Les gaz nobles

Les enseignes lumineuses, les ballons de fête, les ampoules à incandescence, les phares au xénon, le double vitrage et les IRM ont un point commun : ils utilisent des gaz nobles. Ces éléments ont longtemps échappé aux chimistes, précisément parce qu’ils ne réagissent presque avec rien. Ils forment la dernière colonne du tableau périodique.

Les membres de la famille

L’oganesson, élément superlourd produit atome par atome en laboratoire, appartient formellement à la colonne 18, mais ses propriétés sont mal connues ; les calculs suggèrent qu’il pourrait ne pas se comporter comme un gaz noble.

Malgré son nom de « gaz rare », l'argon est le troisième constituant de l’air, après le diazote et le dioxygène, et bien plus abondant que le CO₂.

Pourquoi réagissent-ils si peu ?

La réactivité chimique d’un atome dépend de ses électrons externes (voir atome). Les gaz nobles ont une couche externe complète : deux électrons pour l’hélium, huit pour les autres (on parle d'octet). Ils n’ont aucune tendance à gagner, perdre ou partager des électrons. Ce sont donc les seuls éléments qui existent naturellement sous forme d'atomes isolés, sans former de molécules.

Les autres éléments tendent justement à acquérir la configuration électronique du gaz noble le plus proche, en formant des ions ou des liaisons covalentes : c’est la règle de l’octet.

Pas totalement inertes

En 1962, le chimiste britannique Neil Bartlett obtient le premier composé d’un gaz noble, un hexafluoroplatinate de xénon. On connaît depuis des fluorures et des oxydes de xénon, quelques composés de krypton et un composé d’argon obtenu à très basse température. L’hélium et le néon ne forment aucun composé stable connu. C’est pourquoi on dit aujourd’hui « gaz nobles » plutôt que « gaz inertes ».

Une découverte tardive

• 1868 : lors d’une éclipse, le Français Jules Janssen observe dans le spectre de la couronne solaire une raie jaune inconnue ; le Britannique Norman Lockyer l’attribue à un nouvel élément qu’il nomme hélium, du grec hêlios, « soleil ». C’est le seul élément découvert dans l’espace avant de l’être sur Terre.
• 1894 : Lord Rayleigh et William Ramsay remarquent que l’azote extrait de l’air est un peu plus dense que l’azote d’origine chimique. Ils isolent le gaz responsable, l'argon (du grec argos, « paresseux », car il ne réagit pas). Tous deux reçoivent le prix Nobel en 1904, l’un en physique, l’autre en chimie.
• 1895 : Ramsay isole l’hélium sur Terre, à partir d’un minerai d’uranium.
• 1898 : Ramsay et Morris Travers isolent par distillation de l’air liquide le néon (« nouveau »), le krypton (« caché ») et le xénon (« étranger »).
• 1899-1900 : le radon est identifié comme gaz radioactif émis par le radium, notamment par l’Allemand Friedrich Ernst Dorn.

Mendeleïev n’avait pas prévu cette colonne dans son tableau de 1869 : elle y fut ajoutée sans difficulté, ce qui renforça la cohérence de la classification (voir Mendeleïev).

Les usages

Les enseignes dites « néon » ne contiennent pas toutes du néon : les autres couleurs s’obtiennent avec d’autres gaz (argon et vapeur de mercure pour le bleu) ou avec des tubes enduits de poudres fluorescentes.

La voix aiguë et l’hélium

Le son se propage presque trois fois plus vite dans l’hélium que dans l’air. Inhalé, l’hélium modifie les résonances du conduit vocal : la voix paraît plus aiguë. L’expérience est dangereuse : respirer de l’hélium pur prive l’organisme d’oxygène et peut entraîner une perte de connaissance, voire la mort, surtout à partir d’une bouteille sous pression.

Hélium : une ressource limitée

L’hélium terrestre provient de la désintégration radioactive de l’uranium et du thorium dans les roches ; il s’accumule dans certains gisements de gaz naturel, dont il est extrait. Une fois libéré dans l’atmosphère, il s’échappe vers l’espace, car il est très léger. C’est donc une ressource non renouvelable à l’échelle humaine, dont le prix et l’approvisionnement préoccupent les hôpitaux et les laboratoires.

Le radon, un gaz à surveiller

Le radon est un gaz radioactif naturel, issu de la désintégration de l’uranium présent dans le sol, surtout dans les régions granitiques (en France : Bretagne, Massif central, Vosges, Corse). Il peut s’accumuler dans les sous-sols et les pièces mal ventilées. Selon l’Organisation mondiale de la santé, il est la deuxième cause de cancer du poumon après le tabac. Aérer régulièrement et, dans les zones concernées, mesurer sa concentration et améliorer l’étanchéité des sols permet de réduire l’exposition (voir radioactivité).

Questions fréquentes

Pourquoi les appelle-t-on gaz nobles ?

Par analogie avec les métaux nobles comme l’or, qui réagissent très peu : ils « ne se mêlent pas » aux autres éléments. On les appelle aussi gaz rares, bien que l’argon soit assez abondant dans l’air.

Pourquoi les gaz nobles ne réagissent-ils pas ?

Leur couche électronique externe est complète : ils n’ont pas besoin de gagner, perdre ou partager des électrons pour être stables.

L’hélium est-il dangereux ?

Il n’est ni toxique ni inflammable, mais l’inhaler remplace l’oxygène dans les poumons et peut provoquer une asphyxie. Il ne faut pas le respirer pour s’amuser.

Quel gaz noble est le plus abondant ?

Dans l’Univers, l’hélium, deuxième élément après l’hydrogène. Dans l’air terrestre, l’argon, qui en représente près de 1 %.