QCM : L’hélium : propriétés et usages — 13 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel événement Jules Janssen réalise-t-il le 18 août 1868 à Guntur, en Inde ?

Il mesure la densité d’un gaz extrait d’une poche de gaz naturel souterraine.
Il identifie un nouveau métal dans des roches prélevées au cours d’une expédition.
Il démontre qu’un élément radioactif se transforme progressivement en hélium.
Il observe une raie spectrale inhabituelle dans la lumière solaire pendant une éclipse totale.

Il observe une raie spectrale inhabituelle dans la lumière solaire pendant une éclipse totale.

Explication

Lors de l’éclipse totale du 18 août 1868, Jules Janssen observe une raie spectrale inhabituelle dans la lumière solaire, ce qui révèle un gaz alors inconnu. La date de 1861 renvoie à une observation antérieure de Pierre Janssen, et non à cet événement précis.

2. Pourquoi le nom « hélium » a-t-il été choisi pour cet élément découvert dans le spectre solaire ?

Il rappelle le nom de la région indienne où la raie spectrale fut observée.
Il dérive du grec hélios, associé au Soleil et au dieu grec du Soleil.
Il reprend le nom du premier laboratoire ayant isolé l’élément sur Terre.
Il dérive d’un terme latin désignant les gaz présents dans l’atmosphère.

Il dérive du grec hélios, associé au Soleil et au dieu grec du Soleil.

Explication

Le terme « hélium » vient du grec hélios, qui signifie Soleil et renvoie au dieu grec du Soleil. Le nom ne fait donc référence ni au lieu d’observation ni à un laboratoire terrestre.

3. Quelle est l’origine principale de l’hélium présent dans la croûte terrestre ?

La condensation de particules légères transportées par les vents dans les océans.
La désintégration radioactive de l’uranium et d’autres éléments de la croûte.
La transformation chimique du méthane et du dioxyde de carbone souterrains.
La fusion nucléaire de l’hydrogène dans les étoiles qui atteint ensuite les continents.

La désintégration radioactive de l’uranium et d’autres éléments de la croûte.

Explication

L’hélium terrestre est produit par la désintégration radioactive de l’uranium et de nombreux autres éléments présents dans la croûte. La fusion de l’hydrogène concerne principalement la production d’hélium dans les étoiles, pas son origine géologique directe.

4. Dans quel environnement l’hélium exploité est-il principalement piégé ?

Dans des filons métalliques exposés directement à la surface des continents.
Dans des poches de gaz naturel retenues par des roches imperméables.
Dans des cavités volcaniques ouvertes qui libèrent des gaz vers l’atmosphère.
Dans des nappes d’eau souterraine traversant des roches très poreuses.

Dans des poches de gaz naturel retenues par des roches imperméables.

Explication

L’hélium exploité provient essentiellement de poches de gaz naturel piégées par des roches imperméables. Les roches poreuses ou les cavités ouvertes favorisent la circulation des gaz et leur perte plutôt que leur accumulation exploitable.

5. De quelles ressources provient la plupart de l’hélium commercial ?

De roches ignées et de péridotite extraites principalement dans les régions montagneuses.
De l’air atmosphérique séparé dans des installations réparties près des grandes villes.
De réactions nucléaires artificielles réalisées dans des réacteurs à usage industriel.
De gisements souterrains de gaz naturel, notamment en Russie, en Algérie et aux États-Unis.

De gisements souterrains de gaz naturel, notamment en Russie, en Algérie et aux États-Unis.

Explication

La plupart de l’hélium commercial est extraite de gisements souterrains de gaz naturel, notamment en Russie, en Algérie et aux États-Unis. Les roches ignées et la péridotite sont généralement trop coûteuses à exploiter, tandis que les réactions nucléaires artificielles ne servent pas à la production commerciale.

6. Quelle succession d’opérations décrit correctement la récupération industrielle de l’hélium ?

Refroidir le gaz naturel, liquéfier les autres gaz, séparer notamment le méthane et le dioxyde de carbone, puis récupérer l’hélium par des séparations supplémentaires.
Chauffer le gaz naturel, vaporiser ses constituants lourds, puis condenser l’hélium avec le méthane dans une même étape.
Comprimer le gaz naturel, brûler le méthane, puis recueillir l’hélium libéré par la combustion des hydrocarbures.
Dissoudre le gaz naturel dans l’eau, précipiter le dioxyde de carbone, puis obtenir l’hélium par réaction chimique avec l’azote.

Refroidir le gaz naturel, liquéfier les autres gaz, séparer notamment le méthane et le dioxyde de carbone, puis récupérer l’hélium par des séparations supplémentaires.

Explication

Le procédé repose sur le refroidissement du gaz naturel afin de liquéfier les autres gaz, puis sur la séparation du méthane et du dioxyde de carbone par distillation avant des séparations supplémentaires de l’hélium. Le chauffage ou la combustion ne constituent pas les étapes décrites pour purifier cet élément.

7. Quelle propriété chimique caractérise principalement l’hélium ?

C’est un gaz réactif qui forme facilement des composés.
C’est un gaz toxique qui perturbe les fonctions biologiques.
C’est un gaz noble peu réactif et chimiquement inerte.
C’est un gaz oxydant qui entretient activement les combustions.

C’est un gaz noble peu réactif et chimiquement inerte.

