L’Élémentarium
Alors que William Ramsay et Morris Travers pensent avoir réussi à isoler le krypton en 1898, ils se rendent compte qu’un autre élément est présent. Ils le nommèrent alors xénon, du grec xenos étranger, pour souligner le fait que c’est un gaz étranger contenu dans le krypton.
| Symbole | Numéro atomique | Masse atomique | Configuration électronique | Rayon de Van der Waals |
| Xe | 54 | 131,3 g.mol-1 | [Kr] 4d10 5s2 5p6 | 220 pm |
| Masse volumique | Température de fusion | Température d’ébullition | Température critique | Pression critique | Température point triple | Pression point triple | Conductibilité thermique | Solubilité dans l’eau |
| à l’état gazeux : 5,887.10-3 g.cm-3 | -111,9°C | -107,1°C | 16,59°C | 5 842 kPa | -111,75°C | 81,7 kPa | 5,11 W.m-1K-1 |
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Xénon gazeux :
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Xénon en solution aqueuse :
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Le xénon appartient à la famille des gaz rares qui comprend par ordre de teneur décroissante dans l’atmosphère : l’argon, le néon, l’hélium, le krypton, le xénon et le radon, ce dernier étant radioactif. Ils sont, sauf pour l’hélium et le radon, extraits de l’air. L’argon, avec une teneur dans l’atmosphère de 0,93 % en volume, n’est pas rare.
Teneurs de la croûte terrestre et de l’atmosphère en divers gaz :
| N2 | O2 | H2 | Ar | Ne | He | Kr | Xe | Rn | |
| Teneur de la croûte terrestre, en ppm en masse | 19 |
46.104 |
9.103 |
4.10-2 |
7.10-5 |
3.10-3 |
1,7.10-10 |
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| % en volume dans l’atmosphère terrestre | 78,09 | 20,95 | 5,0.10-5 | 0,93 | 1,8.10-3 | 5,2.10-4 | 1,0.10-4 | 8,0.10-6 | 6,0.10-18 |
Peu volatil, il se retrouve, avec le krypton, dans le bas de la colonne basse pression des unités de séparation des gaz de l’air par distillation de l’air liquide, en solution dans le dioxygène liquide, avec une teneur de 2000 ppm, le xénon étant 10 fois moins abondant que le krypton. Ils sont récupérés dans des installations auxiliaires par enrichissements successifs puis séparation. L’obtention de 1 m3 de xénon nécessite le traitement de plus de 10 millions de m3 d’air. Une unité de production de 2 000 t/jour de dioxygène peut produire de 800 à 1000 kg de xénon par an.
La production mondiale, en 2017, est de 12 000 m3 avec la répartition suivante :
| États-Unis | 64,5 % | Japon | 4,3 % | |
| France | 22,6 % | Chine | 3,2 % | |
| Ukraine | 4,6 % | Autres | 0,5 % |
Source : DERA
Dans le monde, 63 unités de production donnent du gaz brut, mélange de krypton et xénon, et 21 séparent et purifient les gaz.
Du gaz brut est produit par Air Liquide à Dunkerque (59), Richemont (57), Moissy-Cramayel (77) et Le Blanc-Mesnil (93). Ce dernier établissement possédant une capacité de production de 2 m3/h de gaz brut et réalisant une séparation et purification des gaz.
Consommation : en 2017, elle est de 12 000 m3.
Secteurs d’utilisation : en 2017.
| Éclairage | 34 % | Photolithographie | 8 % | |
| Satellites | 23 % | Lasers | 6 % | |
| Anesthésie | 8 % | Écrans plasma | 1 % |
Source : DERA
Dans le remplissage de lampes d’éclairage, le xénon est réservé à des utilisations demandant une très grande luminosité : les lampes flash, les lampes à éclats pour l’éclairage antibrouillard des pistes d’aérodromes, les lampes d’éclairage de studios photo et de cinéma…
Employé dans les lampes halogènes de phares de véhicules il est concurrencé par les LED.
Le xénon est également utilisé dans les lampes pour phares maritimes. Par exemple, le phare de Créac’h, à la pointe de l’île d’Ouessant, utilise 4 lampes de plus de 61 km de portée, l’intensité lumineuse étant de 20 millions de candelas, dans l’axe optique.
Le xénon alimente les moteurs ioniques utilisés pour la propulsion de satellites. Le xénon, facile à ionisé est accéléré, jusqu’à 35 km/seconde, par un champ électrique alimenté par panneaux solaires puis, après neutralisation, expulsé sous forme d’un jet entraînant le satellite dans la direction souhaitée. La quantité de xénon embarqué est de plusieurs centaines de kg et la consommation de 0,1 à 5 mg de Xe par seconde.
Le xénon est le gaz anesthésique le plus intéressant pour son absence d’effets secondaires. Malheureusement son coût reste trop élevé pour une utilisation courante. Toutefois, la récupération du gaz expiré par le patient qui atteint plus de 90 % pourrait permettre un développement des utilisations dans ce secteur.
Il est également utilisé dans des lasers (mélange xénon, dichlore) et l’isolation de doubles vitrages. Absorbant fortement les rayons X, il est utilisé par inhalation, en présence de dioxygène, en tomographie X afin de mesurer la répartition de la circulation sanguine dans le cerveau. La chambre proportionnelle multifils de Georges Charpak, remplie de xénon, peut être utilisée comme détecteur de rayonnement X et permettre d’effectuer des radiographies à l’aide de doses très faibles de rayonnement.
Le xénon est employé pour détecter la matière noire de l’univers. Le détecteur Xenon1T installé au Laboratoire National de Gran Sasso, sous la montagne des Abruzzes, en Italie, renferme 3,2 t de xénon liquide. En 2016, cela a représenté de 7 à 8 % de la production mais ce xénon n’est pas consommé et pourra être employé après utilisation.