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Helium et photos aériennes

Hélium
L’hélium est un gaz rare. Pour faciliter la mise en oeuvre et économiser cette énergie,  le ballon reste partiellement gonflé dans un camion.

L’hélium est 7 fois plus léger que l’air (180g par m3) , et 1 m3 d’hélium soulève approximativement 1 Kg.

L’hélium est un gaz neutre et propre. Lorsqu’il est libéré dans l’atmosphère il regagne docilement son univers interstellaire d’origine qui en est constitué à 8% et qu’il partage avec l’hydrogène (92%).
Sur terre, l’air que nous respirons ne contient que 5 cm3 d’hélium par m3 d’air, ce qui rend son extraction impossible à partir de notre atmosphère.

L’existence de l’hélium a été mise en évidence "assez récemment " le 18 Août 1868 par spectroscopie solaire par l’anglais Norman Lockyer. La decouverte de son existence dans l’atmosphère terrestre est encore plus récente (1895)

    
 Utilisé dans les centrales nucléaire

pour le soudage d'alliages spéciaux

 et pour la fête !


Des gisements de gaz contenant de fortes concentrations d’hélium ont été découverts au début du 20° siècle, essentiellement aux US (dans les Rocheuses et les plaines centrales) et plus récemment en Algérie, mélangées à des gisement de gaz.
Ces fortes concentrations d’hélium se trouvent emprisonnées depuis des millions d’années dans des cavités naturelles. Leur exploitation permet d’assurer la couverture des besoins actuels, mais la consommation ne cesse d’augmenter alors que ces réserves s’épuisent, ce qui renchérit chaque année le prix de cette énergie.. L'utilisation de l'hélium pour les aérostats est  secondaire.Il reste très utilisé pour la recherche et dans le cadre des programmes spatiaux comme gaz de pressurisation.


  L'Hélium

Transparent aux particules nucléaires, il ne devient pas radioactif. De ce fait, il est également apprécié comme agent de transfert de chaleur pour les réacteurs nucléaires. Enfin, il est utilisé dans l'élaboration de certains métaux (aluminium, titane, acier inoxydable).
 

Des utilisations plus ludiques sont connues du grand public, grâce à Donald Duck dont la voix était à l’origine « fabriquée » par des narrateurs inspirant de l’hélium. Cette voix de canard résulte d’une accélération du passage de l’air expiré sur les cordes vocales, ce qui élève la tonalité naturelle du speaker et accélère son débit.


Propriétés de l’hélium:

- Deuxième élément de la classification des éléments de Mendéléiev.
- Après l’hydrogène, c’est l’atome le plus petit (2 neutrons, 2 protons, 2 électrons).
- Symbole: He4
- Masse molaire: 4,0026 g/mole
- Masse volumique gaz (à 15°C et 1 atm) : 0.169 kg/m3
- Point critique: 5,2 K 2,275 bar
- Température d’ébullition sous 1 atm : 4,22 K
- Chaleur latente de vaporisation sous 1 atm : 20,9 kJ/kg (1 Watt vaporise 1,4 litre d’hélium par heure)
- Chaleur sensible de la vapeur (jusqu’à 300 K) : 1541,8 kJ/kg
- Equivalence gaz/liquide CNTP : 0.749 m3/litre
- Masse volumique du liquide sous 1 atm : 124,8 kg/m3
 
Pourquoi un ballon à hélium s’envole t-il ?

C’est ce bon viel Archimède qui avait trouvé la réponse bien avant de soupçonner l’existence de ce gaz rare. En effet, la même loi physique s’applique à tous les fluides : l’eau, l’air ou l’helium, sont tous logés à la même enseigne.

Pour bien comprendre, prenons un exemple connu :
Si on plonge dans l’eau une balle de ping-pong (poids : 10g pour un volume de 40 cm3), elle remonte à la surface dès qu’on la lâche.
La balle remonte, parce qu’elle a été « victime » d’un phénomène naturel : la poussée d’Archimède.
Cette force dirigée vers le haut, est égale au poids de la balle remplie d’eau (soit 40 g pour une balle de 40 cm3, puisque 1 cm3 d’eau pèse 1 g)
 

Par conséquent, lorsqu’elle est immergée notre balle subit deux forces contraires :
- son poids, dirigé vers le bas, égal à 10 g.
- la poussée du liquide, dirigée vers le haut, quatre fois plus forte.
Dans ces conditions, la poussée l’emporte et la balle remonte.

Pourquoi, parvenue à la surface, ne poursuit-elle pas son ascension dans l’air ?
La balle occupe à présent le volume d’une quantité d’air qui ne pèse que …0,05 g. En effet, l’air est 800 fois moins dense que l’eau. (A 25°C, 1 litre d’air ne pèse que 1,2g comparé à 1 litre d’eau qui pèse 1000g)
Le poids de la balle (10g souvenez-vous) étant très supérieure à la force dirigée vers le haut (poussée d’Archimède = 0,05g), la balle retombe.
 
Et pour le ballon gonflé à l’hélium ?

Prenons un ballon de 2,7 m de diametre (env 10 m3) qui pèse 8 kg.
Puisque le poids du volume d’air déplacé par le ballon (10 m3 multiplié par le poids de l’air 1,2kg/m3 =12 Kg) est supérieur au poids du ballon (8 kg) , celui s’envole, exactement comme la balle de ping pong qui remonte à la surface !

Et jusqu’ou ira-t-il ?

Puisqu’on se dit tout, voila la fin de l’histoire : le ballon risque de connaître une triste fin, victime cette fois de la pression atmosphérique: Plus le ballon prend de l’altitude, plus la pression de l’air extérieur qui « appuie » sur l’enveloppe diminue… L’hélium prend donc de plus en plus de place dans l’enveloppe, celle ci va donc se dilater... se dilater… se dilater …

Un peu comme le bœuf et la grenouille, mais ... cela est une autre histoire... ;-)

 

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