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Propriétés et origine

L'hélium est constitué de molécules monoatomiques ; c'est le plus léger des gaz après l'hydrogène. Il se solidifie à - 272,2 °C à des pressions supérieures à 25 atm ; il bout à - 268,9 °C, a une densité de 0,1664 à 20 °C et sa masse atomique est de 4,003.

Comme les autres gaz rares, ou nobles, l'hélium est inerte chimiquement. Sa seule couche électronique est remplie ce qui rend très difficile les réactions avec d'autres éléments et les composés qui en sont issus instables. Des composés avec le néon, un autre gaz rare, et avec l'hydrogène ont été cependant découverts. Du fait de l'abondance de l'hélium dans l'univers, l'existence de telles réactions, bien que rares, peut être importante en cosmologie.

L'hélium est le plus difficile des gaz à liquéfier ; il est impossible à solidifier à des pressions atmosphériques ordinaires. Ces propriétés le rendent très utile comme réfrigérant et pour obtenir et mesurer des températures proches du zéro absolu. L'hélium liquide peut être refroidi pratiquement au zéro absolu à pression normale, par une extraction rapide de la vapeur au-dessus du liquide. À une température légèrement supérieure au zéro absolu, l'hélium se transforme en hélium II, également appelé hélium superfluide, liquide qui possède des propriétés physiques uniques : il n'a pas de température de fusion, sa viscosité est apparemment nulle, il passe facilement à travers les fissures et les pores de très petites dimensions, monte même le long des parois du récipient qui le contient. L'hélium-3, isotope le plus léger de l'hélium, de masse atomique 3, a une température d'ébullition encore plus basse que l'hélium ordinaire et présente des propriétés différentes lorsqu'il est liquéfié. Voir Superfluidité.

L'hélium est l'élément le plus abondant de l'Univers après l'hydrogène. Au niveau de la mer, l'hélium est présent dans une proportion de 5,4 parties par million de l'atmosphère terrestre. Cette proportion augmente légèrement avec l'altitude. Environ 1 partie par million de l'hélium atmosphérique est constituée d'hélium-3, produit de décomposition du tritium, isotope radioactif de l'hydrogène de masse 3. L'isotope ordinaire de l'hélium, l'hélium-4, a pour origine probable des émetteurs alpha radioactifs situés dans des roches. Le gaz naturel, qui contient en moyenne 0,4 p. 100 d'hélium, est la plus importante source industrielle de cet élément.