Tout ce qui gonfle vos ballons d’anniversaire — l’hélium, deuxième élément le plus abondant de l’univers après l’hydrogène — a une particularité unique dans la chimie : c’est le seul élément qui a été découvert dans l’espace avant d’être trouvé sur Terre. Et son histoire commence par une éclipse, en pleine époque coloniale britannique, dans la chaleur de l’Inde, le 18 août 1868. Voici le récit complet d’une découverte qui, partie d’une simple observation pendant une totalité solaire, allait révolutionner la chimie, ouvrir la voie à la fusion nucléaire et permettre, plus tard, les IRM médicales et les fusées de la NASA.
Le contexte : la spectroscopie naissante
Au milieu du XIXe siècle, deux physiciens allemands — Gustav Kirchhoff et Robert Bunsen — révolutionnent la chimie en inventant la spectroscopie. Le principe est simple mais extraordinaire : chaque élément chimique, lorsqu’il est chauffé, émet de la lumière à des longueurs d’onde précises, formant une signature spectrale unique. C’est comme une empreinte digitale lumineuse propre à chaque atome.
En 1860, Kirchhoff réalise une expérience décisive : il observe le spectre du Soleil et y identifie de fines raies sombres (les « raies de Fraunhofer ») qui correspondent exactement aux raies d’émission d’éléments connus sur Terre : sodium, calcium, fer, hydrogène. C’est une révélation : le Soleil est fait des mêmes éléments que la Terre. Pour la première fois, on prouve l’unité matérielle de l’univers.
Mais Kirchhoff observe le Soleil entier, dont la photosphère brillante masque les couches plus externes. Comment étudier la chromosphère et la couronne solaire, beaucoup plus faiblement lumineuses ? La seule solution : profiter d’une éclipse totale, où la lumière du disque principal est masquée par la Lune.
Pierre Janssen et l’expédition indienne
Le 18 août 1868 doit avoir lieu une éclipse totale particulièrement longue (jusqu’à 6 min 47 s), traversant l’Asie de l’Inde au Pacifique. La communauté scientifique se mobilise. La France envoie plusieurs expéditions ; la plus célèbre est dirigée par Pierre Jules César Janssen (1824-1907), un astronome de génie originaire de Paris, fasciné depuis sa jeunesse par l’analyse spectrale.
Le personnage
Janssen est l’un de ces savants romantiques du XIXe siècle qui considèrent l’aventure scientifique comme une aventure tout court. Boiteux à la suite d’un accident, il a néanmoins voyagé dans tous les continents pour ses observations : éclipses au Pérou, en Algérie, en Italie, au Japon, à Yokohama. Il sera plus tard fondateur de l’Observatoire de Meudon et photographe scientifique de génie (il invente le « revolver photographique » en 1874 pour le passage de Vénus devant le Soleil — ancêtre du cinéma).
L’expédition à Guntur
Janssen choisit comme site d’observation la ville de Guntur, dans l’État indien d’Andhra Pradesh (alors Présidence de Madras britannique). Le site est sélectionné pour sa climatologie favorable en août et sa proximité avec la côte. Janssen quitte Paris en juin 1868 et traverse l’Égypte, la mer Rouge et l’océan Indien.
Il emporte un spectroscope de précision, installé sur une monture lui permettant d’isoler la chromosphère solaire (la fine couche rose visible juste autour du disque) et d’enregistrer son spectre lumineux. Personne avant lui n’a fait cette mesure dans de bonnes conditions.
Le 18 août 1868 : la découverte mystérieuse
Le jour de l’éclipse, à Guntur, le ciel est parfaitement dégagé. À 10h34 heure locale, la totalité commence. Janssen pointe son spectroscope vers la chromosphère et observe.
Il distingue les raies attendues de l’hydrogène (notamment H-alpha, à 656,3 nm dans le rouge), mais aussi — surprise — une raie jaune, intense, à 587,49 nm, très proche de la double raie du sodium (à 589,0 et 589,6 nm) mais clairement distincte.
