Le xénon est un gaz à température ambiante. Son numéro atomique, 54, signifie que son noyau contient 54 protons. Comme les autres gaz nobles, il se trouve dans la dernière colonne du tableau périodique, mais il est moins chimiquement inerte que l’hélium ou le néon. Cette combinaison de rareté, de masse élevée et de propriétés lumineuses explique plusieurs de ses usages.
Où trouve-t-on le xénon et comment le produit-on ?
Le xénon est présent en très faible quantité dans l’atmosphère. Il n’est pas extrait de minerais : les installations qui séparent les gaz de l’air le récupèrent lors de la distillation de l’air liquéfié. L’Élémentarium de la Société chimique de France décrit sa concentration avec le krypton dans une fraction issue de ces unités, puis son enrichissement et sa purification. Comme cette récupération demande de traiter de grandes quantités d’air, le gaz demeure rare et coûteux à produire.
À l’état naturel, le xénon est un mélange de plusieurs isotopes, c’est-à-dire de formes du même élément dont les noyaux n’ont pas le même nombre de neutrons. L’isotope 132Xe est le plus abondant dans les échantillons de composition ordinaire. La masse atomique indiquée pour le xénon, 131,293 u, est une moyenne qui tient compte des masses et des proportions de ses isotopes, et non la masse d’un seul atome. La CIAAW de l’IUPAC détaille leurs abondances et précise que la valeur standard s’appuie sur des mesures de xénon séparé de l’air.
Pourquoi l’utilise-t-on dans des lampes et des moteurs spatiaux ?
Excité par une décharge électrique, le xénon émet une lumière intense, souvent blanche. Cette propriété est exploitée dans des lampes à flash, notamment les stroboscopes, ainsi que dans des sources lumineuses utilisées dans certains dispositifs techniques. La fiche pédagogique du Jefferson Lab mentionne aussi son emploi pour exciter des lasers à rubis.
Sa masse atomique élevée est utile dans une autre application : la propulsion ionique. Dans ce type de moteur, des atomes de xénon sont ionisés, puis les ions sont accélérés pour produire une poussée. Le xénon a notamment servi de propergol expérimental à la sonde Deep Space 1. Il ne s’agit pas d’une combustion : la poussée résulte de l’éjection d’ions.
Ces usages s’expliquent par des propriétés différentes. L’émission lumineuse dépend de l’excitation des atomes, tandis que la propulsion exploite la masse des ions et leur accélération. Le xénon appartient à la famille des gaz nobles, dont les éléments possèdent généralement une couche électronique externe complète.
Le xénon est-il vraiment inerte ?
Sa couche externe complète rend le xénon peu réactif dans de nombreuses conditions courantes, mais « gaz noble » ne signifie pas absolument incapable de réagir. Des composés de xénon ont été préparés, notamment avec le fluor et l’oxygène. Le difluorure de xénon, XeF₂, et l’hexafluorure de xénon, XeF₆, illustrent cette chimie moins attendue. Le récapitulatif de la Société chimique de France souligne que le xénon forme de nombreux composés fluorés.
Il faut distinguer l’élément gazeux de certains de ses composés : leurs propriétés ne sont pas interchangeables. Les composés fortement oxydants, en particulier, exigent une manipulation adaptée en laboratoire. Le xénon n’a pas de rôle biologique établi comme élément nutritif essentiel ; ses usages reposent surtout sur ses propriétés physiques et sur une chimie spécialisée.