que la concentration du radon dans les établissements n'a aucun rapport avec le taux de cancer du poumon. Pourtant, dans un rapport de l’Environnemental Protection Agency des États-Unis, on nous indique clairement qu'environ 13 600 personnes meurent du cancer du poumon par année,. Ce dernier serait causé par la grande concentration de radon dans les habitations.

Après avoir fait une étude, EPA rapporte que seulement 6 % des maisons aux États-Unis ont un taux de Rn au-dessus du point critique établi par l'agence, c'est-à-dire quatre picocuries/litre. D'après eux, une personne a une chance (malchance) sur cinquante d'avoir le cancer du poumon si le taux de radon dépasse le 4pCi/L. Le taux de cancer varie beaucoup si la personne fume (1/20), si elle a déjà fumé (1/50) ou si elle n'a jamais fumé (1/500).

Le radon, lui-même, n'est pas dangereux, ce sont ses isotopes qui, une fois accrochés aux tissus pulmonaires, peuvent causer des dommages. Malheureusement, ils se retrouvent partout dans la nature et dans tous les établissements.


Le krypton, pour sa part, fut découvert par Ramsay et Travers en 1898. Le krypton tient son nom du mot "kryptos" qui signifie "the hidden one". Il est utilisé dans certaines ampoules électriques incandescentes et fluorescentes. On l'utilise aussi dans les lasers et l'holographie. Une utilisation du krypton qui peut servir à tout le monde: isolant dans les fenêtres à double épaisseur (Arcon Canada utilise de l'argon et du krypton dans leurs fenêtres). Le krypton est le meilleur isolant pour les fenêtres, mais il est aussi très cher. Il est donc combiné à l'argon qui est beaucoup plus abondant donc moins cher, environ cinquante fois moins dispendieux. La concentration des gaz est de 90 % argon et 10% krypton, ce qui leur permet de produire à coûts moindres et de rester dans la concurrence au niveau des prix. Les gaz rares sont utilisés parce qu'ils ne sont pas dangereux pour l'environnement, qu'ils ont une très grande résistance thermique et qu'ils ne réagissent pas avec d'autres gaz. Le krypton produit une couleur jaune-vert. Son point de fusion est beaucoup plus haut que celui de l'hélium, à -157 degrés C et son point d'ébullition à -152 degrés C. Sa concentration dans l'air est de 0,00011 %.


Le néon fut une autre découverte de Ramsay et Travers en 1898. Le terme néon signifie "undiscovered gas". Il est présent dans l'air avec une proportion de 0,0018 %. Il a la deuxième plus forte concentration dans l'air après l'argon. Il donne une couleur rouge vive lorsque soumis à un courant haute tension, ce qui explique sa grande utilisation dans les enseignes commerciales. Autrefois, il était utilisé avec l'hélium dans les premiers rayons laser. Maintenant, les lasers sont faits à partir de dioxyde de carbone qui est environ soixante-six millions de fois plus puissant. Étant inerte, il ne réagit pas du tout avec l'eau et l'air. Son point de fusion se trouve à 24,5 K. Il bout à 27,1 K.


C'est Rayleigh et Ramsay qui découvrirent l'argon en 1894. Il se prépare par liquéfaction de l'air et par distillation. L'argon donne une couleur rouge ou bleue. Cela explique un peu pourquoi il est utilisé dans les enseignes lumineuses, car une fois mélangé avec le néon, il donne une teinte différente (Les Enseignes Claude Néon Ltée utilise du néon et de l'argon dans ses enseignes lumineuses). Comme ses points d'ébullition et de fusion sont peu élevés, on l'utilise dans les thermomètres à températures élevées. Il a, tout comme le radon, trois isotopes naturels : Ar-36, Ar-38 et Ar-40. Mais, contrairement au radon, ils ne sont pas radioactifs. Le Ar-40 est retrouvé dans les minéraux contenant du potassium et sert donc à en mesurer l'âge et aussi celui des météorites. L'argon est assez soluble dans l'eau. Il est aussi utilisé dans les laboratoires pour créer une atmosphère inerte bon marché.