Janssen note immédiatement dans son carnet : « cette raie ne correspond à aucun élément connu« . Il pense d’abord à une raie inconnue du sodium ou à un effet optique. Mais l’observation est si nette qu’il décide de poursuivre l’étude le lendemain.
L’idée géniale
Le 19 août — éclipse terminée depuis la veille — Janssen a une intuition révolutionnaire : si la chromosphère est plus lumineuse que les raies de Fraunhofer du disque solaire à la même longueur d’onde, alors on pourrait l’observer même sans éclipse en utilisant un spectroscope assez fin pour isoler la longueur d’onde.
Il essaie immédiatement. Pendant 17 jours, il observe quotidiennement la chromosphère en plein jour, sans éclipse. Il confirme la présence permanente de la raie jaune mystérieuse. C’est une première mondiale en techniques d’observation.
Norman Lockyer : la même découverte à 8000 km
Pendant que Janssen observe en Inde, un autre astronome — Joseph Norman Lockyer (1836-1920), un Britannique de 32 ans, fonctionnaire au ministère de la Guerre passionné d’astronomie amateur — travaille à Londres sur exactement la même idée.
Lockyer n’a pas pu se rendre en Inde, mais il a réfléchi à la même intuition que Janssen : observer la chromosphère sans attendre d’éclipse. Il développe sa propre méthode et la teste tout au long de 1868. Le 20 octobre 1868, à Londres, il identifie indépendamment la même raie jaune.
La coïncidence parfaite
Janssen, depuis l’Inde, envoie une lettre à l’Académie des sciences de Paris décrivant sa découverte. Lockyer fait de même auprès de la Royal Society. Les deux lettres arrivent le même jour, le 26 octobre 1868, à la même heure. C’est l’un des cas les plus célèbres de découverte simultanée dans l’histoire des sciences.
L’Académie française, pleine de fair-play, propose alors une médaille commune aux deux savants — une décision diplomatique et juste, qui scelle leur amitié pour toute la vie. Ils écriront de nombreuses publications conjointes par la suite.
Le nom : « hélium » pour « soleil »
Lockyer, après plusieurs années d’analyse de cette raie mystérieuse, finit par s’en convaincre : il s’agit d’un nouvel élément chimique inconnu sur Terre. Il propose en 1870 de le baptiser « hélium », du grec hēlios (ἥλιος) signifiant « soleil ».
Le choix est audacieux : c’est la première fois dans l’histoire des sciences qu’on nomme un élément qui n’a jamais été observé sur Terre. Plusieurs chimistes restent sceptiques pendant des décennies. Mendeleïev, le créateur du tableau périodique, refuse longtemps d’y inclure l’hélium par doute scientifique.
1895 : l’hélium enfin trouvé sur Terre
Il faudra attendre 27 ans avant que l’hélium soit identifié sur notre planète. La découverte est faite par le chimiste écossais William Ramsay à Londres, en mars 1895. Ramsay étudie un minéral d’uranium appelé clévéite. Il observe qu’en le chauffant, un gaz inconnu se dégage. Il en analyse le spectre… et reconnaît la même raie jaune que celle de Janssen et Lockyer.
L’hélium est officiellement validé. Ramsay obtient le prix Nobel de chimie en 1904 pour cette découverte et celle d’autres gaz rares (néon, argon, krypton, xénon). Lockyer reçoit la Knight Commander of the Bath en 1897 — il est anobli.
Pourquoi l’hélium est rare sur Terre ?
L’hélium est extrêmement léger (2e élément du tableau périodique). Sur Terre, il s’échappe de l’atmosphère vers l’espace. La Terre a perdu l’essentiel de l’hélium qu’elle contenait à sa formation. Il n’en reste que des traces dans certains gaz naturels (notamment le gaz du Texas, qui est aujourd’hui la principale source d’hélium industriel).
