- Bien qu’il soit couramment utilisé pour faire flotter des ballons, l’hélium est en fait une ressource précieuse et non renouvelable.
- Sans hélium, une grande partie de la recherche scientifique ne peut pas être menée, et la technologie comme les appareils IRM ne fonctionnera pas.
- La demande d’hélium est énorme et croissante; il n’y a aucun moyen de créer de l’hélium artificiel économiquement et aucun moyen pour les réserves d’hélium de la Terre de soutenir la demande.
L’hélium est le deuxième élément le plus commun dans l’univers, représentant 23% de toute la matière normale. Mais en dépit d’être extrêmement commun dans tout l’univers, il est extrêmement rare sur Terre. Pour chaque million de particules d’air dans notre atmosphère, seulement environ 5,2 d’entre elles sont de l’hélium.
Chaque fois que des ballons d’hélium sont libérés lors de la fête d’anniversaire d’un enfant, cet hélium s’échappe dans la haute atmosphère. L’hélium est un élément exceptionnellement léger, il monte donc tout en haut de l’atmosphère, là où il est le moins dense. On pourrait penser qu’un gaz léger comme l’hélium serait coincé ici, poussé vers le haut par l’air plus dense en dessous et poussé vers le bas par la gravité terrestre. Mais les molécules d’hélium aussi élevées dans l’atmosphère peuvent être facilement exposées au vent solaire — des flux de particules de haute énergie provenant de notre soleil – qui expulse irrévocablement l’hélium dans l’espace.
C’est le sort des 6,2 milliards de pieds cubes d’hélium que nous utilisons en un an. En termes simples, l’hélium est une ressource finie sur Terre, et en manquer signifie abandonner beaucoup plus que des ballons et des voix grinçantes.
Quelle est la particularité de l’hélium ?
L’hélium possède des caractéristiques uniques qui en font une substance critique pour de nombreux chercheurs et scientifiques. Plus important encore, aucun autre élément ne peut devenir aussi froid que l’hélium sans geler. En fait, l’hélium ne gèle pas du tout. Une fois que l’hélium est refroidi à environ 4 kelvins, il devient liquide. L’échelle Kelvin est une mesure absolue de la température basée sur le degré de mouvement des molécules, donc 0 Kelvin est aussi froid que possible physiquement. Pour une certaine perspective sur la froideur de 4 Kelvin, il s’agit de -452.47 Fahrenheit – ou, -269,15 Celsius.
Ceci est important à cause d’une autre découverte faite par les scientifiques: certains matériaux perdent toute résistance électrique lorsqu’ils sont suffisamment refroidis. Ceux-ci sont appelés supraconducteurs, et ils sont utilisés dans une grande variété d’appareils de haute technologie — accélérateurs de particules, certains réacteurs nucléaires, spectromètres de masse et appareils d’IRM. Sans hélium liquide, ces technologies ne sont pas possibles et il n’y a pas de substance de remplacement viable.
D’où provient-on en premier lieu de l’hélium?
Une carte des principaux champs de gaz aux États-Unis montrant ceux qui contiennent une concentration économiquement viable d’hélium et ceux qui n’en contiennent pas. Source de l’image: Société Américaine de physique, Société de Recherche sur les matériaux, Société américaine de chimie
L’hélium que nous trouvons sur Terre est en fait le produit de la désintégration radioactive. Les minéraux radioactifs constitués d’uranium et de thorium émettent des particules alpha, qui sont des particules composées de deux protons et de deux neutrons. Ces particules alpha attirent rapidement les électrons, se transformant en atomes d’hélium. De cette façon, on estime que 3 000 tonnes d’hélium sont générées par an. Cela, cependant, fait à peine une brèche dans notre consommation annuelle. Les 6,2 milliards de pieds cubes d’hélium que nous consommons au cours de l’année mentionnée ci-dessus se transforment en environ 32 000 tonnes (en supposant que les pieds cubes sont mesurés à 70 ° F et sous l’atmosphère normale de la Terre). La grande majorité des réserves d’hélium sur lesquelles nous comptons pour soutenir cette habitude sont le produit de millions d’années d’accumulation progressive.
Tout l’hélium généré dans la Terre n’est pas non plus facilement accessible, et même lorsqu’il est facile d’accès, il n’est souvent pas économiquement faisable de le collecter. Une fois que l’hélium est créé par des éléments radioactifs profondément souterrains, le gaz se retrouve dans les mêmes gisements que le gaz naturel. En conséquence, la majorité de l’hélium est collectée par les sociétés de gaz naturel à titre d’avantage accessoire. Malheureusement, les limites de la technologie actuelle signifient que le temps de collecte de l’hélium ne vaut que pour les sociétés gazières s’il y a une concentration supérieure à 0,3%. Par conséquent, une quantité assez importante d’hélium est simplement évacuée.
Si l’hélium est si vital, pourquoi est-il si bon marché?
À l’époque où les dirigeables et autres dirigeables à base d’hélium semblaient être vitaux pour la défense nationale, le gouvernement américain collectait autant d’hélium qu’il le pouvait. Cet hélium a été stocké à Amarilla, au Texas, dans la Réserve fédérale d’hélium (FHR). Aujourd’hui, environ 40% de l’hélium du pays est fourni par la FHR. Cependant, les États-Unis. le gouvernement a adopté des lois obligeant la Réserve fédérale d’hélium à vendre ses réserves et à fermer ses portes en 2021, dans le but de récupérer les dettes contractées par la réserve et de privatiser le marché.
En conséquence, les prix de l’hélium sont restés assez bas — assez bas pour que nous ne nous sentions pas trop mal de laisser ces choses précieuses se perdre dans des ballons pour les fêtes d’anniversaire.
Malgré cela, cependant, l’hélium n’est pas vraiment bon marché, surtout pas pour les chercheurs qui comptent sur lui pour mener des expériences. Selon un rapport de 2016, les prix de l’hélium ont augmenté de 250% au cours des cinq années précédentes. En fait, certains chercheurs ont dû dépenser plus du quart de leurs fonds de subvention pour acheter de l’hélium liquide.
Une pénurie d’hélium ne fera pas que nuire aux chercheurs; le manque d’hélium pour une utilisation dans des applications de haute technologie rendra la vie plus difficile pour tout le monde. Dans une interview avec USA Today, le professeur de physique du Nord-Ouest William Halperin a déclaré: « La pénurie d’hélium qui est présente actuellement — et dont nous pouvons anticiper l’augmentation – affectera, de manière générale, tout le monde. »