Il est utilisé dans les lasers, il émet les ondes du bleu et du vert. Le laser a trois utilisations : la coagulation, la coupe et la vaporisation. Le laser à l'argon agit principalement sur la coagulation à cause de son grand pouvoir de pénétration. Il est aussi efficace au niveau des tissus pigmentés, ceux qui absorbent le mieux le bleu et le vert. Ce qui explique en partie son utilisation en ophtalmologie pour produire de petites brûlures au niveau de la rétine et ceci uniquement dans un but thérapeutique. Il n'est donc pas utile au niveau de la cornée ou de n'importe quelle autre structure transparente dépourvue de vaisseaux sanguin, sauf là où se trouvent des dépôts fragmentaires.

La pyrolyse est une autre utilisation de l'argon. C'est un procédé par lequel on place un gaz noble, tel l'argon, dans un cylindre de métal chauffé électriquement. Ça permet le fraction nement des différents produits. L'argon entraîne les molécules et permet la récupération de plusieurs sous-produits. A l'aide de ce procédé, on pourrait faire environ 28 millions de litres d'huile à chauffage à partir de 5 millions de vieux pneus. On essaie aussi de décomposer les BPC en éléments simples comme le carbone, le chlore et l'hydrogène.


L'hélium fut le premier gaz rare à être découvert, en 1868, par Lockyear et Frankland. Son nom signifie soleil, car c'est dans le soleil qu'il fut découvert. Il est utilisé dans les gonflements de ballons stratosphériques et dans les bonbonnes de plongée des grandes profondeurs, il remplace l'azote à cause de sa meilleure dissolution dans le sang. L'hélium peut aussi être utilisé dans les enseignes lumineuses à cause de sa lumière jaune. Il s'en forme continuellement dans l'atmosphère, mais sa faible densité fait qu'il ne s'accumule au-delà de 0,0005 % . Son point d'ébullition est de - 269 degrés C et il se liquéfie à -272 degrés C. Une fois solide, il présente une conductibilité thermique très élevée. L'hélium est utilisé dans le gonflement de ballons d'enfants, car il est plus léger que l'air. Le ballon ainsi rempli garde sa forme plus longtemps.

La cryogénie est un procédé par lequel on utilise de l'hélium (À cause de sa très basse température une fois liquide) pour créer des températures très basses et congeler des corps de différentes natures, comme celui de Walt Disney. Il est aussi d'une grande utilité dans les dirigeables à la place de l'hydrogène. L'hélium est ininflammable, mais il est aussi plus pesant et surtout plus cher que l'hydrogène. L'hélium est aussi utilisé, en mélange avec l'oxygène, pour traiter l'asthme, car il diffuse plus rapidement que l'air à travers les bronchioles contractées.

Dernièrement, on a découvert le moyen de fabriquer de l'hélium en forçant des atomes de deutérium et de tritium à se fusionner. On appelle ça de l'énergie thermonucléaire. Avec 1,5 g de matière, on a libéré 50 kilowatts d'énergie thermique. Bientôt nous serons capables de produire plus de 100 mégawatts avec ce procédé de fusion thermonucléaire. Le seul problème est que les physiciens ont dû chauffer leurs gaz à plus de 300 millions de degrés Celsius, une température vingt fois supérieure à celle du soleil.


Le xénon fut la dernière découverte de Ramsay et Travers en 1898. Son nom signifie "the stranger". Le xénon possède neuf isotopes naturels qui se situent entre 126 et 134. Le Xe-133 est utilisé en médecine pour étudier les fonctions cardiaques, respiratoires et circulatoires. Dans les industries on le prend pour mettre dans les lampes à haute intensité et aussi dans les lasers à ultraviolet. En médecine, on utilise le xénon surtout pour les anesthésies. Le xénon est le gaz noble ayant les deuxièmes plus hauts points de fusion et d'ébullition qui sont respectivement -112 degrés C et -107 degrés C. Il est le moins abondant dans l'air avec 0,000009 %.


En résumé, les six gaz rares ne réagissent pas entre eux ou avec d'autres gaz. C'est pour cela qu'ils sont dits inertes. Ils ne sont pas nocifs pour nous, c'est pourquoi ils ont plusieurs utilités. Les gaz rares se ressemblent beaucoup d'une certaine manière, car ce sont les seuls à posséder huit électrons à leur dernière couche, à part l'hélium qui en possède deux. Un jour, nous découvrirons peut-être qu'ils ne sont pas si rares que ça, mais, pour l'instant, ils sont les seuls dans leur catégorie.

Recherche : Josée Coutu, École secondaire Le Ber, Sherbrooke, QC

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Page mise à jour : le 28 octobre 1995
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