Dans l’univers, en revanche, l’hélium représente 23 à 24 % de la masse totale — produit par les fusions nucléaires dans les étoiles. Le Soleil lui-même est constitué à environ 24 % d’hélium.
Les applications modernes de l’hélium
Cette découverte cosmique a aujourd’hui des applications quotidiennes qui touchent chacun de nous.
1. La cryogénie médicale (IRM)
L’hélium liquide bout à -269°C, soit 4,2 K — le plus froid des éléments. Cette propriété permet de refroidir les aimants supraconducteurs des appareils d’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). Chaque IRM hospitalier consomme environ 1000 litres d’hélium liquide. Sans hélium, pas d’IRM, pas de diagnostic médical de pointe.
2. Les fusées et l’aérospatiale
L’hélium est utilisé pour pressuriser les réservoirs de fusées et purger les conduits d’hydrogène/oxygène liquide. Les fusées Ariane, Falcon (SpaceX), Saturn V consomment chacune des centaines de m³ d’hélium par lancement.
3. Les ballons d’anniversaire et dirigeables
Usage le plus visible mais le moins critique. L’hélium étant ininflammable (contrairement à l’hydrogène), il a remplacé ce dernier dans les dirigeables après la catastrophe du Hindenburg en 1937.
4. Les détecteurs de fuites
L’hélium étant un atome très petit (le plus petit après l’hydrogène), il diffuse à travers la plus infime fissure. Les industries utilisent l’hélium pour tester l’étanchéité des canalisations, des pneus, des emballages.
5. La fusion nucléaire (avenir)
La fusion de l’hydrogène pour produire de l’hélium est la source d’énergie du Soleil. Les réacteurs ITER (en construction à Cadarache, France) tentent de reproduire cette fusion sur Terre. Si on y arrive, ce sera potentiellement la fin de la crise énergétique. L’hélium, sous-produit de cette fusion, deviendrait abondant.
La pénurie d’hélium : un problème stratégique
Paradoxalement, alors que l’hélium est l’élément le plus abondant de l’univers après l’hydrogène, il devient rare et cher sur Terre. Les réserves mondiales (essentiellement aux États-Unis, Russie, Algérie, Qatar) s’épuisent au rythme actuel.
Le prix de l’hélium a été multiplié par 5 entre 2000 et 2020. Plusieurs hôpitaux européens ont temporairement réduit leur usage d’IRM. Les ballons gonflés à l’hélium pour des fêtes sont aujourd’hui considérés par certains scientifiques comme un « gaspillage stratégique d’une ressource non renouvelable« .
Quelques pays (Tanzanie en 2016, Australie) ont récemment découvert de nouveaux gisements de gaz hélium, mais la ressource reste précieuse.
L’héritage scientifique de Janssen et Lockyer
Au-delà de l’hélium lui-même, la découverte de 1868 a inauguré une nouvelle ère scientifique : celle de l’astrophysique. Avant 1868, on faisait de l’astronomie de position (où sont les astres, comment ils bougent). À partir de 1868, on commence à étudier la nature physique des astres par leur lumière. C’est la naissance de la spectroscopie stellaire.
Conséquences successives
- 1879 — Identification du spectre de toutes les classes stellaires par Angelo Secchi
- 1924 — Diagramme HR (Hertzsprung-Russell) classant les étoiles selon leur spectre
- 1929 — Découverte de l’expansion de l’univers par Hubble (décalage spectral des galaxies)
- 1965 — Découverte du fond diffus cosmologique (rayonnement à 2,7 K) — preuve du Big Bang
- 2017 — Détection du spectre d’exoplanètes (eau, oxygène, méthane dans des atmosphères extraterrestres)
Toute la cosmologie moderne descend de cette éclipse de 1868. C’est, après celle de Thalès (-585) et celle d’Eddington (1919), la troisième grande éclipse fondatrice de la science occidentale.
