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Repéré dans le spectre solaire en 1868 avant d'être isolé sur Terre, l'hélium est un gaz à part : pratiquement inerte, plus léger que l'air et doté du point d'ébullition le plus bas de tous les corps connus. Ce quiz parcourt son histoire, de Jules Janssen à Kamerlingh Onnes, ses étranges propriétés à très basse température, ses isotopes et son origine dans l'Univers. Il aborde aussi ses usages, de l'imagerie médicale aux dirigeables et à la plongée profonde, et les lieux où on le produit.
Les 30 questions avec réponses et explications. Jouer au quiz
Q 01Quel est le numéro atomique de l'hélium ?
2
Son symbole est He et il occupe la toute première place de sa famille dans le tableau périodique des éléments.
Q 02À quelle famille du tableau périodique l'hélium appartient-il ?
Gaz nobles
Il ouvre cette famille d'éléments pratiquement inertes, que l'on appelle aussi gaz rares.
Q 03Que signifie le mot grec « Helios », à l'origine du nom de l'hélium ?
Soleil
L'élément a d'abord été repéré dans le spectre solaire, le 18 août 1868, bien avant d'être trouvé sur Terre.
Q 04Quel appareil d'imagerie médicale a besoin d'aimants refroidis à l'hélium liquide ?
IRM
Ses aimants supraconducteurs en niobium-titane doivent être maintenus à 4,2 K pour générer un champ magnétique stable.
Q 05Quel rang l'hélium occupe-t-il parmi les éléments les plus abondants de l'Univers ?
Deuxième
Sur Terre, il reste pourtant un gaz à l'état de traces : l'atmosphère n'en contient que 5,2 millionièmes en volume.
Q 06De quelle ressource fossile extrait-on l'hélium à grande échelle ?
Gaz naturel
On l'en sépare par distillation fractionnée : le froid et la pression liquéfient presque tous les autres gaz, surtout le diazote et le méthane.
Q 07Quelle qualité fait préférer l'hélium à un gaz plus porteur pour gonfler les dirigeables ?
Incombustible
Le gaz concurrent offre une force portante supérieure d'environ 7 %, mais il s'enflamme, alors que l'hélium est même ignifuge.
Q 08Sur quel astre Gerald Kulcinski a-t-il proposé en 1986 d'aller extraire de l'hélium 3 ?
Lune
Cet isotope y a été déposé dans le régolithe par le vent solaire ; l'idée était de s'en servir pour produire de l'énergie par fusion nucléaire.
Q 09Pourquoi la voix devient-elle plus aiguë après avoir inhalé de l'hélium ?
Le son s'y propage plus vite
Ce sont les fréquences de résonance de l'appareil phonatoire qui augmentent, d'où un timbre tiré vers les harmoniques élevés.
Q 10Quel dirigeable allemand, privé d'hélium par un embargo américain, a fini dans un incendie ?
Hindenburg
La fourniture d'hélium à l'Allemagne étant restreinte, il avait dû être gonflé avec un gaz inflammable.
Q 11De quelle couleur est la raie spectrale qui a révélé l'hélium en 1868 ?
Jaune
Cette raie brillante, d'une longueur d'onde de 587,49 nm, a été relevée dans le spectre de la chromosphère de notre étoile.
Q 12Pourquoi l'hélium ne réagit-il presque jamais avec d'autres éléments ?
Sa couche de valence est complète
Dépourvu de sous-couches capables de réagir, c'est l'un des deux corps simples les moins réactifs qui soient.
Q 13Quelle particule le noyau d'hélium 4 compte-t-il en plus par rapport à celui d'hélium 3 ?
Neutron
Ces deux isotopes sont les seuls stables parmi ceux que l'on connaît ; les autres sont extrêmement instables.
Q 21Quel phénomène Piotr Kapitsa a-t-il découvert en 1938 dans l'hélium 4 ?
Superfluidité
Près du zéro absolu, ce liquide n'a presque plus de viscosité ; le même comportement a été observé en 1972 dans l'isotope plus léger.
Q 22La lave de quel volcan Luigi Palmieri a-t-il analysée en 1881 pour y chercher de l'hélium ?