Explication

L’hélium est un gaz noble, donc il réagit peu chimiquement et reste inerte dans les conditions ordinaires. Le dioxygène, plutôt que l’hélium, est associé aux phénomènes d’oxydation et de combustion.

8. Quelle est la place de l’hélium parmi les éléments les plus abondants de l’Univers ?

Il est le troisième élément le plus abondant, après l’oxygène et l’hydrogène.
Il est l’un des éléments les moins abondants dans l’Univers.
Il est le deuxième élément le plus abondant, après l’hydrogène.
Il est l’élément le plus abondant, devant l’hydrogène.

Il est le deuxième élément le plus abondant, après l’hydrogène.

Explication

L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’Univers, suivi par l’hélium. L’hélium n’occupe donc pas la première place et ne figure pas parmi les éléments les moins abondants.

9. Pourquoi un volume d’environ 1 m31\ \mathrm{m^3} d’hélium peut-il soulever approximativement 1 kg1\ \mathrm{kg} dans certaines conditions ?

Parce que sa faible densité le rend plus léger que l’air.
Parce que sa réactivité chimique produit une force ascendante supplémentaire.
Parce que son point d’ébullition élevé réduit la masse de la charge.
Parce que sa forte densité augmente la poussée exercée sur la charge.

Parce que sa faible densité le rend plus léger que l’air.

Explication

La faible densité de l’hélium le rend plus léger que l’air, ce qui permet à un volume donné de produire une force de sustentation. La poussée ne vient ni d’une forte densité ni d’une réaction chimique de l’hélium.

10. À 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} et 1 atm1\ \mathrm{atm}, quelle comparaison de densité entre l’hélium et l’air est correcte ?

Les deux gaz ont une densité proche de 1,2 g/L1,2\ \mathrm{g/L} dans ces conditions.
L’hélium a une densité de 0,1785 g/L0,1785\ \mathrm{g/L}, contre environ 1,2 g/L1,2\ \mathrm{g/L} pour l’air.
L’hélium a une densité d’environ 1,2 g/L1,2\ \mathrm{g/L}, contre 0,1785 g/L0,1785\ \mathrm{g/L} pour l’air.
Les deux gaz ont une densité proche de 0,1785 g/L0,1785\ \mathrm{g/L} dans ces conditions.

L’hélium a une densité de $$0,1785\ \mathrm{g/L}$$, contre environ $$1,2\ \mathrm{g/L}$$ pour l’air.

Explication

Dans ces conditions, l’hélium possède une densité de 0,1785 g/L0,1785\ \mathrm{g/L}, tandis que celle de l’air atteint environ 1,2 g/L1,2\ \mathrm{g/L}. La confusion vient de l’inversion des valeurs entre les deux gaz.

11. Quelle différence de composition distingue l’air de l’hélium ?

L’air est un mélange dominé par le diazote et le dioxygène, tandis que l’hélium est un élément.
L’air et l’hélium sont deux mélanges gazeux dont les constituants principaux sont identiques.
L’air est principalement constitué d’hélium, tandis que l’hélium contient du diazote et du dioxygène.
L’air est un élément chimiquement simple, tandis que l’hélium est un mélange de plusieurs gaz.

L’air est un mélange dominé par le diazote et le dioxygène, tandis que l’hélium est un élément.

Explication

L’air contient principalement environ 78 % de diazote et 21 % de dioxygène, alors que l’hélium est un élément unique. L’hélium n’est donc pas un mélange ayant la composition principale de l’air.

12. Lors d’une obstruction des voies respiratoires, quelle composition doit respecter le mélange médical contenant de l’hélium ?

Il doit contenir de l’hélium pur afin de réduire la résistance respiratoire.
Il doit remplacer l’hélium par du dioxygène pur pour diminuer la viscosité.
Il doit contenir au minimum 20 % de diazote avec l’hélium.
Il doit contenir au minimum 20 % de dioxygène avec l’hélium.

Il doit contenir au minimum 20 % de dioxygène avec l’hélium.

Explication

Le mélange administré contient au minimum 20 % de dioxygène, tandis que la faible viscosité de l’hélium contribue à diminuer le travail respiratoire. L’hélium seul ne fournirait pas l’oxygène nécessaire au patient.

13. À quoi sert principalement l’hélium liquide dans les équipements comme les IRM et le LHC ?

Il augmente la température des aimants pour déclencher leur supraconductivité.
Il fournit une atmosphère respiratoire adaptée autour des aimants supraconducteurs.
Il refroidit les aimants supraconducteurs à très basse température.
Il remplace les conducteurs métalliques dans les circuits des équipements.

Il refroidit les aimants supraconducteurs à très basse température.

Explication

L’hélium liquide sert à refroidir les aimants supraconducteurs utilisés notamment dans les IRM et le LHC. Une atmosphère protectrice est plutôt associée à l’hélium gazeux dans certaines applications techniques.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 38 flashcards sur L’hélium : propriétés et usages.

Quelle observation Pierre Janssen fait-il en 1861 ?

Il observe une raie spectrale inhabituelle correspondant à l'hélium.

Que découvre Jules Janssen le 18 août 1868 à Guntur ?

Une raie spectrale inhabituelle dans la lumière solaire pendant une éclipse totale.

Quel gaz inconnu est découvert par Jules Janssen en 1868 ?

L'hélium.

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