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ELM Élément n° 2 sur 118

Hélium (He)

Repéré d’abord dans le spectre du Soleil, l’hélium est pourtant surtout extrait de certains gisements de gaz naturel sur Terre. Sa très faible réactivité et sa capacité à rester liquide près du zéro absolu en font un élément utile bien au-delà des ballons.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité de l’hélium

Numéro atomique (Z)
2
Symbole
He
Masse atomique
4,0026 u
Masse molaire
4,0026 g/mol
Famille
Gaz nobles
Période · groupe · bloc
1 · 18 · s
Configuration électronique
1s²
État à 20 °C
gaz
Température de fusion
-272,2 °C (0,95 K)
Température d’ébullition
-268,93 °C (4,22 K)
Masse volumique
1,785 × 10⁻⁴ g/cm³
Électronégativité (Pauling)
non mesuré
Rayon atomique (van der Waals)
140 pm
1re énergie d’ionisation
24,59 eV
Affinité électronique
non mesuré
États d’oxydation
0
Découverte
1868, par Joseph Norman Lockyer, Jules Janssen, William Ramsay
Nom tiré de
Hélios
Abondance dans la croûte terrestre
0,008 mg/kg
Abondance dans l’eau de mer
7 × 10⁻⁶ mg/L
Numéro CAS
7440-59-7
Hélium : période 1, groupe 18, famille des gaz nobles.
He
Électrons par couche : 2

L’hélium est l’élément numéro 2 : chaque atome possède deux protons et, dans sa forme neutre la plus courante, deux électrons. Sa masse atomique est de 4,0026 u. À température ambiante, c’est un gaz incolore et inodore. Il constitue le premier membre des gaz nobles, une famille dont les éléments réagissent peu dans les conditions ordinaires.

Pourquoi l’hélium est-il si peu réactif ?

La configuration électronique de l’hélium, 1s², signifie que sa seule couche électronique est remplie. Il n’a donc pas tendance à gagner, perdre ou partager des électrons pour compléter cette couche. Cette structure explique en grande partie son inertie chimique : l’hélium ne forme pas de composés stables courants dans les conditions ordinaires.

Son inertie est utile quand il faut éviter qu’un gaz réagisse avec les matériaux. Par exemple, il sert de gaz de protection lors du soudage à l’arc. Sa faible masse volumique explique aussi pourquoi il permet aux ballons et aux dirigeables de s’élever. Contrairement à l’hydrogène, il n’est pas inflammable, mais un ballon qui fuit ne constitue pas un apport respiratoire : l’hélium peut déplacer l’oxygène de l’air dans un espace mal ventilé.

Où trouve-t-on l’hélium sur Terre ?

À l’échelle de l’Univers, l’hélium est très abondant. Sur Terre, il est beaucoup plus rare : il se rencontre notamment dans certains gisements de gaz naturel. L’hélium présent dans le sous-sol provient en grande partie de la désintégration radioactive d’éléments lourds, comme l’uranium et le thorium, dans les roches. Il peut ensuite s’accumuler dans des réservoirs géologiques. L’Institut UTINAM du CNRS décrit cette origine et la présence de l’hélium dans les gisements de gaz naturel dans sa présentation de l’élément.

L’industrie récupère l’hélium lors du traitement de certains gaz naturels, puis le sépare et le purifie. La concentration varie d’un gisement à l’autre : l’hélium n’est donc pas un produit que l’on peut extraire économiquement de n’importe quel gaz naturel. Dans l’atmosphère, il est présent en très faible quantité et s’échappe progressivement vers l’espace, ce qui rend sa collecte dans l’air peu pratique.

Pourquoi le refroidir jusqu’à l’état liquide ?

L’hélium bout à −268,93 °C, soit 4,22 K, à la pression indiquée dans les conditions usuelles de référence. Cet état extrêmement froid en fait un fluide cryogénique : un liquide utilisé pour atteindre des températures très basses. Il sert notamment à refroidir des aimants supraconducteurs, qui conduisent l’électricité sans résistance dans certaines conditions. Ces aimants équipent des appareils d’imagerie par résonance magnétique et des installations de recherche. La fiche de l’Institut UTINAM décrit l’usage de l’hélium liquide pour refroidir des bobines supraconductrices.

À l’état gazeux, l’hélium est aussi employé comme atmosphère inerte dans des procédés industriels, pour pressuriser certains réservoirs et dans des mélanges respiratoires destinés aux travaux sous pression. Ces usages spécialisés exigent des mélanges et des équipements adaptés : ils ne se transposent pas à une utilisation improvisée.

Pourquoi son nom évoque-t-il le Soleil ?

L’hélium a été repéré dans le spectre solaire en 1868, avant d’être identifié sur Terre. Son nom vient du grec Hélios, « Soleil ». L’astronome Jules Janssen a observé une raie spectrale associée à un élément alors inconnu sur notre planète ; Norman Lockyer a ensuite proposé le nom « helium ». Cette découverte à distance est singulière dans l’histoire de la chimie : l’élément a été reconnu d’abord dans la lumière d’une étoile, puis isolé dans des matières terrestres.

Isotopes naturels de l’hélium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
³He3,0160293201(25)0,0001 %stable
⁴He4,00260325413(6)99,9999 %stable

8 isotopes de l’hélium sont connus, dont 2 stables. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire de l’hélium ?

La masse molaire de l’hélium est de 4,0026 g/mol, d’après la masse atomique standard de 4,0026 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de hélium pèse donc environ 4,0026 grammes.

Quel est le numéro atomique de l’hélium ?

Le numéro atomique de l’hélium est 2 : son noyau compte 2 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est He.

Quelle est la configuration électronique de l’hélium ?

La configuration électronique de l’hélium est 1s², soit 2 électrons répartis de la première à la dernière couche. L’hélium appartient au bloc s du tableau périodique.

L’hélium est-il un gaz inflammable ?

Non. L’hélium ne brûle pas et ne favorise pas la combustion, contrairement à l’hydrogène, autre gaz léger parfois utilisé pour soulever des ballons. Cela ne signifie pas qu’il est sans risque : en forte concentration, l’hélium peut remplacer l’oxygène de l’air et entraîner une asphyxie, notamment dans un espace fermé.

Existe-t-il des composés chimiques de l’hélium ?

L’hélium forme très peu d’interactions chimiques et ne possède pas de composés stables courants dans les conditions ordinaires. Des espèces contenant de l’hélium peuvent être étudiées dans des conditions particulières, mais elles ne correspondent pas aux composés usuels que l’on rencontre en chimie de laboratoire ou dans les produits quotidiens.

Pourquoi l’hélium des ballons ne peut-il pas être récupéré facilement ?

Une fois libéré, l’hélium se mélange à l’atmosphère et, parce qu’il est très léger, une partie finit par s’échapper vers l’espace. Le récupérer après dispersion demanderait de traiter de grandes quantités d’air contenant très peu d’hélium. C’est pourquoi l’approvisionnement repose surtout sur la récupération dans certains gisements de gaz naturel.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.