L’observatoire Janssen au Mont-Blanc
Pierre Janssen a poursuivi son obsession scientifique jusqu’à un projet visionnaire : construire un observatoire au sommet du Mont-Blanc (4810 m), au-dessus de la majeure partie de l’atmosphère. L’observatoire fut effectivement bâti entre 1891 et 1893, équipé d’instruments scientifiques.
Malheureusement, le site, choisi sur un sérac, a fini par s’enfoncer dans la glace et l’observatoire a été perdu en 1909. Janssen, mort en 1907, n’aura pas vu cette tragédie. Aujourd’hui, on retrouve encore parfois des objets de l’observatoire au pied du glacier des Bossons.
Et le 12 août 2026 ?
Pendant l’éclipse partielle française du 12 août 2026, les astrophysiciens auront l’occasion d’observer la couronne solaire et la chromosphère depuis l’Espagne (totalité). Les spectroscopes modernes (notamment ceux du télescope solaire EST en Espagne ou du satellite Solar Orbiter de l’ESA) collecteront des données sur :
- La météorologie spatiale (impact sur les communications terrestres)
- La composition isotopique de la couronne
- Les champs magnétiques solaires en activité
Comme Janssen en 1868, mais avec un raffinement de mesures incomparable.
Pour vivre votre observation en héritier de Janssen et Lockyer :
- Choisir vos lunettes éclipse certifiées
- Consultez notre guide de fonctionnement des éclipses
- Pour les enseignants en science : voir notre guide d’observation pédagogique
FAQ — Hélium et éclipse de 1868
Pourquoi a-t-il fallu une éclipse pour découvrir l’hélium ?
Parce que les raies de la chromosphère étaient noyées dans la lumière intense du disque solaire. Seule l’occultation par la Lune permet d’isoler le faible spectre de la chromosphère et d’y détecter des raies inconnues.
Janssen et Lockyer étaient-ils en compétition ?
Non, ils ne se connaissaient pas avant la découverte. Mais après la coïncidence d’octobre 1868, ils ont entretenu une amitié et collaboration durables, écrivant plusieurs publications conjointes.
Combien d’éléments du tableau périodique ont été découverts grâce aux éclipses ?
Un seul : l’hélium. Les autres ont été identifiés en laboratoire ou dans des météorites. Mais d’innombrables phénomènes astrophysiques (chromosphère, couronne, atmosphère stellaire, exoplanètes) ont été étudiés grâce aux éclipses.
Pourquoi le Soleil contient-il autant d’hélium ?
Parce que la fusion nucléaire au cœur du Soleil convertit l’hydrogène en hélium. Notre Soleil consomme 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde, produisant ~596 millions de tonnes d’hélium et 4 millions de tonnes d’énergie (E=mc²).
Va-t-on un jour manquer d’hélium ?
Potentiellement oui. Au rythme actuel d’extraction, les réserves connues s’épuiseraient dans 50-100 ans. Nouvelles découvertes en Tanzanie et Australie en cours. Et la fusion nucléaire pourrait rendre l’hélium abondant dans le futur.
Pourquoi la voix devient-elle aiguë quand on respire de l’hélium ?
Parce que l’hélium est beaucoup plus léger que l’air : les ondes sonores y voyagent 2,7 fois plus vite. Les fréquences résonantes du conduit vocal augmentent donc, modifiant le timbre. Attention : respirer pure de l’hélium peut être dangereux (manque d’oxygène).
Pour aller plus loin
- L’éclipse de Thalès et la naissance de la science (585 av JC)
- L’éclipse de 1919 et la confirmation d’Einstein
- Les mythologies des éclipses à travers le monde
- Comment fonctionne une éclipse solaire
Sources
- Pierre Janssen, Œuvres scientifiques, Académie des sciences, 1929
- Norman Lockyer, The Sun’s Place in Nature, Macmillan, 1897
- William Ramsay, Nobel Lecture, 1904
- Observatoire de Meudon — Archives Janssen
- NASA — History of Solar Spectroscopy
- Société Astronomique de France — Dossier « 1868 : la découverte de l’hélium »
- IMCCE — Histoire des éclipses scientifiques