Vésuve
Son annonce, vite mise en doute faute de preuves expérimentales solides, passe aujourd'hui pour une probable erreur d'interprétation.
Q 23Avec qui Thomas Royds a-t-il montré en 1907 que les particules α sont des noyaux d'hélium ?
Ernest Rutherford
Les deux hommes ont laissé ces particules traverser une fine fenêtre de verre vers un tube vide, puis étudié le spectre du gaz recueilli.
Q 14Quel trouble les plongeurs cherchent-ils à réduire en respirant du trimix ou de l'héliox ?
Narcose à l'azote
L'hélium convient à la plongée profonde grâce à sa faible solubilité dans le tissu nerveux ; sa faible densité y allège aussi l'effort respiratoire.
Q 15Quel astronome français a observé le premier l'hélium dans le spectre solaire, en 1868 ?
Jules Janssen
Il a fait cette observation à Guntur, en Inde, à la faveur de l'éclipse du 18 août 1868.
Q 16Quel chimiste britannique a isolé l'hélium sur Terre le 26 mars 1895 ?
William Ramsay
Il cherchait de l'argon en traitant de la clévéite avec des acides minéraux ; une raie brillante au spectroscope lui a révélé tout autre chose.
Q 17Quel processus, dans les minutes suivant le Big Bang, a formé la grande majorité de l'hélium ?
Nucléosynthèse primordiale
Les étoiles en fabriquent aussi par fusion, mais elles ne fournissent au bout du compte qu'une très faible partie de l'hélium de l'Univers.
Q 18Dans quel seul gaz le son se propage-t-il plus vite que dans l'hélium ?
Hydrogène
Le classement est le même pour la conductivité thermique : celle de l'hélium gazeux dépasse celle de tous les gaz, à une exception près.
Q 19Outre l'uranium, quel élément radioactif des roches produit l'essentiel de l'hélium terrestre ?
Thorium
Cet hélium dit radiogénique peut s'accumuler dans des eaux souterraines anciennes et dans certains gisements gaziers souterrains.
Q 20Quel physicien néerlandais a liquéfié l'hélium pour la première fois, en 1908 ?
Heike Kamerlingh Onnes
Il y est parvenu en refroidissant le gaz à 4 K, puis a tenté en vain de le solidifier en abaissant encore la température.
Q 24La raie D3 de l'hélium doit son nom à sa proximité avec deux raies de quel élément ?
Sodium
L'astronome anglais Norman Lockyer, qui l'observe en octobre 1868, en conclut qu'elle provient d'un élément alors inconnu sur Terre.
Q 25Quelle lettre grecque nomme le point sous lequel l'hélium liquide passe à l'état d'hélium II ?
Lambda
En franchissant ce seuil, l'hélium se dilate, et il continue de se dilater en refroidissant jusqu'à environ 1 K.
Q 26Quelle est la principale impureté de l'hélium de qualité A ?
Néon
Cette qualité, pure à 99,995 %, s'obtient après une dernière étape de purification sur du charbon actif.
Q 27Combien de tonnes d'hélium liquide le LHC du CERN utilise-t-il pour refroidir ses aimants ?
120
Cet hélium maintient à 1,9 K les 1 700 aimants supraconducteurs de l'accélérateur, répartis sur un anneau de 27 km.
Q 28À quelle famille de particules l'atome d'hélium 3 appartient-il, contrairement à l'hélium 4 ?
Fermions
Les deux isotopes suivent des statistiques quantiques différentes : mélangés à parts égales, ils cessent d'être miscibles au-dessous de 0,8 K.
Q 29En quelle année le C-7, premier dirigeable gonflé à l'hélium, a-t-il fait son premier voyage ?
1921
Cet appareil de la marine américaine a relié Hampton Roads, en Virginie, au terrain de Bolling, à Washington, un 1er décembre.
Q 30En quelle année Willem Hendrik Keesom a-t-il réussi à solidifier de l'hélium sous pression ?
1926
Cet élève du pionnier néerlandais de la liquéfaction n'en a alors solidifié qu'un seul centimètre cube.