L’argon est un gaz incolore et inodore qui constitue un peu moins de 1 % de l’atmosphère terrestre. Son symbole est Ar et son numéro atomique est 18. À température ambiante, il existe sous forme de gaz ; il ne brûle pas et réagit très peu avec les autres éléments dans les conditions ordinaires. Cette faible réactivité, plutôt que la rareté, explique son intérêt industriel.
Pourquoi l’argon réagit-il si peu ?
Dans le tableau périodique, l’argon se trouve en période 3 et dans le groupe 18, celui des éléments de la famille des gaz nobles. Sa configuration électronique se termine par une couche externe complète, ce qui rend l’atome peu enclin à gagner, perdre ou partager des électrons. On dit que l’argon est chimiquement inerte, même si « presque inerte » est plus juste qu’« absolument incapable de réagir ».
La masse atomique indiquée pour l’argon est de 39,9 u. La Commission des abondances isotopiques et des poids atomiques de l’IUPAC précise que la masse atomique de l’argon varie selon les échantillons naturels, car leur composition isotopique n’est pas toujours identique. L’argon naturel est dominé par l’isotope argon-40. Il est particulièrement abondant parce qu’il se forme notamment lors de la désintégration radioactive du potassium-40 dans les roches.
Cette particularité est aussi utile aux scientifiques : mesurer les isotopes de l’argon peut contribuer à dater certaines roches et à étudier des processus géologiques. L’argon-40 présent dans l’atmosphère provient en grande partie de cette production dans la croûte terrestre, puis de son dégagement dans l’air.
Où trouve-t-on l’argon et comment le sépare-t-on ?
L’argon est extrait principalement de l’air. Pour le récupérer, l’air est d’abord refroidi jusqu’à sa liquéfaction, puis ses composants sont séparés par distillation cryogénique, une méthode qui exploite leurs températures d’ébullition différentes. L’Élémentarium de la Société chimique de France décrit cette séparation industrielle et indique que l’argon est récupéré dans des installations qui produisent aussi de l’oxygène et de l’azote.
À pression atmosphérique, l’argon bout à −185,85 °C et fond à −189,35 °C. Ces températures très basses facilitent sa séparation des autres composants de l’air par refroidissement. Son nom vient du grec argos, qui signifie « inactif » ou « paresseux », en référence à sa faible réactivité. Il a été découvert en 1894 par William Ramsay et Lord Rayleigh, après l’observation d’un gaz résiduel de l’air qui ne correspondait pas à l’azote attendu.
Quels usages reposent sur son inertie ?
Lors du soudage à l’arc, l’argon forme autour du métal une atmosphère protectrice qui limite le contact avec l’oxygène et l’azote de l’air. Ces gaz pourraient perturber le métal chauffé ou le joint de soudure. Le même principe s’applique à certains traitements métallurgiques et à la fabrication de matériaux réactifs : le gaz sert de couverture protectrice plutôt que de matière première qui réagit.
L’argon est aussi employé dans certaines ampoules et certains tubes d’éclairage. Dans les ampoules à incandescence, il contribue à limiter l’oxydation du filament chaud. En électronique, une atmosphère d’argon peut protéger des matériaux pendant la croissance de cristaux de silicium ou de germanium. La fiche de l’Argonne National Laboratory recense ces usages, notamment le soudage et la fabrication de cristaux semi-conducteurs.
L’argon forme-t-il des composés ?
Sa faible réactivité ne signifie pas qu’aucun composé n’a jamais été observé. Un composé appelé fluorohydrure d’argon, de formule HArF, a été obtenu dans des conditions de laboratoire à très basse température. Il se décompose lorsqu’il se réchauffe au-delà d’environ −246 °C ; cette instabilité limite son intérêt à la recherche fondamentale. Cela ne remet pas en cause le rôle habituel de l’argon comme gaz protecteur, mais rappelle que l’inertie chimique dépend aussi des conditions expérimentales.