Université · Sciences Exactes · Chimie · Gaz Nobles
Invisible à l'état naturel, le néon devient l'un des spectacles lumineux les plus reconnaissables du monde lorsqu'un courant électrique le traverse. Gaz noble inerte, deuxième élément le plus léger de son groupe — le néon illumine nos nuits depuis plus d'un siècle.
Le néon (du grec neos, nouveau) est un gaz noble du groupe 18 (anciennement colonne 0), période 2. Sa couche électronique externe est complète — [He] 2s² 2p⁶, soit 8 électrons de valence — ce qui lui confère une stabilité chimique quasi-absolue. Aucun composé chimique stable du néon n'a jamais été synthétisé : il est le moins réactif de tous les éléments connus, plus encore que l'hélium car son énergie d'ionisation (21,56 eV) est la plus élevée du tableau périodique après l'hélium.
À température ambiante et pression ordinaire, le néon est un gaz incolore, inodore, insipide et non toxique. Sa densité est de 0,900 g/L à 0°C (soit environ 1,44× l'air). Il ne se liquéfie qu'à −246°C, à seulement 2,7°C au-dessus du zéro absolu. Son pouvoir réfrigérant cryogénique est 40× supérieur à celui de l'hélium liquide par unité de volume, ce qui en fait un réfrigérant de choix pour certaines applications.
Bien que chimiquement inerte, le néon présente des propriétés physiques remarquables. Son indice de réfraction est extrêmement proche de 1 (n=1,000067 à STP), le rendant quasi-transparent à toutes les longueurs d'onde du visible. Le néon n'est ni inflammable, ni asphyxiant (inerte physiologiquement) — c'est l'un des gaz les plus sûrs à manipuler.
Les gaz nobles (groupe 18) constituent la colonne la plus à droite du tableau périodique. Tous ont leur couche de valence saturée, les rendant pratiquement inertes chimiquement. Le néon occupe la deuxième case de cette famille :
Contrairement aux autres gaz nobles lourds (Kr, Xe), le néon ne forme aucun composé stable — même sous pression extrême. Des expériences à très basse température ont produit des clathrates (cages moléculaires emprisonnant du Ne) et le composé Ne·He à 11 GPa (2015), mais il ne s'agit pas de vrais composés chimiques liés par covalence ou ioniquement.
La propriété la plus spectaculaire du néon est son spectre d'émission : lorsqu'un courant électrique excite ses atomes, les électrons passent à des niveaux d'énergie supérieurs puis retombent en émettant des photons de longueurs d'onde précises et caractéristiques. Le spectre du néon est dominé par des raies dans le rouge-orangé (585–640 nm), produisant la lueur rouge-orange caractéristique des enseignes « néon ».
Spectre d'émission du néon — Raies caractéristiques rouges-orangées (nm)
Chaque élément possède un spectre d'émission unique — une empreinte atomique. C'est par spectroscopie que l'hélium fut découvert dans le Soleil en 1868 avant d'être isolé sur Terre. La spectroscopie du néon sert encore aujourd'hui d'étalon de calibration pour les spectrographes astronomiques. Les lampes à néon servent de références de longueur d'onde en métrologie (raie à 632,8 nm du laser He-Ne).
Inventées par Georges Claude (1910, présentées en 1912 au Grand Palais). Le néon pur donne le rouge-orange. D'autres gaz nobles + phosphores colorent les tubes : argon (bleu), krypton (vert), xénon (blanc). L'enseigne au néon de Las Vegas : icône culturelle du XXe siècle.
Néon liquide (−246°C) utilisé pour refroidir des détecteurs de physique des particules, supraconducteurs haute température, et applications spatiales où l'hélium liquide serait trop lourd ou trop cher à stocker.
Le laser hélium-néon (632,8 nm, rouge) fut le premier laser à gaz (Bell Labs, 1960). Longtemps standard pour la lecture de codes-barres et holographie. Remplacé dans la plupart des usages par les diodes laser, mais toujours utilisé en métrologie et enseignement.
Atmosphère de travail inerte pour la manipulation de matériaux réactifs (Ti, Zr). Remplissage de ballons sonde atmosphériques (moins cher que l'hélium dans certaines applications). Détecteurs de fuites (masse 20 vs masse 4 de He).
Lampes indicatrices rouge dans les appareils électroniques des années 1950–1980. Tubes à décharge pour la spectroscopie. Mélangé à l'hélium dans les tubes à plasma des anciennes télévisions (PDPs). Éclairage architectural.
Mélange hélium-néon en inhalation pour traiter les obstructions sévères des voies respiratoires (Héliox). La faible densité réduit le travail respiratoire en cas d'asthme sévère ou de BPCO. Non hypoxique (≠ N₂O).
Le néon fut découvert le 12 juin 1898 par William Ramsay et Morris Travers à University College London, quelques semaines après le krypton et le xénon. La méthode : distillation fractionnée de l'air liquide refroidi à −253°C. L'intense lumière rouge-cramoisie émise par la décharge électrique dans le nouveau gaz saisit immédiatement les chercheurs. Son fils apporta cette lumière à son fils de 12 ans, Morris Travers Jr., qui la vit comme « du feu de rubis écarlate ». Ramsay nomma l'élément du grec neos (nouveau).
La production mondiale de néon est d'environ 500 tonnes/an, obtenu par distillation fractionnée de l'air à grande échelle (l'air contient 18,2 ppm de néon en volume). L'Ukraine (avant 2022) produisait 70% du néon mondial utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs — la pénurie liée au conflit a engendré une crise d'approvisionnement pour l'industrie des puces électroniques (lithographie UV-profond utilisant des lasers excimères au néon-fluor à 193 nm).